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摘要：建筑自人类产生以来都是人们生活的重要组成部分，在很长时间里运用的都是石材和木材等，随着科技的发展新型材料广泛运用于建筑中，如钢材等等。因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有不可比拟的优势，使得钢结构成为绿色建筑的首要构架之一，是值得我们推广和发展的新型建筑技术。而且建筑结构设计节能方面的发展现状近年来，随着全球能源问题的日益严峻和“可持续发展”理念在国内的推广，建筑业作为复杂的工程项目，建筑节能设计越来越受到社会的关注。
关键词：钢结构建筑;节能设计思路;节能设计方法
我国传统的建筑形式上以土木构造为主，近代建筑则是以钢筋混凝土、砖混结构等为主.在20世纪60-70年代，钢结构建筑开始出现在大跨度公共建筑、工业厂房、桥梁、高耸建筑当中，而钢结构住宅的应用较少.近些年来，中国钢材产量大幅提高，已经连续几年粗钢产量居世界第一钢结构以其优良的性能，使得国家和建筑开发商也开始更多的把目光投在对钢结构住宅的开发上来.国家开始更加关注钢结构建筑，由山东莱钢、杭萧钢构等企业实验性建成一批钢结构节能住宅，反响良好。钢结构建筑是一种新型的建筑体系有可通房地产业、建筑业、冶金业之间的行业界线，集合成为一个新的产业体系，这就是业内人士普遍看好的钢结构建筑体系。钢结构建筑的优点主要有：大大节约施工时间，施工不受季节影响;增大住宅空间使用面积;减少建筑垃圾和环境污染，建筑材料可重复利用;拉动其他新型建材行业的发展;抗震性能好;使用中易于改造、灵活方便;给人带来舒适感。本文就钢结构建筑中节能环保设计今天探讨。
1 关于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。最后是钢结构的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 关于钢结构建筑的节能设计思路
目前常用的几种钢结构节能构造，都是针对钢材具有较大的导热系数而进行设计的：
（1）在结构上尽量避免热桥。一般情况下，热桥是无法避免的，但对于灵活性极强的钢结构住宅构造来说，还是有很大可能性的。如轻钢龙骨结构中，在墙的交接处使用普雷斯特角背衬连接件就可以有效的消除热桥效应;
（2）钢结构内部设置热阻断。在钢结构的特殊部位进行开孔处理时目前比较成熟的一种处理方法。处理后的钢结构，其力学性能损失不大，热学节能效果良好。另外还有在接口位置进行热阻断也有一定的可行性，但是这种方法对垫片的要求很高，必须具备一定的热阻和抗压或抗剪切强度。
（3）对热桥部位进行局部保温。对于钢结构梁柱等部位需要单独进行保温设计，同时可以与防火设计结合起来。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关于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
由于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。
（1）采用弹性接缝材料。在墙体和框架连接部位采用弹性材料层粘结是目前钢结构墙体开裂最常见的处理方法。通过该层材料来吸收结构的相对变形，消除应力。因此，设置弹性缓冲层被认为是一种有效防止砌体因温度应力而开裂的构造措施。但这种方法对接缝材料的要求相当高，仍然需要进行大量的研究。
（2）设置构造柱。在传统建筑方式中，对于应力集中的门窗洞边等边缘部位，常采用设置构造柱的措施以加强局部构造强度阻止裂缝的发生。但在钢结构框架中，通过减小单块墙体面积的方法来减小温度应力的做法是不可取的，不过对于其他应力产生开裂的情况具有很好的效果。
（3）分离式构造。在钢结构中采用以放为主的方式，放开墙体与柱体的链接，以便二者在一定范围内可以自由变形。因此，可以防止温度、干缩、框架水平位移等因素造成的裂缝。但在设计时，必须考虑墙体对框架的侧向支持。
4 结语
本文对钢结构的节能环保设计存在的一些问题进行探讨，同时也对节能环保设计提供一些建议，因为钢结构适宜工厂大批量生产，工业化、商品化程度高。它能将节能、防水、隔热、门窗等先进的成品集合在一起，实现综合成套应用，将设计、生产、施工安装一体化，提高住宅的产业化水平。今后随着城市建设的发展，城市改造需要拆除大量的旧建筑，钢结构比传统结构的拆除更容易实施，钢材回收利用率高、拆除成本低、污染较小，符合可持续发展的要求。随着钢结构节能技术的发展，相信节能、绿色的钢结构建筑必将成为未来建筑发展的方向之一。
参考文献：
[1]陈志华，王小盾，李树海.钢结构住宅的构造及技术经济分析[J].钢结构，2004（3）：39-43.
[2]丁维.发展钢结构绿色节能住宅建筑体系推进住宅产业化进程[J].钢结构，2007，22（7）：20-24.
[3]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能2009年度发展研究报告[R].北京：中国建筑工业出版社，2009.
关键词：钢结构建筑;节能设计思路;节能设计方法
我国传统的建筑形式上以土木构造为主，近代建筑则是以钢筋混凝土、砖混结构等为主.在20世纪60-70年代，钢结构建筑开始出现在大跨度公共建筑、工业厂房、桥梁、高耸建筑当中，而钢结构住宅的应用较少.近些年来，中国钢材产量大幅提高，已经连续几年粗钢产量居世界第一钢结构以其优良的性能，使得国家和建筑开发商也开始更多的把目光投在对钢结构住宅的开发上来.国家开始更加关注钢结构建筑，由山东莱钢、杭萧钢构等企业实验性建成一批钢结构节能住宅，反响良好。钢结构建筑是一种新型的建筑体系有可通房地产业、建筑业、冶金业之间的行业界线，集合成为一个新的产业体系，这就是业内人士普遍看好的钢结构建筑体系。钢结构建筑的优点主要有：大大节约施工时间，施工不受季节影响;增大住宅空间使用面积;减少建筑垃圾和环境污染，建筑材料可重复利用;拉动其他新型建材行业的发展;抗震性能好;使用中易于改造、灵活方便;给人带来舒适感。本文就钢结构建筑中节能环保设计今天探讨。
1 关于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。最后是钢结构的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 关于钢结构建筑的节能设计思路
目前常用的几种钢结构节能构造，都是针对钢材具有较大的导热系数而进行设计的：
（1）在结构上尽量避免热桥。一般情况下，热桥是无法避免的，但对于灵活性极强的钢结构住宅构造来说，还是有很大可能性的。如轻钢龙骨结构中，在墙的交接处使用普雷斯特角背衬连接件就可以有效的消除热桥效应;
（2）钢结构内部设置热阻断。在钢结构的特殊部位进行开孔处理时目前比较成熟的一种处理方法。处理后的钢结构，其力学性能损失不大，热学节能效果良好。另外还有在接口位置进行热阻断也有一定的可行性，但是这种方法对垫片的要求很高，必须具备一定的热阻和抗压或抗剪切强度。
（3）对热桥部位进行局部保温。对于钢结构梁柱等部位需要单独进行保温设计，同时可以与防火设计结合起来。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关于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
由于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。
（1）采用弹性接缝材料。在墙体和框架连接部位采用弹性材料层粘结是目前钢结构墙体开裂最常见的处理方法。通过该层材料来吸收结构的相对变形，消除应力。因此，设置弹性缓冲层被认为是一种有效防止砌体因温度应力而开裂的构造措施。但这种方法对接缝材料的要求相当高，仍然需要进行大量的研究。
（2）设置构造柱。在传统建筑方式中，对于应力集中的门窗洞边等边缘部位，常采用设置构造柱的措施以加强局部构造强度阻止裂缝的发生。但在钢结构框架中，通过减小单块墙体面积的方法来减小温度应力的做法是不可取的，不过对于其他应力产生开裂的情况具有很好的效果。
（3）分离式构造。在钢结构中采用以放为主的方式，放开墙体与柱体的链接，以便二者在一定范围内可以自由变形。因此，可以防止温度、干缩、框架水平位移等因素造成的裂缝。但在设计时，必须考虑墙体对框架的侧向支持。
4 结语
本文对钢结构的节能环保设计存在的一些问题进行探讨，同时也对节能环保设计提供一些建议，因为钢结构适宜工厂大批量生产，工业化、商品化程度高。它能将节能、防水、隔热、门窗等先进的成品集合在一起，实现综合成套应用，将设计、生产、施工安装一体化，提高住宅的产业化水平。今后随着城市建设的发展，城市改造需要拆除大量的旧建筑，钢结构比传统结构的拆除更容易实施，钢材回收利用率高、拆除成本低、污染较小，符合可持续发展的要求。随着钢结构节能技术的发展，相信节能、绿色的钢结构建筑必将成为未来建筑发展的方向之一。
参考文献：
[1]陈志华，王小盾，李树海.钢结构住宅的构造及技术经济分析[J].钢结构，2004（3）：39-43.
[2]丁维.发展钢结构绿色节能住宅建筑体系推进住宅产业化进程[J].钢结构，2007，22（7）：20-24.
[3]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能2009年度发展研究报告[R].北京：中国建筑工业出版社，2009.