高原高寒地區某項目鋼結構公共建筑外墻被動式保溫系統研究

摘要 鋼結構建筑具有裝配式建筑的特點，鋼材可以回收利用、抗震性能好的優勢，已成為國家推廣的建筑結構形式之一。本項目由于地處嚴寒地區，采用鋼結構裝配式建筑能夠縮短周期、提高施工速度。但在鋼結構框架承重中，由于鋼框架與外墻填充墻部分的熱工性能相差很大，容易在鋼結構部分出現冷熱橋。針對這一問題，本項目采用外墻外保溫系統，杜絕冷熱橋現象的產生，并對鋼結構外圍護墻體構造做法的熱工性能展開理論分析研究，研究外墻節能保溫的精確計算值與規范要求的系數取值法進行對比分析得出結論；并通過對鋼結構外墻構造節點進行Abaqus有限元進行瞬態模擬分析，驗證節能保溫精確計算值的正確性。

關鍵詞 鋼結構； 導熱系數； 傳熱系數； 熱阻

中圖分類號 TU761.1+2 文獻標志碼 A

0引言

裝配式鋼結構建筑的技術優勢明顯，并且符合建筑中節能環保的總體要求，相關工作人員需嚴格遵循各個環節的設計要點。提升裝配式鋼結構的建筑質量，設計人員要嚴格遵循相應設計標準，不斷提高和優化設計水平，從而可以更好地推動鋼結構的可持續發展［1］。

建筑外墻保溫設計采用傳統保溫構造做法［2］，保溫材料為有機保溫材料XPS板，XPS具有材料輕質、導熱系數低、吸水率低等優點，缺點是燃燒性能為B1、B2級；防火隔離帶處采用無機巖棉板材料，雖然保溫性能沒有XPS板好，但巖棉板的防火性能好，材料的燃燒性能為A級；鋼柱、鋼梁部分與其他部分形成的空腔采用巖棉填充，達到保溫要求同時，還能滿足防火的要求。

本項目結合鋼結構特點在建筑中應用優勢，分析研究鋼結構建筑保溫的傳熱系數。對于推廣鋼結構發展有重要意義［3］。

1外墻節能保溫的分析與研究

1.1外墻保溫構造方式

外保溫是指在保溫板或者噴涂保溫材料的設置在外維護結構外圍的一種保溫系統，也是作為目前使用最廣泛的保溫系統之一；對于減少建筑冷熱橋，墻體變形，延長主體部分墻體的壽命，節約資源和節約經濟具有長久的作用［4］。

2外墻節能保溫的熱工性能分析

2.1公共建筑熱工性能

（1）該項目的熱工分區為嚴寒A區。

（2）各種材料主要技術指標要求，見表1所示。

（3）嚴寒A區各部分熱工性能限值規定［5］：

外墻的體形系數不大于0.3時，其傳熱系數的限值K不大于0.38 W/m²·K；體形系數于（0.3，0.5］區間，其傳熱系數的限值K≤0.35 W/m²·K。

（4）保溫材料導熱系數的修正系數規定［6］：擠塑聚苯板、巖棉、玻璃棉：用于內保溫時，修正系數α為1.10；用于外保溫時，修正系數α為1.05。

（5）勻質材料計算公式：R0=δ/λ

（6）平均傳熱系數計算公式：

2.2鋼結構柱的平均傳熱熱阻理論分析

2.3外墻節能保溫的分析與研究

2.4外墻外保溫有限元模擬分析

外墻外保溫更準確的傳熱系數有限元模擬分析。

分別對圖2和圖3節點進行有限元模擬分析；計算條件為格爾木地區冬季室內采暖房間溫度取18 ℃，累年最低日平均溫度取-16 ℃［9］；根據圖4有限元分析結果可以知道，在外墻與鋼柱交界處和外墻與鋼梁、樓板交界處均能夠滿足節能保溫要求。

3結論

（1）根據規范要求考慮外墻平均傳熱系數-系數取值法的理論分析，得出外墻平均傳熱系數為0.316 W/（m²·K）；通過外墻平均傳熱系數-加權法的的理論分析，得出外墻傳熱系數為0.349 W/（m²·K）；通過理論分析，加權法計算的數值大于取值法計算數值，可能導致實際保溫效果無法達到規范要求的情況，因此采用系數取值法的理論計算方式不適用于本項目鋼結構建筑類型，具體實施過程中需要通過有限元分析或加權法計算進行復核。

（2）本項目通過對外墻外保溫平均傳熱系數-加權法的理論分析和有限元分析得出，理論分析結果和有限元分析結果一致，滿足節能保溫規范的限值要求。

（3）根據對鋼結構外墻外保溫構造做法的理論分析，為鋼結構外墻外保溫系統的構造做法提供一種更為精確的理論計算方法。

參考文獻

［1］李旭輝. 裝配式鋼結構設計要點［J］.工程建設與設計， 2021（17）：18-20.

［2］國家建筑標準設計圖集. 外墻外保溫建筑構造：GB10J121-2010［S］.北京：中國計劃出版社，2010：9-11

［3］吳峰. 鋼結構建筑在裝配式建筑發展過程中的優勢［J］. 產業創新研究，2021：102-104.

［4］熊磊. 玻化微珠保溫砂漿在建筑中的應用研究［D］. 南昌： 南昌大學， 2019.

［5］中華人民共和國國家標準. 公共建筑節能設計標準：GB50189-2015［S］. 北京：中國建筑工業出版社，2016.

［6］中華人民共和國國家標準. 民用建筑熱工設計規范：GB50176-2016［S］. 北京：中國建筑工業出版社，2015.

［7］劉念雄， 秦佑國. 建筑熱環境［M］. 北京： 清華大學出版社， 2005.

［8］中華人民共和國國家標準. 建筑設計防火規范：GB 50016－2014（2018年版）［S］. 北京：中國計劃出版社，2018.