摘要：鋼結(jié)構(gòu)住宅被公認為是一種綠色環(huán)保、適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的結(jié)構(gòu)體系。但由于鋼材本身的熱導(dǎo)系數(shù)是鋼筋混凝土的幾十倍而面臨著保溫節(jié)能的嚴峻問題。本文對鋼結(jié)構(gòu)住宅在節(jié)能方面存在的問題及措施進行了綜合性的分析。
　　關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)住宅；熱橋；節(jié)能；設(shè)計；溫度應(yīng)力
　　
　　近年來，隨著我國鋼材產(chǎn)量的大幅度提高，鋼結(jié)構(gòu)以其優(yōu)良的性能，使得國家和建筑開發(fā)商把更過的目光發(fā)到對鋼結(jié)構(gòu)住宅的開發(fā)上來。國家建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)“十五”計劃和2015年發(fā)展規(guī)劃綱要也明確提出我國到2015年，建筑用鋼量達到鋼材總產(chǎn)量的6%。因此，我國鋼結(jié)構(gòu)住宅的開發(fā)與應(yīng)用呈現(xiàn)出了更加廣泛與深化的發(fā)展趨勢，但同時也存在著一些技術(shù)上的難題。本為主要從節(jié)能的角度，對鋼結(jié)構(gòu)住宅構(gòu)造進行簡單的探討。
　　1鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點
　　1.1鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)點
　　鋼結(jié)構(gòu)是指以剛作為建筑承重梁柱的住宅建筑，與傳統(tǒng)建筑方式（鋼筋混凝土和磚混結(jié)構(gòu)）相比，它的優(yōu)點主要包括：
　　（1）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計形式靈活、合理，使得建筑上的大開間、靈活分割成為可能；
　�。�2）容易實現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化，有效縮短建筑周期，提高室內(nèi)使用面積，綜合效益較好；
　　（3）鋼材可以回收，建造和拆除時可以實現(xiàn)干操作，對環(huán)境污染較少；
　　（4）力學(xué)性能優(yōu)異，具有極強的抗震性能；
　　（5）節(jié)能性好，特別是一些新型材料的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的實心磚相比，效果更加突出。
　　1.2鋼結(jié)構(gòu)住宅存在的問題
　　制約鋼結(jié)構(gòu)住宅快速發(fā)展的因素，包括鋼結(jié)構(gòu)的成本高于傳統(tǒng)的建筑方法，國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)住宅的建筑規(guī)范不完善，施工人員專業(yè)水平不高等。
　　除此之外，與傳統(tǒng)的建筑材料相比，鋼材本身具有很高的熱導(dǎo)率，是混凝土的33.4倍，在各鋼制梁柱部位、節(jié)點部位、陽臺雨棚挑梁部位都極易形成熱橋，導(dǎo)致熱流量損失較大。同時還有砌體材料的實用性和節(jié)能性也還存在著一定的不足。因此，鋼結(jié)構(gòu)住宅面臨的保溫節(jié)能問題更加嚴峻。
　　2鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能構(gòu)造的常用思路
　　目前常用的幾種鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能構(gòu)造，都是針對鋼材具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)而進行設(shè)計的：
　�。�1）在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)住宅構(gòu)造來說，還是有很大可能性的。如輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)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(yīng)；
　�。�2）鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置熱阻斷。在鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能損失不大，熱學(xué)節(jié)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(jié)構(gòu)梁柱等部位需要單獨進行保溫設(shè)計，同時可以與防火設(shè)計結(jié)合起來。
　　3建筑結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計
　　3.1梁柱的節(jié)能設(shè)計
　　目前鋼結(jié)構(gòu)梁柱柱體主要有H型鋼柱、空心方鋼管柱和鋼管混凝土柱三種形式，且其節(jié)能效率逐漸減小。對于鋼柱來說，工字型截面優(yōu)于方型截面，截面形式的不同導(dǎo)致其傳熱的路徑不同，因此，節(jié)能設(shè)計的要求也不盡相同。對于H型鋼，合理的構(gòu)造措施即可以有效的降低熱橋效應(yīng)，如腹板區(qū)填充砌塊；對于方鋼管混凝土，雖然其受力性能有所提高，但要達到與H型鋼相同的處理效果，其保溫層厚度大約是H型鋼柱的兩倍以上。
　　對于H型鋼，大部分情況下不需要做保溫處理。雖然不做保溫層，但考慮到實際工程中都會在內(nèi)外涂上防火涂料、飾面砂漿等材料，而且這類材料的導(dǎo)熱系數(shù)也比鋼材小很多，同樣可以起到一定的保溫作用。對于節(jié)能要求比較高的建筑，則需要對結(jié)構(gòu)進行整體分析給出熱橋的保溫構(gòu)造。同時，減少腹板厚度、增大腹板高度對節(jié)能也是非常有利的，而翼緣板厚度對節(jié)能效果的影響相對較小。
　　對于方型鋼管，則必須進行保溫構(gòu)造才可以達到一定的節(jié)能效果。目前對方型鋼管保證冬季不結(jié)露的最小厚度的一般經(jīng)驗公式為：D=λ(86-0.1b+2)。式中λ為導(dǎo)熱系數(shù)，單位取W/(m•k)；b為柱寬，單位為mm；t為柱壁厚，單位為mm。
　　在對鋼柱進行保溫時，一般采用內(nèi)外結(jié)合的方式，同時在角部設(shè)置一個圓形倒角，以實現(xiàn)溫度場的過渡，消除極小溫度點的存在。
　　3.2陽臺挑梁的節(jié)能設(shè)計
　　鋼結(jié)構(gòu)住宅多采用壓型鋼板-混凝土組合樓板，在陽臺部位也只是采用類似傳統(tǒng)混凝土建筑的懸挑板結(jié)構(gòu)，因此，在交接處十字形節(jié)點部位，極易形成熱橋，影響房屋的節(jié)能。
　　目前。歐美國家通常采用的方式是再熱橋的連接部位的兩構(gòu)件之間加一墊塊，比如OSB板材，以隔斷二者的熱橋聯(lián)系。改做法在輕質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)中值得借鑒，但在普通鋼結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)該慎重使用，特別是荷載較大、對節(jié)點力學(xué)要求較高的部位，普通材料的絕熱墊塊很難滿足其力學(xué)和變形需要。
　　結(jié)合我國實際情況，在施工時一般采用柱體保溫的方式進行節(jié)能，具體方式是挑梁局部延伸外包加厚保溫層、柱體外保溫層配合適當(dāng)加厚的綜合構(gòu)造，是一種合理的柱-挑梁節(jié)點節(jié)能設(shè)計方式，充分考慮了熱工性能和經(jīng)濟性能。影響其保溫性能的參數(shù)主要包括：柱體外保溫厚度、挑梁保溫厚度、挑梁外包長度。其中挑梁外保溫厚度和外包長度的關(guān)系，可定性理解為反關(guān)系。
　　3.3砌體的節(jié)能設(shè)計
　　由于鋼材和混凝土的線膨脹系數(shù)、彈性模量、梁柱截面尺寸都有了較大的變化，再加上高層鋼框架結(jié)構(gòu)容許層間位移較大，使得鋼結(jié)構(gòu)建筑的裂縫問題比混凝土結(jié)構(gòu)更加嚴重。因此，如何解決砌體的裂縫、實現(xiàn)節(jié)能也是鋼結(jié)構(gòu)建筑研究的主要問題之一。目前常見的處理方式包括：
　�。�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(jié)是目前鋼結(jié)構(gòu)墻體開裂最常見的處理方法。通過該層材料來吸收結(jié)構(gòu)的相對變形，消除應(yīng)力。因此，設(shè)置彈性緩沖層被認為是一種有效防止砌體因溫度應(yīng)力而開裂的構(gòu)造措施。但這種方法對接縫材料的要求相當(dāng)高，仍然需要進行大量的研究。
　�。�2）設(shè)置構(gòu)造柱。在傳統(tǒng)建筑方式中，對于應(yīng)力集中的門窗洞邊等邊緣部位，常采用設(shè)置構(gòu)造柱的措施以加強局部構(gòu)造強度阻止裂縫的發(fā)生。但在鋼結(jié)構(gòu)框架中，通過減小單塊墻體面積的方法來減小溫度應(yīng)力的做法是不可取的，不過對于其他應(yīng)力產(chǎn)生開裂的情況具有很好的效果。
　　（3）分離式構(gòu)造。在鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)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(shè)計時，必須考慮墻體對框架的側(cè)向支持。
　　本文對鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑中節(jié)能設(shè)計方面的一些問題進行了總結(jié)。鋼結(jié)構(gòu)住宅節(jié)能設(shè)計是一項龐大的系統(tǒng)工程，在節(jié)能設(shè)計方面還有許多值得探討的因素，如自主節(jié)能技術(shù)，外部光線、能力的采集技術(shù)、鋼框架與砌體的連接技術(shù)等等。隨著在鋼結(jié)構(gòu)方面的研究不斷深入，鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑必將會成為得到巨大的發(fā)展。
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