钢结构节能住宅墙体材料及细部构造

钢结构节能住宅墙体材料及细部构造

吴舜

上海同大规划建筑设计有限公司金华分公司浙江321000

摘要：随着建筑行业的快速发展，钢结构的住宅建筑已成为现代房屋建筑工程中较为常见的一种建筑结构形式，且在高层房屋建筑中得到了非常广泛的应用。但钢结构在施工以及使用中，能耗非常的大，并且存在非常多的质量问题以及安全隐患。所以，建筑设计在采用这种结构时，应采用先进的节能技术以及先进的节能材料。本文以钢结构节能住宅墙体材料及细部构造进行分析探究。

关键词：钢结构；墙体材料；坡屋面；节能技术

房屋建筑工程是一个能耗非常高的产业，坚持节能降耗，使用低碳环保的建筑材料，是推动建筑行业可持续发展的唯一方法。近年来，政府部门鼓励建筑工程对民用设施的建设使用钢材料，使得建筑业成为用钢材料最主要的渠道，因此发展钢结构住宅既是节约能源以及保护耕地的技术政策，又是实现住宅产业化的方式之一。其实，钢结构在高层建筑方面的运用已经经历了数十年，美国在战后通过经济恢复第一次使用了钢结构建造高层建筑。随后，高层钢结构工程建设又一次的兴起，由于炼钢技术与成型制造工艺日趋发展，这就给运用钢结构工程带来新的生机，工程建设也不断的增加。因此，也就不断完善了钢结构设计和施工方面的技术，尤其是上世纪六十年代以来，高层钢结构工程飞速的发展，使得钢结构成为人们在高层建筑设计选型上的首选材料。

一、住宅建筑节能设计的重要性分析

近些年来，伴随着社会经济的不断发展，建筑行业也在大规模的迅速增长，但在建筑节能方面却相对较为落后，在全国建造的房屋中大多数都属于高耗能的建筑。在现今低碳经济模式下，实现住宅的绿色以及低碳化，以及实现建筑设计的创新与技术的更新，这对建筑行业实现可持续发展具有非常重要的意义。

二、我国钢结构住宅建筑的发展现状

在我国古代，钢铁冶炼技术在世界中名列前茅。而且，我国是最早使用钢铁建造桥梁和塔刹等承重结构的为数不多的国家，由此可以看出，我国对于钢结构的使用有良好扎实的基础。近些年来，随着社会经济的飞速发展，人们的生活水平也在不断的提高，伴随着国家住房分配制度的改革，房地产行业也在不断的兴起，对于住宅的消费成为热点关注问题，住宅产业也成为国民经济增长的重要来源。并且在工业大发展造成钢铁性废物过量的境形下，对钢结构住宅的研究，不仅消化了钢材市场的过剩的产品，还推动了住宅产业化的进一步发展。从二十世纪八十年代开始，我国就引进了多层钢结构的住宅。在1987年就使用了钢结构体系建造出了北京展览馆宾馆，宾馆的主楼层数是7层，并在楼边还建筑了3层连体住宅。建筑所采用的钢材是从国外进口的，建筑中使用的柱子是采用焊接的方钢，梁采用焊接的H型钢，这是我国出现的最早的钢结构建筑。在1994年，我国出现了完全自行建造的钢结构住宅，目前，我国的钢结构建筑在各个地区都被广泛的使用，钢结构的住宅正在飞跃式的法展。

三、高层钢结构住宅节能体系的优点

3.1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百分之九十。

3.2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。

3.3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。

3.4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。

3.5可回收且污染少，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。

四、高层钢结构住宅节能设计

虽然钢结构住宅相较于传统建筑材料住宅而言有着非常多的优势，但是钢材的热导率却是混凝土的三十多倍。所以钢结构住宅在保温节能上需要进行更为细致的设计与建设。

热桥是钢结构住宅中应该着重注意的地方，所谓热桥就是在建筑中因为多种构造因素，使得建筑围护结构的局部位置导热率增大，与建筑总体导热率不匹配，从而出现热量大量流失的部位。

4.1对住宅热桥部位进行局部的保温设计

有些自保温建筑结构中，因为建筑墙体本来酒具有一定的节能性能，不再需要进行其他的保温设计，但是对于钢结构住宅而言，房屋梁柱部位需要进行有针对性的保温设计，以提高房屋整体的节能特性。

4.2建筑结构设计上尽量减少热桥的出现

通常情况下，热桥在建筑的结构当中很难以完全回避，譬如T型拐角处、建筑楼板层处。但是钢结构住宅又有着非常灵活多变的设计，所以这对于热桥的控制提供了很大的帮助。

4.3钢结构住宅内部设置热阻断部分

在住宅的关键部位进行钢材的开孔处理，这样既不会对建筑的力学性能造成影响，同时还能够实现很好的建筑节能效果。

五、高层钢结构住宅节能技术分析

5.1高层钢结构的建筑规划

对于住宅建筑其朝向的选择是非常重要的。通常南北向或者是接近南北向的朝向相对较好。在冬季应该从窗户处接收到适量的阳光，避免冷空气直接的侵袭，而在夏季则应当减少太阳光对室内以及墙面的直射。对于主要的房间设在冬季背风和朝阳的部位为最佳。并可减小围护结构的散热量。建筑房屋为了能适应抗震的需求，对于结构平面应当尽量规则和减少凹凸的变化，尽量避免形心和质心的距离过大，同时柱网应整齐，梁、柱传力途径明确。在建筑住宅施工中，通过减少住宅的宽面，并加大进深或增加组合体等方式，以此来减少住宅的表面积，控制其体积的系数。

5.2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百分之八十左右。因此，建筑节能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，来实现节能百分之七十的目标。

5.3利用自然通风

房屋良好的自然通风，可以有效的降低室内的温度，从而减少了对空调的使用量。对于高层来讲，其受到的遮挡较少，具有先天的利用通风节能的条件。在建筑高层时，必须要进行整体的布局，尽量的采用错列式的布局，以及南面开敞的方法，以确保这个居住区内有良好的通风环境。同时，为了使气流畅通，对住宅平面的布置也非常关键。

六、钢结构节能住宅对于墙体材料的要求

在建筑工程的墙体材料中，板材制作的技术含量非常高，尤其是对外墙板材料的生产。钢结构节能住宅是现代化社会发展起来的一种新的建筑结构类型，它对于墙板材料的要求非常高，并且在实际施工过程中，钢结构节能住宅的墙被对于连接节点的构造要求也非常高。虽然这些特点与钢结构住宅的要求相一致，但是从我国当前的发展现状来看，符合这两者条件的板材非常少，这就加大了技术人员的设计及施工难度。

6.1单一材料墙板

单一材料的外墙板，主要是由蒸压加气混凝土板与轻骨料混凝土板等材料构成，这种外墙板的内部是一种经过特殊处理的钢筋网构成，其刚度与强度都得到了显著的提高。在板材的表面是采用相应的工具对其进行加工，使其具有一定的装饰效果。通过我们对这一墙板材料进行分析发现，其具有强度大、自重小、隔声效果好、防火性能高等优点，因此在建筑工程建设中具有较高的应用价值。伊通板是单一材料墙板中常见的一种材料，这种不仅具有板材的基本功能，还可以用作涂料、油漆等，在材料的板面进行二次加工，从而确保建筑工程立面设计的合理性，从而确保建筑工程达到节能的效果，满足设计与施工要求。

6.2复合墙板

相对于单一材料的墙板材料，复合墙板由于使用多种材料、技术组合而成，因此其更能够使建筑工程达到节能的目的。一般来说，复合墙板是由岩棉板、玻璃棉、聚氨醋泡沫板、酚醛泡沫树脂板等热绝缘材料，在应用一系列复合技术，这样也就能够使建筑工程达到节能的目的。因此复合墙板在建筑工程中的应用范围更为广泛。

七、钢结构节能住宅对建筑砌块的要求

砌块在现代化的建筑施工中是一种非常常见的墙体材料。而在实际的施工中，建筑工人通常不会选用砌块这种材料，因为，使用这种材料进行施工，其施工量是非常大的，而且自重也很大，所能选用的品种也很少，在实际的施工中缺陷非常多，所以，我们就要对这种材料进行全面的分析，通过运用一定的手段来提高他的质量以及强度，避免出现渗水或是开裂的现象。我国钢结构住宅建筑墙体常用的砌体有以下几种：

7.1蒸压加气混凝土砌块

蒸压加气混凝土砌块是在浆料中加入发泡剂发生化学反应产生气体，形成多孔混凝土，成型后采用高压蒸汽进行养护，达到一定强度的砌块。蒸压加气混凝土砌块作为外墙，不仅满足承载力、隔声以及防火等要求，而且内部的微小气孔使材料内部形成静空气层，保温隔热性能是普通混凝土的十倍，使用一定厚度的蒸压加气混凝土砌块作为外墙，可达一半的节能要求。由于自身具有良好的保温隔热性能，作为外墙使用时可以不单设保温层，简化施工，加快了施工进度，质量也容易控制，这是蒸压加气混凝土砌块作为外墙使用的最突出的优点。

7.2小型混凝土空心砌块

小型混凝土空心砌块的原材料是骨科和水泥，在其中还可以再加入一些工业的废渣，同时，其加工的能耗要低于实心粘土的一般多，是一种可以用在承重墙中的墙体材料。其施工的方法非常的简单，还可以运用砌体的空心在墙体的内部浇筑钢筋混凝土芯柱，可以有效的加强建筑物的整体构造。

八、钢结构坡屋面保温材料的选择

保温材料不仅起到阻止冬季室内热量散发到室外，同时，也防止夏季室外热量传到室内的作用。如今室内空调普及，冬天要防止热量散发，夏天要防止冷气向室外传导，以减少能源的消耗。所以提高建筑工程中的保温、隔热性能，节约能源是国家的一项重要国策，保温材料的选择对屋面保温建筑效果起着关键性的作用。

8.1保温砂浆以及保温粉

保温砂浆在屋面建筑工程中一般被称之为浆体保温材料，是不定型的保温材料。在工厂加工中，呈现膏状是保温涂料，呈粉末状的被称为保温粉。保温砂浆依照使用的部位可以分为外墙外抹用和外墙内抹用，它们的配料以及性能要求是有所区别的。当前市场中掺有发泡苯球的复合保温砂浆的种类非常多，其最大的优点就是材料本身有一定的强度以及阻燃性，并且在外墙热桥问题的处理上非常经济实惠且有自身独特的处理方式，同时，对工人也不用进行特殊的使用培训。这些优点使该材料占有了一定的市场，但该材料的导热系数与聚苯板和岩棉板相比还是比较弱。

8.2保温板材

在现在的建筑行业保温板材的种类非常多，最常见的有外表面粘贴用聚苯乙烯发泡板、单面钢丝网架聚苯乙烯夹心保温板、单面钢丝网架硬质岩棉夹心保温板以及挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板以及聚氨酷泡沫塑料板等。根据使用的部位不同，可分为外墙内保温用板以及外墙外保温用板。

8.3现场发泡保温材料

有些建筑中会在现场发泡保温材料，其主要包括有现场发泡氮尿素填充保温材料以及现场发泡聚氨酷添充保温材料等。现场发泡保温材料主要的成分有泡乳液、树脂和氮尿素，这三种成分会按一定的比例与水相溶，充分的溶解后，在压缩空气的冲压下会产生泡沫，泡沫会自由的膨胀然后填充到任意的空间中，可在非常短的时间内凝固。氮尿素的泡沫是白色的，且其泡沫结构非常均匀并相互的连接在一起。此工艺的要求很高，必须要有成套完整的技术设备和培训良好的技术工人，一次性的投入非常大，而且造价也相对较高。

九、结束语

钢结构的建筑住宅，具有节能减排的优势，并且使用钢结构能大大缩短建筑工期且减少劳动力，提高了资金的利用率，使用钢结构是高层建筑的必然发展趋势。随着房屋建筑的飞速发展，人们对建筑无得审美观念也在不断的提高，对建筑物立面的设计也越来越有多样化，尤其是对建筑物屋面的变化。所以，坡屋面也被广泛地应用在各类建筑物中。

参考文献

[1]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.2012（07）：20-24.

[2]徐伟良，何余良.多高层钢结构住宅的建筑技术与工程应用[J].建筑技术.2010（03）：208-211.

[3]刘亮俊苏丽丽.高层钢结构住宅含钢量分析与探讨[J].山西建筑.

[4]王宏伟.浅谈现代住宅坡屋面施工技术应用[J].城市建筑，2012（9）：23.

[5]夏昌.钢混凝土组合型高层和超高层绿色住宅.建筑科学，Vol.29，No.Jun.2013.