轻钢结构住宅节能技术的应用

轻钢结构住宅节能技术的应用

刘晓语

中冶华天工程技术有限公司江苏南京210019

摘要：轻钢结构住宅逐渐成为一种实现建筑节能和达到绿色建筑评价标准的选择，如何优化轻钢结构住宅的节能设计将成为建筑设计人员亟需解决的问题。本文分析了轻钢结构住宅的节能特点，概述了轻型钢结构在住宅建筑现存问题，并提出了轻钢结构住宅的优化节能设计措施。

关键词：轻钢结构；节能技术；住宅

轻钢结构住宅是一种绿色节能建筑体，用钢制材料代替木质和混凝土材料，可以降低对自然资源的消耗，由于钢材结构住宅可以根据尺寸需求直接组装，施工过程中不需要用到大型设备，可以降低能耗，而且钢材料具有回收利用价值，现在正逐渐为人们所接受。但是钢材的热传导性，使得冬天热量由内向外传递，导致室内过冷，而夏天则是外部热量向内部传递导致室内温度过高，夏天需要降温、冬天要供暖，这无疑会增加能耗。因此，就有必要在钢结构施工中采取有效的措施。

1轻钢结构住宅概述

所谓轻型钢结构体系，就是承受较小的水平外力荷载，采用较小的构件截面，结构自重较轻的钢结构体系。该体系应用冷弯型钢、热轧或焊接H型钢、T型钢、焊接或无缝钢管及其组合构件作为承重骨架，应用石膏板、OSB板、PC板、蒸压轻质加气混凝土板（AIC板）、彩钢板作为骨架外的围护结构。这种体系的房屋建筑构造灵活，屋外装饰类型和色彩丰富多样，可以建造出形式各异的低层或多层轻钢别墅或住宅公寓。轻钢结构住宅结构体系与砖混结构和混凝土结构体系有很大区别，它由轻钢结构体系、楼面结构体系和维护结构体系等组成。

轻钢结构体系主要包括两种低层轻钢结构体系和多层轻钢结构体系，低层轻钢建筑指两层及以下的轻钢房屋建筑，主要有实腹式（格构式）门式钢架或排架。该体系的受力构件主要是各榀钢架靠墙梁、檩条和各类支撑连系。多层轻钢建筑一般为10层以下的住宅，总高度小于24m的公共建筑，20m以下楼面荷载小于8kPa的工业厂房。多层轻钢建筑适宜采用三维框架体系，同时必须加强各榀刚架间的连系与支撑。这类结构体系主要采用刚接或半刚接的梁柱体系，一般设计为强柱弱梁形式，梁柱均取等截面形式。

楼面结构体系中楼板主要采用压型钢板和现浇混凝土组合楼板、预制混凝土叠合板、现浇钢筋混凝土楼板等，起支承竖向荷载和传递水平荷载的作用。

围护结构体系主要包括两种非自重式轻型墙体和自承重轻型墙体。非自重式轻型墙体材料主要有压型彩钢夹轻型保温隔层墙体、压型彩钢夹芯板、玻纤增强水泥外墙板等。自承重轻型墙体材料主要有空心砌块、加气混凝土砌块、预制预应力混凝土砌块、长尺压型钢板、钢网塑料墙体、轻钢龙骨加面板墙体等。此外，玻璃幕墙既可作非承重式轻型墙体，也可作自承重轻型墙体，主要是看做法。

2我国钢结构住宅存在的问题

从轻钢结构目前的发展情况来看，存在的主要问题有：

2.1因为我国轻钢结构住宅起步较晚，设计计算理论、施工规程和规范都相应的比较匮乏，这就导致了轻钢结构不论在设计还是施工验收上都受到了限制。

2.2我国的相关产品过于单一，设计、制造质量不高，构、配件和功能材料不齐全，一些试点工程所需材料很多都需要从国外购买，这也在一定程度上制约了钢结构住宅的推广和发展。

2.3由于钢结构本身防火和防腐性能的缺陷，以及较差的隔音性能造成钢结构住宅推广困难。

3轻钢结构住宅节能优化措施

钢材料具有热传导性，由于热量总是寻求与周围环境达到平衡状况，在冬季的时候热量由室内向室外传递，在夏季则由室外向室内传递，既可以通过建筑外围护结构由内向外传递，也能通过墙体内的隔热空腔向结构框架传递，所以必须采取节能环保措施，以免因为制冷和供暖而消耗过多能源。

3.1保持结构合理前提下，尽量减少钢材用量

在钢结构住宅内，大部分的热传递会在墙内立柱、界面细部、门窗附近的墙体框架、墙体交界处的边缘和拐角，以及墙与屋顶和楼板连接处发生，为了克服这个问题，首先，可以在保持结构合理前提下尽可能拉大立柱的间距，一般情况下比较合理的间距值要不低于24英寸，一些预制墙框架则可以再大些。同时，在保持钢材料强度满足节点承载力前提下尽可能采用尺寸小的立柱。其次，鉴于钢材的强度比较高，可以适当的加大屋架跨度且不加支撑，并设计能够降低四坡屋顶坡度的屋架，使用最小型号为20号的C形钢作为腹杆，避免使用容易分层的26号钢。再者，使用组合立柱和普雷斯特干砌墙连接件可以有效减少立柱数量，在墙的交接处使用三根立柱还可以减少对山墙端部、内墙和墙角处支撑立柱的使用，这样既可以减少对钢材量的使用还可以消除立柱的热桥效应。在屋盖上使用普雷斯特干砌墙连接件，可以节省材料，还能产生热阻来阻碍热损失。去掉拐角和墙交接处的立柱也可以起到减少钢材料量的效果。内墙框架可以采用2.5英寸x26号的立柱，这样在节省钢材料的同时又可以增大使用空间，顶部导轨直接用螺钉连接到石膏天花板上，这样就可以少去背衬立柱，从而实现最大限度减少钢材的使用量，更重要的还减少了热桥效应。最后，根据不同跨度和承载力要求使用合适厚度的钢材，没必要使用过厚的钢材。

3.2建造双立柱外墙，减少空气对流

钢结构建筑体中空气对流造成的热损失占到墙体热损失的1/3以上，所以要注重对密封性能良好的气密层的应用。具体而言可以通过以下几种途径来实现减少空气对流：一是在温度较高的一侧墙体上做封闭的防潮层；二是将保温层安装在墙体的周边，并用平的金属蒙皮代替V形肋金属蒙皮，以减少空气对流效应；三是建造双立柱外墙。使用35/8inX20号立柱的外层墙和35/8inX26号钢立柱的内层墙，中间为空气层，内外墙都使用R值为II的玻璃纤维做保温层，通过这种方法可以有效减小热桥效应，还可以通过双面保温增强保温能力。

3.3混凝土垫板边缘保温

混凝土垫板与地面和基墙会发生热传导而损失热量，暴露的板边通过对流和辐射也会损失热量，由于热量从混凝土垫板中心向温度较低地面传递路径比较远，所以热量损失会大部分从混凝土垫板边缘损失，而且热量损失非常显著。在气候寒冷地区，为防止地板内边缘结露或结霜，就会使用一种防霜浅基础结构系统，该基础系统周边的保温层会储存着热量，可以改变混凝土垫板向基础下部土壤传递热损失的流向。由于这种保温基础体系可作为混凝土模板，所以只需要浇筑一次混凝土即可，可以起到节省材料费用的效果。

3.4采用保温材料

在冬天，特别是在寒冷地区，钢结构住宅的热量会大量地从室内传递到室外，导致室内不保温，会增加供暖能耗，所以为降低功能能耗、实现节能环保，就必须采用保温材料。至于采用何种保温材料，就要有必要对材料的热阻值、施工难度、造价、适用性、防火性能等方面进行综合分析评价，再进行选择。在轻钢结构住宅中采用较多的保温材料一般有以下几种：

3.4.1安装外部隔热盖板

安装外部隔热盖板可以保持大块墙体的温度处于稳定状态，减缓昼夜间室内温度的变化。外部保温材料有压制成型的刚性板，可以由模塑膨胀聚苯乙烯、挤塑型聚苯乙烯和氨基甲酸乙酯三种不同泡沫芯制成，不同的泡沫芯，热阻值、防潮能力、强度、耐久性等各方面存在一定的差异性，可以根据需求选择使用。作为催化剂使用的氢氯氟烃和氯氟烃会释放出氯气分子破坏臭氧层，还容易造成“R值浮动”。刚性膨胀聚苯乙烯性能与挤塑型聚苯乙烯，是一种不含氢氯氟烃和氯氟烃的刚性泡沫板，而且具有一定的重新回收利用价值，出于低碳节能考虑，一般会选用这种材料的隔热盖板。

3.4.2棉毡保温材料

使用较大的柱子和较多的保温材料，可以起到弥补能力损失的效果，用于钢柱保温的材料一般可以采用专用棉毡，其热阻值为8~20现在市场上采用的是一种叫安健能的的材料，它是一种低密度开放单元型改性聚氨脂，具有较强的膨胀性，可以将密封节点的缝隙填满从而阻值空气和潮气的渗透。在安能健构成的保温系统中每英寸的R值大概为3.6，具有良好的气密性，能够有效阻止空气的渗透。

4结语

总而言之，轻型钢结构在我国仍然处于发展阶段，目前还有很多的问题需要我们进行研究和解决，作为现阶段国家重点推广的住宅结构之一，轻钢结构住宅符合我国绿色发展的要求。但是由于我国相关规范以及结构的设计方法、结构、经济指标等设计人员的短缺，造成了钢结构住宅发展阻碍。所以，加强培养钢结构方面的人才，加强试点工程建设，制定相关技术规范，加快解决钢结构住宅的基本问题，才能促进钢结构住宅的发展。

参考文献

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