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浅谈我国钢结构建筑的节能设计

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浏览:- 发布日期:2019-07-07 11:00:00【


浅谈我国钢结构建筑的节能设计


要:钢结构建筑具有抗震性能好、结构坚固和施工速度快等诸多优点,尤其是在节约能源和资源方面具有其他材料不可比拟的优势,使得钢结构成为绿色建筑的首要构架之一,是值得推广和发展的新型建筑技术。

近年来,随着我国钢铁工业的快速发展,钢材产品以其优良的性能而大量应用到建筑中,而我国的建筑能耗已经占到全国总能耗的30%以上,建筑节能设计对我国使用能源具有十分重要的意义和价值,这也是实现可持续发展战略的必要基础。本文针对钢结构建筑阐述如何实施节能设计,可供工程参考。

1 钢结构在节能建筑中应用的特点分析

1.1 钢结构在节能建筑中的优势

钢结构作为我国建筑中承重梁柱的重要结构之一,与钢筋混凝土结构相比,具有以下优点:钢结构在设计形式上比较灵活,这也使得大开向和灵活分割在建筑中得以实现;刚结构建筑能够使建筑实现产业化,能够有效的缩短建筑工程的施工周期,相比于其他建筑结构还能够提升室内使用面积,具有良好的经济效益;钢材能够回收再利用,对环境污染比较小,降低社会的总能耗;钢结构的力学性能极强,具有良好的抗震和抗拉伸能力,对于抵御一些自然灾害具有其他建筑结构不可比拟的优势等。

1.2 钢结构在节能建筑中的劣势

虽然钢结构建筑相比于其他建筑结构具有较大的优势,但是也不得不重视钢结构的劣势,需要采取相应的措施应对这些问题。首先是钢结构的耐火问题,常温状态下,钢结构是一种性能优异的建筑材料,但是当钢材外界温度超过250℃之后,钢结构的强度降低非常快,当温度超过550℃之后,钢结构的承载力将会严重降低,因而钢结构建筑一旦发生火灾,建筑坍塌和损坏的速度十分快。其次是钢结构的防腐问题,由于钢结构处于露天的环境中,钢材很容易生锈和腐蚀,进而降低钢结构内部的承载力,同时也会影响建筑美观,因而钢材的防腐问题对钢结构建筑的使用寿命影响比较大。最后是钢结构设计一旦制定出来是不能够轻易变动的,使得钢结构应用的市场风险比较大。

2 钢结构建筑的节能设计思路

钢结构建筑的节能设计思路都是针对钢结构具有较大的导热系数而设计的,因而必须重视以下几点:在结构上力求避免热桥,一般情况下,钢材的热桥是无法避免的,但是通过灵活的设计还是有很大的可能避免热桥,例如在轻钢龙骨结构中,在墙和钢材的交接处使用普雷斯特角背衬连接件能够消除热桥效应;在钢结构的内部设置热阻断,在钢结构的一些特殊部位通过开孔处理是当前应用最广泛的处理方法,经过开孔处理之后的钢结构力学性能影响很小,还能够起到良好的节能效果,在钢结构的一些接口处进行热阻断处理也能够起到节能的效果,但是这种处理方法对垫片的要求具有很高的热阻、抗压和抗剪切强度;对钢结构的热桥部位采取局部保温措施,例如对钢结构的梁柱等部位实施单独的保温设计,由于钢结构建筑设计的过程中还需要重视防火设计,因而保温设计和防火设计可以相互结合,从而实现钢结构建筑的防火和节能效果,这是一种经济可行的方法。

3 钢结构建筑的节能设计方法

3.1 梁柱的节能设计

目前钢结构的梁柱构造主要有H型钢柱、钢管混凝土柱和空心方钢管柱三种主要形式,钢柱截面形式的差异也会导致钢柱传热路径的不同,其节能设计的差异也比较明显。H型钢柱可以通过科学合理的构造措施来降低钢柱内部的热桥效应,通常做法是在腹板区填充砌块。H型钢柱一般不需要作保温处理,可以结合工程实际情况在钢柱内外涂抹防火层等材料,由于钢柱的导热系数要比这类材料的导热系数大得多,能够起到一定的保温效果。如果对节能要求比较高的钢结构建筑,则必须对建筑结构进行整体分析,进而得出保温构造,同时还需要增加腹板高度以及减少厚度也能够起到节能的效果,但是翼缘板的厚度对节能影响比较小。梁柱的节能设计采用内外相结合的方式,并且将一个圆形倒角设置在角部,建立温度场的过渡,能够起到消除极小温度点。

3.2 阳台和挑梁的节能设计

钢结构建筑主要采用混凝土—压型钢板的组合楼板,但是阳台还基本上采用混凝土的悬挑板结构,因而在交界处的十字形节点位置,很容易形成热桥,影响钢结构建筑的节能,国外一般采用在热桥的连接部位的构件之间增加一个垫块来隔断热桥之间的联系,这种设计思路在轻钢结构的建筑中应用效果比较好,但是对于荷载比较大以及对连接点力学要求比较高的部位应该慎重使用,普通材质的垫块很难满足力学性能的要求。

挑梁的节能设计可以采用柱体保温的方式进行节能,在挑梁局部延伸外包加厚保温层的综合构造方案,这种设计方式充分考虑了经济性能和热工性能。

3.3 建筑砌体的节能设计

由于混凝土和钢结构的弹性模量、线膨胀系数和梁柱界面尺寸的差异,以及钢结构容许层间位移较大,使得钢结构建筑的裂缝问题要比其他结构严重,如何解决砌体的裂缝成为钢结构节能的主要问题之一。

结合钢结构建筑的实际情况可以采用以下几种处理方式:采用弹性接缝材料粘结框架和墙体的连接部位,通过弹性材料来吸收钢结构的相对变形,形成弹性缓冲层,但是这种处理方式对接缝材料的要求比较高;设置构造柱,传统建筑的盈利集中的门窗等边缘部位设置构造柱来加强局部构造强度,能够避免产生裂缝,在钢结构建筑中也可以采用这种处理方式来避免产生裂缝;分离式构造,在钢结构中墙体和柱体的连接部位采用以防为主的处理方式,使二者能够在一定范围内可以自由变形,这样能够有效防止框架水平位移、温度等因素产生裂缝,但是这种设计需要充分考虑墙体对框架的侧向支持。

 

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