高层钢结构住宅节能技术分析与探讨

高层钢结构住宅节能技术分析与探讨

摘要: 钢结构住宅体系是目前我国建筑中唯一的可循环建筑结

构体系，该体系除具备抗震性能好、施工速度快等诸多优点外，在节约资源、节约能源方面的作用十分显著，实现了人们对绿色节能建筑的追求和理想，被住建部纳入建筑业十项新技术推广发展和应用。本文以住宅工程的前期规划、设计、外围护结构的热工性能以及自然通风等方面，对高层钢结构住宅的节能设计进行分析。

关键词: 钢结构住宅；高层建筑；节能技术；结构体系

中图分类号：tu391文献标识码： a 文章编号：

一、高层钢结构住宅节能体系的特点

1.高层钢结构住宅节能体系的优点

(1)钢结构节能设计主要是通过完善规划及分部分项工程设计达到节能效果，在进行总平面设计时，从选址、平面布置、建筑间距以及绿化设施等方面考虑节能对实际施工产生的效果及效益。(2)在原来建筑施工时，采用面砖，有些质量不好，吸水率大，在施工中受热胀冷缩影响，使砖的面层产生裂纹。而钢结构具有承载强度高, 抗震性能优越。相同的荷载,钢结构构件截面最小; 相同的截面, 钢结构构件承载力最大。从而大大增强了住宅的安全可靠性。

(3)能够合理布置区间，达到操作施工使用的有效面积的最大使用空间。在传统的建筑结构所选用材料，限制了空间合理性的布置。因为必须达到建筑体系安全使用标准，其梁、板、柱都有规范性要

求。这就造成使用面积的浪费。合理的钢结构体系, 住宅的有效使用面积可达到90%。

(4)自重轻, 综合造价低, 施工方便, 工业化程度高。结构重量轻，减少了运输和吊装费用。从这些特点可以看出，钢结构施工速度快、施工周期短的特点, 减少了人工费和模板等其它辅助材料费用, 综合效益十分可观。

(5)可回收, 污染少, 所使用的钢材料可以反复的使用。符合建筑钢结构节能产业的可持续发展要求。长期以来, 人们一直在追求建筑的“环保、节能、工厂化”, 即“绿色建筑”的理想, 钢结构恰恰能够实现人们的追求。钢结构适宜工厂大批量生产, 工业化、商品化程度高。发展钢结构对于资源、能源都非常短缺的我国意义尤为重大。

2.高层钢结构住宅体节能体系的不足

(1)耐火问题。在正常温度下使用, 钢结构材料是一种很好的建筑材料。但一旦钢结构材料温度超过250℃时, 钢材的强度降低为40%,其刚度降低为78%。当温度大于550℃时, 钢结构材料内部结构破坏，承载力也就降低。一旦发生火灾, 很容易使建筑损坏。钢结构建筑的防火问题一直是其较难解决的问题。

(2)防腐问题。在工业厂房中，钢结构材料暴露在自然界中，就会被空气中的颗粒、雨天、温度的变化，都会导致钢材的生锈，内部结构破坏，其承载能力就会随之降低，建筑的美观也会受到视觉的影响。因此, 在钢结构住宅体系中, 对钢材的防腐处理是应认真

对付的。

(4)钢结构一旦采用, 图纸或房型等都不能轻易变动, 市场的风险比较大。在建筑管理方面, 我国现行的建筑管理模式与钢结构住宅这种工业化生产方式不适应。在技术规范、标准方面, 虽然目前单一的专业技术规程规范比较齐全, 但是作为钢结构住宅的综合

性技术规程尚待编制。需要结合我国的实际情况总结经验、加强信息交流、学习和引进国外先进的技术和发展模式, 使钢结构住宅建筑在我国形成工业化、产业化的潮流。

二、节能设计原则

《国务院关于加强节能工作的决定》中要求：“大力发展节能省地型建筑，推动新建筑和公共建筑严格实施节能50%的设计标准，直辖市及有条件的地区要以65%的标准实施”。采取一些列措施。在实际高层钢结构住宅中，地上主体结构采用钢框架——偏心支撑结构，利用每个单元口、电梯间的布置支撑，加大了整体的连接效果，使受力截面面积增大，有效的减小了受力不均的特点，增强了建筑物的使用面积。为了节约钢材，降低造价，框架柱也可采用在空钢管内浇筑高强素混凝土而形成的钢管混凝土框架柱。由于钢管混凝土柱结合了钢柱与混凝土柱的优点，具有良好的受力性能、抗震性能和耐火性能。其单柱的轴向承载力大幅提高，使钢柱截面尺寸大幅减小。与h型钢柱相比，用钢量可节省约50％，造价约降低45%。

三、节能技术分析

(1)前期规划及设计

住宅建筑的朝向选择很重要，以南北向或接近南北向为好。冬季应有适量的阳光射入室内，并尽量避免冷风直接吹袭；夏季则尽量减少太阳直射室内及外墙面。主要房间宜设在冬季背风和朝阳的部位，减小围护结构的散热量。为适应抗震概念设计，结构平面应尽量规则、减少凹凸变化，避免形心和质心距离过大，同时柱网应整齐，梁、柱传力途径明确。在住宅设计中，可通过减小住宅面宽,加大进深或增加组合体等方式减小住宅外表面积，以控制其体型系数。

(2)提高围护结构的热工性能

建筑空间内热环境的优劣，取决于室外自然环境和围护结构的热工性能。据统计，建筑物通过围护结构散失的热量大约占整个热量损失的70％左右。因此，建筑节能设计应通过控制窗墙比和改善外墙、屋面、楼地面、门窗、楼梯间等建筑围护结构的热工性能，来实现节能65%的目标。住宅建议采用外墙外保温系统，可有效隔断墙体与室外间的能量传递。管道夹层顶板即住宅首层楼地面采用挤塑聚苯乙烯保温板可有效隔断首层与管道夹层间的能量传递。另还可采用了塑钢单框中空玻璃窗，密封胶条使其单位缝长空气渗透量及单位面积空气渗透量满足标准，气密性达到4级，防止了室内、外由于热量对流产生的能量损失。窗框与墙体间采用聚氨酯发泡工艺，防止“热桥”的产生及空气渗漏，同时提高隔声性能。(3)利用自然通风

良好的自然通风可以降低室内温度，减少空调使用量。高层住宅受到的遮挡少，利用自然通风节能具有先天的优势条件，因此达到65%的节能目标，高层住宅自然通风设计也不可忽视。在总体布局当中应尽量采用错列式布局、南面开敞等设计方法，以保证整个居住区内良好的通风环境。此外，为保障气流通路畅通，使得风可以自由通过，住宅的平面布置也十分重要

(4)其他可用措施

普通中空透明玻璃夏季日间总得热量只略低于单层玻璃，而夜间散热远不及单层玻璃。为达到良好的节能效果，应根据建筑物所在地的气候特点分别采用单片吸热玻璃或热反射玻璃、low-e玻璃以及这些玻璃组成的中空玻璃。同时还应用平开窗代替推拉窗，通过窗扇的不同开启角度对风产生导向作用，利用高层建筑的高度优势，加强自然通风，从而保持室内空气清新,最大限度地减少空调使用时间。

建筑遮阳可以对太阳光线的热辐射收到遮蔽效果，提高室内的热舒适性。计算表明，装有遮阳系统的南向房间，夏季室内超出舒适范围的时间将减少20%。外窗遮阳措施很多，如水平遮阳板、垂直遮阳板、综合遮阳板、挡板遮阳、活动百叶外遮阳等。遮阳板的设置方式应充分考虑当地日照条件和建筑物朝向等因素。遮阳不仅可以达到降低能耗的目的，合理设置还可以为高层建筑的外在表现增添色彩。

四、建筑节能新技术的应用