超高層建筑新材料選擇及節能設計研究

孫婉嬌

摘要：超高層建筑可以節省建設用地，能夠提高城市空間利用率，有助于城市良好形象的塑造。我國近些年超高層建筑層出不窮，該建筑類型的應用范圍正在逐漸擴大，同時，超高層建筑的設計施工中也逐漸應用各種新材料。節能材料的應用能夠提升超高層建筑綠色環保發展水平，符合建筑行業未來發展趨勢。為此，相關工作人員需要在明確超高層建筑新材料和節能誰家必要性的前提下積極探索新材料和節能設計的應用措施，提升超高層建筑的節能水平。

關鍵詞：超高層建筑;新材料;節能設計

1選擇新材料與節能設計的必要性

鋼和混凝土是超高層建筑中最為關鍵的兩類材料，經過現代科技的不斷發展，兩種材料的功能也在不斷改變。鋼結構的強度較大，材料較為均勻，塑形較好，已經廣泛地應用于建筑行業當中。但是純鋼結構的建筑綜合剛性不足、抗側移能力差是鋼結構建筑的最為明顯的缺陷，即使增加了減震系統、支撐系統也難以有效抵抗強風、地震等影響。同時，鋼結構缺乏穩定的高溫性能差異，這就增加了建筑火災安全隱患，一旦發生火災后果嚴重。在傳統建筑設計施工中，如果樓層高度增加，為了保證建筑結構穩定性需要擴大柱的界面劑，但是同時會導致大部分空間被消耗，對建筑空間利用效率產生不良影響[1]。

2節能設計中應用新材料

2.1高性能鋼鐵。早在20世紀八十年代末就已經逐漸出現超高層建筑，大跨度結構也隨之產生。超高層建筑對材料的選擇標準更高，無論是強度還是抗屈服性能方面的要求都在不斷提高。鋼材作為超高層建筑中必不可少的材料，其性能關系著建筑結構穩定安全，為此，要保證選擇的鋼材持久性強、抗震性能優、加工尺寸準確。在具體施工中，常見的有四種高性能鋼鐵。（1）高張力鋼。此類材料的屈服點較高，比普通鋼材的強度更高，同時抗彎水平得到顯著提升。在操作中，能夠通過焊接連接高張力鋼。此材料的安全性較好，可塑性強，屈服點和抗壓能力好，在地震多發國家有著廣泛的應用。（2）屈服點偏低的鋼材。在超高層建筑中應用此類鋼材能夠充分發揮鋼材的抗震性能、隔震性能，有助于提高超高層建筑物抵抗地震的能力，并且可以吸收能力將超高層建筑安全水平提升，避免地震發生時對建筑結構產生破壞，所以，這些吸能材料能夠防止于特殊位置。（3）TMCP鋼。超高層建筑和大跨度的建筑對剛才的強度和斷面要求較高，為了提高其強度往往會在冶煉鋼材過程中加入一定量的碳元素，但是同時其焊接性也降低。為了將這一缺陷改善，TMCP鋼材應運而生。TMCP鋼材在使用中需要加熱處理并且其憑借著良好的強度和較大的斷面已經廣泛地應用于超高層建筑當中。（4）SN鋼。該鋼材憑借這自身可塑性和彈性較好在超高層建筑中應用廣泛。SN鋼材構造的超高層建筑抵抗地震能力較強，并且經濟性較好[2]。2.2保溫系統。合理利用鋼筋混凝土能夠達到提高外墻保溫性能和屋面熱工性能的效果。在外墻、屋面等外圍結構中綜合應用保溫隔熱工藝可以將節能思想充分體現出來。一般情況下，內外保溫和自保溫是建筑常用的保溫形式。內部保溫中熱橋是評價節能效果的關鍵參數，為此，在保溫材料選擇過程中需要充分做好混凝土粗骨料的選擇，將導熱系數盡量降低，盡量避免熱橋效應的出現，將建筑結構的保溫功能最大程度地提升。2.3鋼管混凝土。鋼材是現如今建筑行業必不可少的材料之一，為了貫徹節能理念，可以將構件截面盡量減小減薄，但是這種方式會對鋼材剛度產生不良影響，在應用中可能出現局部屈曲的問題。利用第四種結構體系能夠有效解決這一問題，也就是鋼管混凝土解耦股。鋼管混凝土結構主要是在圓形或者多邊形鋼管內部灌注混凝土材料保證其形成穩定、高強度的結構，將連接效果提升，并且將剛度和耐久性提升，此結構的抗變形能力較強，所以在超高層建筑中有著較為廣泛的應用。此結構需要將混凝土填充到鋼管中，當鋼管混凝土受到壓力和彎度的影響，力會擴散向橫向位置，限制了橫向鋼管，所以，需要進一步將混凝土強度和變形能力提升。此外，該結構可以將局部屈曲問題有效抑制，達到高張力鋼強度提升的效果[3]。

3我國超高層建筑新材料在節能方面的應用

3.1節能優化的技術分析。建筑高度的變化必然會對新材料節能參數等相關指標產生一定的影響，進而對整個超高層建筑的安全性能產生影響，增加建筑物的整體能耗，這是不可避免的問題。當建筑高度達到一百米以上后那么基本不會發生較大的太陽輻射變化，但是其他變化較大的因素隨之出現，比如風、溫度。當前我國很多設計人員都無法充分對天氣變化實際規律有準確實時的反應，所以從節能角度來看，難以對建筑物周圍表面熱量交換差別進行判定，這就導致難以合理地配置制冷、配電、空調等設備。3.2節能設計標準的分析。當前建筑行業中節能設計標準在逐漸提高，超高層建筑物的節能設計仍然無法和普通建筑媲美。相關工作人員在設計超高層建筑過程中需要對建筑物基本條件標準進行深入考慮，比如建筑物通風、節能等，明確標準是否適用于超高層建筑物，在計算和判斷超高層建筑物所用標準時也要充分結合實際情況[4]。

4超高層建筑新材料的應用及節能措施

某超高層建筑為商住小區，共計5座樓宇，所有建筑物均為地上32層地下一層共計33層，建筑總面積為101450m2。小區內建筑結構均為剪力墻，工程設計中選用的材料為高性能鋼材和混凝土等，具體材料應用和節能設計如下。（1）高性能鋼的應用。工程所用鋼材包括三種，分別為高張力鋼、TMCP鋼、SN鋼。本工程采用的高張力鋼材的屈服點≥400，可以將發生局部屈曲的問題有效降低，實現建筑材料節約以及節能優化的目的。TMCP鋼屈服點為490n/mm2，在設計中降低了含碳量從而增強了鋼材的可焊性，避免浪費鋼材。SN鋼共包括a、b、c三類，采用的鋼板厚度至少為490n/mm2，SN鋼材的可焊性強有著十分便捷的加工方式。（2）鋼筋混凝土。該工程外墻采用了200mm厚度的混合砂漿、30mm厚度的保溫板、20mm厚的水泥砂漿。內墻采用的是10mm厚的混合砂漿、10mm厚的保溫板和200mm的鋼筋混凝土墻。（3）鋼管混凝土。該工程外墻梁部所用鋼管混凝土為200mm的厚度。工程使用一年后評價其節能效果，發現不存在裂縫、變形等情況，利用率高且穩定性強，節能效果良好[5]。在超高層建筑中合理應用新材料并且通過合理設計能夠提高建筑物的節能效果，符合未來建筑行業發展趨勢，值得在未來進一步推廣節能新材料和新技術。

參考文獻

[1]鄒國助.建筑新材料在工程項目建設中的發展與應用[J].信息記錄材料，2020，21（10）：17-18.

[2]田華.建筑新材料在居住建筑中的應用與分析[J].磚瓦，2020（6）：116+118.

[3]鄧安定.論建筑新材料在建筑節能中應用[J].綠色環保建材，2020（4）：3-4.

[4]黃曉清.超高層建筑施工技術管理存在問題及其解決策略[J].全國性建材科技核心期刊———陶瓷，2020（11）：137-138.