浅谈钢结构节能措施的设计

吕欣

摘要：钢结构是当前国内外高层、超高层的重要结构形式之一，建筑产业发展领先的国家，钢结构类工程应用十分广泛。我国作为受地震灾害影响较大的国家之一，采用传统的砼结构、砌体结构在抗震性能方面与钢结构具有一定差距。钢结构自身所具有的施工建设周期短、环境效应小、抗震性能好等优点，使得钢结构在现代工程建设中占有较大比重。但由于钢结构传热和导热系数较高，使得钢结构整体保温、隔热等性能较差，在国内北方大部分地区使用中节能设计成为钢结构设计的重要研究课题。

关键词：钢结构；热桥效应；节能设计

引言

自古以来，国内传统的工程建设主要以土木原材料为主。随着现代科学技术水平的提高，大量的新型材料极大程度带动了工程建设的发展步伐，如钢筋混凝土结构、钢结构等，新型材料从出现到当前，基本替代了传统的建筑材料。钢结构作为新时代的重要建筑材料之一，其强度高、抗震特性好等特点，使得钢结构工程具有着较大的发展潜力[1-2]。当前国内钢产量排在世界首位，其中大量的钢材用于工程建设，随着我国民众整体素质的提高，对于建筑节能方面的意识也不断提升，为此，现代钢结构工程开发过程中，越来越注重钢结构的节能设计[3]。本文重点对钢结构工程的特点、优势、不足进行分析，并总结钢结构工程的节能设计措施。

1、实际工程中的应用及和特性分析

1.1钢结构工程选用的结构形式

当前工程建设中钢结构常见的形式主要包括：钢框架结构、钢混凝土组合结构、轻钢结构等，钢结构梁柱主要通过螺栓、焊接等形式进行连接，结构整体的变形性能较好。国内常见的大跨度结构、单层和多层工业厂房、现代办公楼等。钢结构的迅速推广使用给工程建设带来了生机，但也存在着许多问题，比如钢结构自身的传热系数较大造成的保温性能差等问题[4]。随着当前国内外能源和资源的日益枯竭，节能环保意识不断深入人心，对于钢结构类建筑的节能设计直接影响着钢结构工程能够在未来发展中广泛应用。

1.2钢结构优点分析

通过大量工程实践证明，钢结构工程具有良好的抗震性能，在水平和竖向地震作用下，具有良好的变形性能，较传统建筑具有良好的延性、抗扭强度、抗拉强度等。此外，钢结构易于回收利用和环保耐用的特性，为建设绿色环保工程提供了支撑。钢结构中运用现代CL保温体系的墙体，达到了较好的节能效果，为钢结构的推广和使用提供了保证。

1.3钢结构存在的问题分析

工程实践证明，钢结构再耐火性、耐久性等方面，与混凝土结构、砌体结构等有较大差距，为此，钢结构防火设计、防锈蚀设计必须加以重视；钢结构工程建设需要大量的钢材，而钢材的矿石开采和冶炼均具有较高的能耗，同时钢结构工程的造价较高等问题，困扰着钢结构工程的进一步推广和使用。此外，钢结构工程自身的节能保温性能差问题，也是困扰钢结构发展的重要因素，再加上当前钢结构设计中，配套的保温措施不够成熟，直接造成了钢结构保温和节能指标达不到要求。

2、轻型钢结构采取节能设计必要性

（1）一般条件下，钢构件的的传热系数超过为混凝土构件的30倍，良好的导热性能使其在建筑工程中的节能设计远达不到建设方、建筑规范和标准的要求。由于保温性能达不到要求，造成了大量钢结构工程的能源损失，为此，鋼结构设计中必须采取科学的节能防护措施。

（2）钢结构主要构件为钢材，其钢柱、钢梁等在隔热和保温方面相比传统建筑差，同时因为温差的变化造成钢结构的变形、承载性能均发生变化。比如近年来国内较长的钢结构工程，由于没有科学的防护，使得温度应力过大，造成的倒塌等工程事故，为此，必须对钢结构做好维护处理和温度区段划分措施。

（3）钢结构中，因为大量钢构件的使用，造成钢结构整体构成的连续导体，对室内外温度的传递没有形成阻隔，使得钢结构房屋的舒适性、适用性较差。想要持续钢结构工程的应用，必须解决这些问题。

3、轻型钢结构采取的节能设计措施

通过钢结构的特点和节能设计必要性分析，主要节能设计措施如下：

（1）钢结构选型方面，可以通过构造做法来消除钢梁、钢柱连接部分和围护结构部分的热桥效应。比如对于外部墙板等设计，可以采取外墙板包钢梁、钢柱的形式，并选取外保温材料提高钢结构围护结构的保温性能。

（2）选用特殊的构造形式来提高钢结构的保温和隔热性能，比如选取中间隔断的方式来避免热量的直接传递。比如设置温度伸缩缝、加填充物（如挤塑板、岩棉等）来提高结构整体的保温特性。

（3）采取隔离设计措施。传统钢结构设计均需要钢柱构件、墙体等于地面和外界直接接触，这就造成了热量的直接损失，在设计中，可以采取与地面或外部环境隔离的方式，减少热量直接传递到大地或外部环境中。比如采取隔空设计的方式、双层设计措施等。

（4）根据钢结构自身所具有的特性来实现节能设计。比如，可以对钢结构各部分构件采取防火设计时，对其采取节能防护处理。比如，钢构件表面的防火涂料可以选取不可燃的材料，在提高耐火性的同时，提升钢结构的保温特性。比如，对在钢结构表面或构件中间填塞岩棉制品、玻璃棉板等不可燃保温材料。

（5）选取新型材料，来提升钢结构的保温性能。比如可以选用智能材料，对于热量容易散失的节点、边缘构件等进行处理。起到吸收热能、阻隔寒冷的效用。

4、结 语

当前国内大量的工程选用钢结构形式，该结构形式一定程度上给建筑的安全性能、承载力和适用性等方面提供了保障，但随着大量钢结构应用中，节能、隔热、防火性能差的问题不断凸显在人们面前，本文通过分析现代钢结构的主要形式、特点和应用范畴的分析，指出了钢结构的有点和不足，并提出了节能设计的必要性。随后本文以设计角度出发，提出了钢结构节能设计的主要措施，如合理的结构形式、科学的构造设计、合理的隔离措施和新型材料应用等。希望通过本文对钢结构的节能措施设计分析，能够为大量应用的钢结构工程项目提供指导和参考。

参考文献：

[1]GB500l8一2002，冷弯薄壁型钢结构技术规范[S]

[2]JGJ99一98，高层民用建筑钢结构技术规程[S]

[3]GB50189一2005，公共建筑节能设计标准[S]

[4]顾馥保，城市住宅建筑设计[M]，中国建筑工业出版社，2007