浅析钢结构住宅的节能设计

摘 要：随着钢材产能的不断发展，以及钢结构住宅在多面的优势，这种类型的建筑受到了越来越多的关注。本文对钢结构住宅以及节能材料进行了简要的介绍，同时对钢结构住宅的节能设计进行了分析，并对几种柱体的节能性能进行了测试。

关键词：钢结构；节能设计；柱体

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）07-0017-02

1 钢结构住宅概况

长期以来我国的建筑形式均以土木结构为主，随着建筑技术以及建筑材料的不断发展，近代建筑开始以钢筋混凝土或砖混结构为主要的建筑形式。20世纪五六十年代，国内大跨度公共建筑、工业厂房、桥梁等开始以钢结构的形式出现，但是除了这类建筑使用钢结构之外，住宅上使用较少。近些年来，我国钢材产量有着非常明显的提高，其中粗钢产量已经连续多年位居世界第一。正是因为钢结构在使用性能上的优越表现，使得整个建筑市场开始全面的关注钢结构住宅的开发与建设。尤其是一些大型钢材生产企业，如山东济钢、莱钢等，均开始尝试钢结构节能住宅的开发与研究。

相比较钢筋混凝土或砖混结构的建筑而言，钢结构住宅有着以下几个方面的优势：

1.1 钢结构住宅结构形式较为灵活

经过科学合理的设计，可以实现钢结构建筑大开间、灵活分割等特点，实现住宅结构上的灵活设计。

1.2 住宅围护结构节能性优越

在实际建设过程中，钢结构住宅通常会配套安装轻质节能墙板或一些新型的复合楼板，这相对于传统建筑结构所使用的材料而言，在节能性上有着非常大的优势。

1.3 建筑产业化的构建更为简单

钢结构建筑大部分的构件都可以在工厂内提前进行加工，所以在实际使用过程中能够很好的进行现场装配。

1.4 钢结构建筑综合经济效益好

虽然说钢结构住宅的单位建设面积成本较其他建筑形式要高出一些，但是钢结构住宅的施工周期较短，而且能够大幅度的提高室内的使用面积，最大限度的降低住宅的基础造价，从而更好的实现建筑的综合经济效益。一旦实现钢结构建筑的产业化，就可以大幅度的降低整个钢结构建筑造价。

1.5 钢结构建筑环保性能好

钢材从使用价值的角度来说，可以看作是一种可重复利用的材料，这相对于传统建筑所使用的材料而言，对于建筑垃圾的减少有着非常大影响。此外，钢结构建筑的施工现场可以实现完全干作业，对环境的污染程度大幅度降低。

1.6 钢结构建筑的力学性能非常优越

近几年我国多次发生非常严重的地震灾害，在多次的实际抗震救灾工作中发现，很多钢结构的高层建筑在抗震性能上相对于传统建筑有着非常大的优势。所以在地震频发的国家或者地区，全面推广钢结构建筑的建设有着非常重要的现实意义。

2 节能建筑材料

所谓节能建筑材料，是指在生产和制造这种材料的过程中可以保护环境，节约能源，并且通过相关技术手段将这些材料应用于建筑建设过程中后，可以大幅度提高建筑节能率的材料。所以，建筑节能所指的不仅仅是使用过程中的节能，还包括建筑材料制造过程中的节能。根据对节能建筑的研究分析可以知道，建筑行业内对于节能建筑材料的评定标准，最关注的就是该材料在各个季节的热阻抗性。通常情况下，建筑节能材料的绝热性能是关键，而且材料应该轻质、多孔，有着较低的导热系数。就目前节能材料在建筑中的应用来看，大多数是用于围护结构保温层的建设上，对建筑的保温、承重、防水等性能改善有着非常大的帮助。

3 钢结构住宅节能设计

虽然钢结构住宅相较于传统建筑材料住宅而言有着非常多的优势，但是钢材的热导率却是混凝土的30多倍。所以钢结构住宅在保温节能上需要进行更为细致的设计与建设。热桥是钢结构住宅中应该着重注意的地方，所谓热桥就是在建筑中因为多种构造因素，使得建筑围护结构的局部位置导热率增大，与建筑总体导热率不匹配，从而出现热量大量流失的部位。正是因为钢结构住宅中钢材在导热性能上的优越表现，使得钢结构住宅在施工设计上需要进行有针对性的节能设计。当前钢结构节能构造基本都是从以下几个方面出发：

3.1 建筑结构设计上尽量减少热桥的出现

通常情况下，热桥在建筑的结构当中很难完全回避，譬如T型拐角处、建筑楼板层处。但是钢结构住宅又具有非常灵活多变的设计，所以这对于热桥的控制提供了很大的帮助。

3.2 钢结构住宅内部设置热阻断部分

在住宅的关键部位进行钢材的开孔处理，这样既不会对建筑的力学性能造成影响，同时还能够实现很好的建筑节能效果。

3.3 对住宅热桥部位进行局部的保温设计

有些自保温建筑结构中，因为建筑墙体本来就具有一定的节能性能，不再需要进行其他的保温设计，但是对于钢结构住宅而言，房屋梁柱部位需要进行有针对性的保温设计，以提高房屋整体的节能特性。

4 多种柱体形式的节能对比

我们取1m2单位面积的墙体来进行不同建筑形式的热桥室内表面最低温度以及能量耗失两项指标的对比，对比用墙体中部具有不同的构造柱体：

350×350钢筋混凝土柱；

350×350×16×18H型钢柱；

350×350×8空心方钢管柱；

350×350×8方钢管混凝土柱。

经过实际测试可得：单从所对比的这两个指标而言，钢结构的这几种柱体形式，在节能效果上均没有钢筋混凝土结构好。这3种测试用钢结构柱体在节能效率上的关系为：H型钢柱>空心方钢管柱>钢筋混凝土柱。

在测试中可以明显的看住，混凝土柱即使不用作保温结构，也能够对室内露点温度起到一定的效果。但是钢结构的柱体就必须进行保温结构的实际，否则就很难以达到室内露点温度的要求。这里针对上述几种钢结构柱体，建议使用5mm的聚苯颗粒保温砂浆进行外保温处理。

墙体如果进行了中柱设计，势必会对墙体的保温性能产生很大的影响。即使这部分墙体进行了保温处理，满足了最低露点温度的眼球，但是在构造过程中所形成的附加热量损失也非常之大，对于房屋整体的节能效率贡献不大。

通常情况下，室内墙面的温度应该不低于露点温度，所以对于钢筋混凝土柱而言，一般不再进行保温处理。但是对于钢结构建筑而言，其热工性能较差，所以需要进行局部的热桥处理。

上述几种结构中，H型钢结构可以通过科学合理的构造措施来实现热桥效应的大幅度降低。通过研究可以发现，H型钢结构建筑如果腹板区域不进行砌块的填充处理，热桥现象就会非常明显。

参考文献

[1] John H.Hacker，Julie A.Gorges.住宅钢结构设计与施工[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2] 沈祖炎，陈以一，陈扬骥.房屋钢结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3] 于春刚.住宅产业化一钢结构住宅围护体系及发展策略研究[D].上海：同济大学，2006.

作者简介：贺晨云（1973-），男，汉，山西省吕梁市柳林县，大学本科、工学硕士，工程师，结构工程。