淺析關于鋼結構建筑節能環保設計的探討

摘要：建筑自人類產生以來都是人們生活的重要組成部分，在很長時間里運用的都是石材和木材等，隨著科技的發展新型材料廣泛運用于建筑中，如鋼材等等。因鋼結構建筑具有抗震性能好、結構堅固和施工速度快等諸多優點，尤其是在節約能源和資源方面具有其他材料有不可比擬的優勢，使得鋼結構成為綠色建筑的首要構架之一，是值得我們推廣和發展的新型建筑技術。而且建筑結構設計節能方面的發展現狀近年來，隨著全球能源問題的日益嚴峻和“可持續發展”理念在國內的推廣，建筑業作為復雜的工程項目，建筑節能設計越來越受到社會的關注。

關鍵詞：鋼結構建筑;節能設計思路;節能設計方法

我國傳統的建筑形式上以土木構造為主，近代建筑則是以鋼筋混凝土、磚混結構等為主.在20世紀60-70年代，鋼結構建筑開始出現在大跨度公共建筑、工業廠房、橋梁、高聳建筑當中，而鋼結構住宅的應用較少.近些年來，中國鋼材產量大幅提高，已經連續幾年粗鋼產量居世界第一鋼結構以其優良的性能，使得國家和建筑開發商也開始更多的把目光投在對鋼結構住宅的開發上來.國家開始更加關注鋼結構建筑，由山東萊鋼、杭蕭鋼構等企業實驗性建成一批鋼結構節能住宅，反響良好。鋼結構建筑是一種新型的建筑體系有可通房地產業、建筑業、冶金業之間的行業界線，集合成為一個新的產業體系，這就是業內人士普遍看好的鋼結構建筑體系。鋼結構建筑的優點主要有：大大節約施工時間，施工不受季節影響;增大住宅空間使用面積;減少建筑垃圾和環境污染，建筑材料可重復利用;拉動其他新型建材行業的發展;抗震性能好;使用中易于改造、靈活方便;給人帶來舒適感。本文就鋼結構建筑中節能環保設計今天探討。

1"關于鋼結構在節能建筑中應用的特點分析

1.1"鋼結構在節能建筑中的優勢

鋼結構作為我國建筑中承重梁柱的重要結構之一，與鋼筋混凝土結構相比，具有以下優點：鋼結構在設計形式上比較靈活，這也使得大開向和靈活分割在建筑中得以實現;剛結構建筑能夠使建筑實現產業化，能夠有效的縮短建筑工程的施工周期，相比于其他建筑結構還能夠提升室內使用面積，具有良好的經濟效益;鋼材能夠回收再利用，對環境污染比較小，降低社會的總能耗;鋼結構的力學性能極強，具有良好的抗震和抗拉伸能力，對于抵御一些自然災害具有其他建筑結構不可比擬的優勢等。

1.2"鋼結構在節能建筑中的劣勢

雖然鋼結構建筑相比于其他建筑結構具有較大的優勢，但是也不得不重視鋼結構的劣勢，需要采取相應的措施應對這些問題。首先是鋼結構的耐火問題，常溫狀態下，鋼結構是一種性能優異的建筑材料，但是當鋼材外界溫度超過250℃之后，鋼結構的強度降低非常快，當溫度超過550℃之后，鋼結構的承載力將會嚴重降低，因而鋼結構建筑一旦發生火災，建筑坍塌和損壞的速度十分快。其次是鋼結構的防腐問題，由于鋼結構處于露天的環境中，鋼材很容易生銹和腐蝕，進而降低鋼結構內部的承載力，同時也會影響建筑美觀，因而鋼材的防腐問題對鋼結構建筑的使用壽命影響比較大。最后是鋼結構的設計一旦制定出來是不能夠輕易變動的，使得鋼結構應用的市場風險比較大。

2"關于鋼結構建筑的節能設計思路

目前常用的幾種鋼結構節能構造，都是針對鋼材具有較大的導熱系數而進行設計的：

（1）在結構上盡量避免熱橋。一般情況下，熱橋是無法避免的，但對于靈活性極強的鋼結構住宅構造來說，還是有很大可能性的。如輕鋼龍骨結構中，在墻的交接處使用普雷斯特角背襯連接件就可以有效的消除熱橋效應;

（2）鋼結構內部設置熱阻斷。在鋼結構的特殊部位進行開孔處理時目前比較成熟的一種處理方法。處理后的鋼結構，其力學性能損失不大，熱學節能效果良好。另外還有在接口位置進行熱阻斷也有一定的可行性，但是這種方法對墊片的要求很高，必須具備一定的熱阻和抗壓或抗剪切強度。

（3）對熱橋部位進行局部保溫。對于鋼結構梁柱等部位需要單獨進行保溫設計，同時可以與防火設計結合起來。從而實現鋼結構建筑的防火和節能效果，這是一種經濟可行的方法。

3關于鋼結構建筑的節能設計方法

3.1"梁柱的節能設計

目前鋼結構的梁柱構造主要有H型鋼柱、鋼管混凝土柱和空心方鋼管柱三種主要形式，鋼柱截面形式的差異也會導致鋼柱傳熱路徑的不同，其節能設計的差異也比較明顯。H型鋼柱可以通過科學合理的構造措施來降低鋼柱內部的熱橋效應，通常做法是在腹板區填充砌塊。H型鋼柱一般不需要作保溫處理，可以結合工程實際情況在鋼柱內外涂抹防火層等材料，由于鋼柱的導熱系數要比這類材料的導熱系數大得多，能夠起到一定的保溫效果。如果對節能要求比較高的鋼結構建筑，則必須對建筑結構進行整體分析，進而得出保溫構造，同時還需要增加腹板高度以及減少厚度也能夠起到節能的效果，但是翼緣板的厚度對節能影響比較小。梁柱的節能設計采用內外相結合的方式，并且將一個圓形倒角設置在角部，建立溫度場的過渡，能夠起到消除極小溫度點。

3.2"陽臺和挑梁的節能設計

由于鋼結構建筑主要采用混凝土—壓型鋼板的組合樓板，但是陽臺還基本上采用混凝土的懸挑板結構，因而在交界處的十字形節點位置，很容易形成熱橋，影響鋼結構建筑的節能，國外一般采用在熱橋的連接部位的構件之間增加一個墊塊來隔斷熱橋之間的聯系，這種設計思路在輕鋼結構的建筑中應用效果比較好，但是對于荷載比較大以及對連接點力學要求比較高的部位應該慎重使用，普通材質的墊塊很難滿足力學性能的要求。

挑梁的節能設計可以采用柱體保溫的方式進行節能，在挑梁局部延伸外包加厚保溫層的綜合構造方案，這種設計方式充分考慮了經濟性能和熱工性能。

3.3"建筑砌體的節能設計

由于混凝土和鋼結構的彈性模量、線膨脹系數和梁柱界面尺寸的差異，以及鋼結構容許層間位移較大，使得鋼結構建筑的裂縫問題要比其他結構嚴重，如何解決砌體的裂縫成為鋼結構節能的主要問題之一。

（1）采用彈性接縫材料。在墻體和框架連接部位采用彈性材料層粘結是目前鋼結構墻體開裂最常見的處理方法。通過該層材料來吸收結構的相對變形，消除應力。因此，設置彈性緩沖層被認為是一種有效防止砌體因溫度應力而開裂的構造措施。但這種方法對接縫材料的要求相當高，仍然需要進行大量的研究。

（2）設置構造柱。在傳統建筑方式中，對于應力集中的門窗洞邊等邊緣部位，常采用設置構造柱的措施以加強局部構造強度阻止裂縫的發生。但在鋼結構框架中，通過減小單塊墻體面積的方法來減小溫度應力的做法是不可取的，不過對于其他應力產生開裂的情況具有很好的效果。

（3）分離式構造。在鋼結構中采用以放為主的方式，放開墻體與柱體的鏈接，以便二者在一定范圍內可以自由變形。因此，可以防止溫度、干縮、框架水平位移等因素造成的裂縫。但在設計時，必須考慮墻體對框架的側向支持。

4"結語

本文對鋼結構的節能環保設計存在的一些問題進行探討，同時也對節能環保設計提供一些建議，因為鋼結構適宜工廠大批量生產，工業化、商品化程度高。它能將節能、防水、隔熱、門窗等先進的成品集合在一起，實現綜合成套應用，將設計、生產、施工安裝一體化，提高住宅的產業化水平。今后隨著城市建設的發展，城市改造需要拆除大量的舊建筑，鋼結構比傳統結構的拆除更容易實施，鋼材回收利用率高、拆除成本低、污染較小，符合可持續發展的要求。隨著鋼結構節能技術的發展，相信節能、綠色的鋼結構建筑必將成為未來建筑發展的方向之一。

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