轻型钢结构节能措施的设计思考

    自古以来我国建筑住宅主要土木为主，随着科技的发展，钢筋混凝土、钢材等新型材料不断出现，并逐步替代了传统建筑用材。钢结构作为一种特别具有潜力的新型材料，在工程建设中广泛应用。目前我国钢材量居世界第一，其中建筑用钢的比重也越来越大，随着国民素质的提高，建筑节能意识越来越高，本文通过对轻型钢结构建筑在工程建设中的应用，同时阐述了轻钢结构优缺点，并总结出轻钢结构设计措施。

　　一、轻型钢结构在建筑结构中的应用及特点

　　1.轻型钢结构的结构形式

　　轻钢结构主要应用于不承受较大荷载的大型现代化建筑中，主要形式是：轻型钢框架、薄壁型型钢屋檩、薄壁型屋面板、轻型墙面板等，采用钢丝、钢绞线用螺栓固定进行拼装。通常轻型钢结构的主要形式有：一种是厚度不大于6mm的薄壁型钢构建的框架，另一种是采用轻型钢构件搭构成的桁架。常见的建筑类型有轻型临建房、轻型工业厂房、大型现代化公用建筑等。

　　2.轻型钢结构的优势

　　①抗震性能好，强度高；②回收利用率高、环保耐用；③高性能节能墙体节能效果好；④构建方便快捷；⑤坚固耐久，安全性能高。

　　3.轻型钢结构的不足

　　钢结构本身的优点使其在多种形式结构中广泛应用，但是钢结构作为一种新型材料，它本身还具有很多的缺点。其中，钢结构的缺点有：耐火性差、容易锈蚀、造价较高、技术难度高、保温差、隔热性能差等。

　　二、轻型钢结构采取节能设计必要性

　　当前，随着节能意识的普及和人们节能观念的提高，节能设计成了建筑设计不可或缺的必要环节。轻型钢结构的应用在不断增加，轻型节能设计成为必然的发展趋势，主要节能设计的必要因素有如下几点：

　　1.轻型钢结构通常情况下传热系数是常用的混凝土材料的三十倍以上，这就造成了轻型钢结构传递热量性能较好，影响结构的保温和隔热功能，使得结构本身的防护功能受到阻碍，这就要求轻钢结构必须采取有效的节能措施。

　　2.轻型钢结构由于大量采用薄壁型钢，这种钢板由于厚度较薄，这就造成了轻型钢结构的保温和隔热性能较差，同时由于温差变化引起的局部变形较大，对结构受力性能产生一定的影响，因此必须采取有效的防护措施，防止轻钢结构建筑温差变化过大，使得其正常使用功能受到阻碍。

　　3.钢结构受温度作用产生的应力巨大，通常钢结构焊接部分或螺栓连接部分由于大面积温差变化导致温度应力巨大，对螺栓孔或焊缝周围造成应力集中，当温度应力过大时，容易造成局部破坏，导致钢结构承载力降低，耐久性降低，使得结构的某项使用功能或使用年限受到影响。因此必须采取有效的措施，放置由于温度变化产生应力集中。

　　4.轻型钢结构中，由于钢构件的大量使用，造成轻型钢结构整体形成连续的导体，使得温度内外传递没有阻隔，这就造成了轻型钢结构建筑物的本身不具备房屋正常使用功能。因此必须采取有效的措施防止轻钢结构像连续的导体一样散失热量和吸收热量。

　　5.轻型钢结构具有轻质、热工性能差、价格昂贵等特点，这就要求轻钢结构建造的房屋必须有大量的热源，所以轻型钢结构的造价通常较高。由于轻钢结构造价高造成轻钢结构没能像传统建筑材料一样被广泛应用于工程建设。通过节能设计措施，降低轻钢结构的成本，以推广轻钢结构的使用范围。所以，突破轻型钢结构节能设计是降低轻型钢结构的造价和推广使用的前提。

　　三、轻型钢结构采取的节能设计措施

　　提高轻型钢结构节能设计的水平，应首先解决以下问题：

　　1.加强轻型钢结构节能建筑体系的研究开发，可通过技术整合、创新，把轻型钢结构节能设计措施与节能建筑体系有机融合，这一方面为轻型钢结构在建筑体系的发展做好基础工作，另一方面也能为两者间的配套设施提供有效的解决方案。

　　2.鼓励规范化、产业化、标准化生产，这是发展轻型钢结构以及提高轻型钢结构节能设计的重点。当前，在我国轻型钢结构建筑体系上还没有形成共同标准，每个企业的标准不同，造成目前轻型钢结构建筑缺少规范化的局面。一方面是轻型钢结构建筑体系的工业化高度集中，另一方面是轻型钢结构建筑的单一发展，因此，为了解决两者之间的矛盾，必须结合我国国情，组织相关部门进行研讨，为我国轻型钢结构节能建筑体系的规范化、产业化、标准化的发展而努力。

　　3.加强轻型钢结构节能设计的应用及推广，轻型钢结构在建筑结构上的应用具有众多优点，这是加大其应用及推广的主要原因。当前我国钢产量名列世界前茅，这是发展轻型钢结构建筑的物质条件，然而由于各种原因，轻型钢结构在建筑上的应用相对较少，因此，需加强轻型钢结构的应用及推广，使我国轻型钢结构建筑良性发展。另外，轻型钢结构在建筑结构上还属于新事物，人们对新事物的认识和接受都需要一个过程。因此，政府可通过政策上的优惠（如税收、科研经费）、支持促使承建商大力应用及推广轻型钢结构。

　　4.培养轻型钢结构设计人才，特别应提高轻钢结构节能专业的培养力度。轻型钢结构比较复杂，节能设计还不算太成熟，在职的设计人员对轻型钢结构的接触程度不太熟悉，适应度也相对比较少，因此，应多方面培养人才科研基地，可以与各大院校合作，对人才进行优先培养，提高轻钢结构节能设计人员的能力。

　　轻型钢结构节能设计能够减少室内热量的散失，提高钢结构的保温性能。要提高钢结构的保温性能，必须从结构导热、保温入手，对于结构的特征采取特别的节能措施，节能设计措施如下：

　　①结构形式设计方面，必须消除热桥构造。通常由于钢结构在构造上容易出现热桥，因此，在钢结构设计中，对于局部构造必须采取消除热桥的措施，可以采取改变结构形式等措施。一般使用的T型钢的转角易存在热桥散失热量，在钢结构与混凝土结构山墙连接处可以采取改变连接件的形式转变传热方式，消除局部热桥。使用特殊的构造形式消除钢结构中的连续散热传热构造，或采取连续构件之间采用保温隔热措施，避免热量连续流失；

　　②采取特殊的构造形式，对轻型钢结构特别的部位采用皿热隔断措施。通常这种措施用于结构承载力较小的部位，以免由于截面削弱造成承载力下降，导致结构整体遭受破坏，此外对于钢结构墙体之间采用填充物（保温板或岩棉）将内外钢板相互隔离，这种夹心构造可以达到较好的保温节能效果；

　　③采取隔离措施。通常由于局部或者大面积与大地或室外较大散热构件相连接造成热量大量传递损失的，宜采取隔离设计措施，通常采取与地面或者外部构件相互隔离的方式，阻止热量的大量散失。这种措施有效防止了热量无限制的传递到大地或外部构件；

　　④结合钢结构特点进行节能设计。对钢结构进行防火设计的同时，对其进行节能防护。譬如可以对轻型钢结构进行外包或内部填塞防火物质，同时也可以达到防治热量散失的目的。当前采用的填充物通常有保温岩棉、岩棉制品、玻璃棉毡、玻璃棉板等保温材料。

　　四、结语

　　在我国，轻型钢结构已经大量应用于民用住宅建筑和公用建筑，随着轻型钢结构的大量应用于生产和生活，钢结构本身的优点更需要在结构设计中充分利用，同时钢结构的缺点也需要设计方面采取有效的措施进行避免。钢结构耐火性差、保温、隔热性能差等缺点使得钢结构的应用面临着挑战，其中节能保温、隔热性能方面是现在钢结构设计方面需要克服的重点和难点，本文分析了钢结构的优缺点，并对轻型钢结构的结构形式进行了分析，对其容易造成能源损失进行了阐述说明，并提出了有效控制轻型钢结构热量散失的措施。未来轻型钢结构将大量应用于现代化建设之中，节能设计即将成为重要的钢结构设计课题。

　　（作者单位：珠海市规划设计研究院）