李高强
61052819861115****
摘要：近年来，我国多层钢结构住宅在推广与应用的过程中，由于缺乏成熟完善的配套产品与相应技术，其房屋热工性能依然存在很多不足。就建筑材料而言，钢材的热传导率是混凝土的 30 倍，虽然其围护结构多采用新型节能保温板材，但在大部分实践设计中依然缺乏总体及针对热桥节点的保温设计，导致使用过程中的热量流失，造成房屋热工性能下降。从建筑节能角度而言，行业仍然缺少相应的详细技术准则，来规范指导钢结构住宅的围护结构热工设计。
关键词：钢结构，保温板，节能技术
1.引言
随着新型城镇建设的发展，大力推广绿色节能建筑，积极推进住宅建筑产业化建设，已成为目前我国建筑行业发展的重要趋势。钢结构住宅是全生命周期内的绿色建筑，满足当下可持续发展的要求。钢结构住宅的发展，既有利于解决钢铁产能过剩问题，也有利于促进住宅建筑产业化转型。同时，在建筑节能要求和居住者对热舒适度要求日益提高的大趋势下，居住建筑的热工性能与当地气候的适宜性就显得尤为重要。发展钢结构住宅的重点，关键在于研究与其配套的
护结构体系，建筑的热工性能很大程度上取决于围护结构热工性能的优劣。
2. 钢结构住宅体系分析
2.1 既有钢结构住宅结构形式
根据《钢结构住宅设计规范 CECS：261-2009》，依据层数、抗震要求，钢结构住宅的结构类型可分为薄壁钢骨体系、纯钢框架体系与钢混组合结构。
2.1.1薄壁钢骨体系
薄壁钢骨体系结构住宅为外墙与楼板承重，较多适用于二层或三层以下的独
立联排住宅，结构框架中的受力构件为墙体和楼板中的密肋薄壁钢龙骨，其间距
为 400mm，墙体龙骨厚度为 100~150mm，楼面龙骨厚度为 300mm。体系中，常见的轻钢龙骨构件为 C 型槽钢与 C 型立龙骨，槽钢与立龙骨的高度为60-360mm。
2.1.2 纯钢框架体系
纯钢框架体系属于空间梁柱结构，该体系房屋重量更轻，自震周期长，可以更好地抵抗地震作用。缺点是该系统横向刚度较小，当建筑高度较大时，需设置侧向支撑形成支撑框架结构。纯钢框架体系结构更多适用于低层、多层钢结构住宅。
2.1.3 钢混组合结构
钢混组合结构，是钢和混凝土或钢筋混凝土组合成为一个整体的结构，部分间共同作用，兼具钢结构与钢筋混凝土的结构特性。
2.2 既有钢结构住宅围护结构构造及材料性能
2.2.1 外保温墙板种类
国外大多采用：石膏复合板、钢丝网架水泥夹芯板、金属复合板等复合墙板；我国在低层钢结构住宅的墙板主要有：压型钢板复合板、石膏板、组合板等；用于多层钢结构住宅的墙板主要有：硅酸盐复合板、纤维增强水泥制品、金属复合板等。
2.2.2 常见的建筑保温材料
（1）有机材料：EPS、XPS、PU、PF
（2）无机材料：岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃、无机保温砂浆
（3）有机无机复合材料：EPS胶粉聚苯颗粒、改性EPS板、复合保温板
3.钢结构住宅围护结构热工性能研究
3.1钢结构住宅楼外墙围护结构热桥传热分析
3.1.1热桥定义
热桥的定义为：依据国际标准的定义，建筑围护结构中，某处被另一种不同导热系数的材料完全或部分的穿透，导致该处热阻被明显改变，此部分即称为热桥。
3.1.2热桥可能产生的危害
① 在冬季，尤其在寒冷与严寒地区，室内外存在较大温差。在热桥形成的部位，由于冷热空气的频繁接触，造成建筑围护结构内部结露，不仅破坏了建筑围护结构本身，也使得墙壁发霉，不利于保持室内环境品质；
② 热桥加大了墙体的局部传热，降低了其平均热阻，提高了建筑能耗；
③ 墙体壁内部结露导致其发生冻胀并产生裂纹，使得房屋整体结构产生安全隐患。
3.2钢结构住宅方案设计
3.2.1方案分析
民居项目选址位于河北省石家庄辛集市郊区，户型为一独栋单体别墅，二层4室2厅2卫，建筑总面积150.24 m2，一、二层平面户型。
建筑单体坐北朝南，建筑平面布局基本呈现上下左右对称分布。
这样整齐对称的平面布置形式十分贴合预制装配式模数化、预制批量生产化的墙体需求，可以最大程度上运用相对简单化一的墙体构件，拼合出相对多样、活跃的空间类型。
3.2.2 细部构造及热工性能
（1）墙板
墙板采用统一的模数化生产方式预制生产。外墙板统一为 300mm 厚，其中：基部结构层总厚度 200mm，包括 180mm 密肋复合墙板+20mm 面层或粘结砂浆；外部 100mm 厚为保温层和夹心保温外页墙。内隔墙不设置保温层，统一为 200mm 厚，为 160mm 基部结构层+20mm 双侧细石混凝抹面层。
（2）楼板、屋面及门窗
①屋面采用 1200mm 钢桁架叠合楼板，后铺设聚苯板保温的构造形式；
②楼板构造方式与屋顶相似（为便于统一预制），但后铺设的防水及饰面材料应据不同功能要求予以调整；
③窗户统一采用 Low-e 双层玻璃。
3.2.3 热桥处理
该民居所选用的预制夹心保温外墙板，属于结构与保温一体化构件，因此，保温层在墙板的预制阶段，即已经预制成型，因此，在后期建造施工过程中容易在拼接处形成结构性热桥，基于这点考虑，预制夹心保温墙板采取使保温层外伸的方式，有效阻断了热桥现象。
3.2.4冬季热环境测试
测试方案
本测试主要针对冬季建筑内部热环境进行连续动态监测。
测试时间为2017年2月21日~2017年2月22日，持续动态监测48小时。
实测仪器主要包括：
1、日本TU-72 双通道温湿度记录仪—8个；
2、CENTER309 四通道接触式温度记录仪—4 台，共使用14个探头；
3、黑球温度计—2个；
4、万向风速仪—2个；
5、红外测距仪；
3.2.5 测试结果及分析
（1）空气温度
经过共 48 小时连续动态监测记录，示范建筑的保温效果十分显著。室外空气温度在白天与夜间温度在-4~3℃范围内波动，室内各个房间温度波动介于 8~14 ℃，且在温度低峰期内，一直保持相对稳定且较暖的室温，与室外一直保持 10℃以上的温差。
（2）相对湿度
经过共 48 小时连续动态监测记录，可以知道室外相对湿度变化很大，在测试周期内，最低相对湿度在 30%左右；室内相对湿度则相对稳定，所有房间的相对湿度波动幅度均不剧烈。
4.总结
通过分析软件对钢结构围护结构热桥部分优化方案的模拟，可得出以下结论：
①通过在外墙轻钢龙骨立柱腹板开孔，延长热量沿龙骨腹板的传导路径，可以降低热桥部位对于围护结构传热的影响。在腹板开预留孔的条件下，与未开孔板相比，通过热桥的热流量有了明显的衰减，温度分布情况与围护结构其他部位相差很小。实际工程中，通过预先的结构计算，适当采用腹板开孔的钢板构件，可以减小围护结构中钢构件热桥对于传热的影响。
②在建筑外墙围护结构保温隔热性能较好的前提下，通过改变钢龙骨层的填充保温材料，减小其与钢材导热能力的差距，缓解钢龙骨热桥部位较大的局部温度差异。通过改变材料，一方面保留了围护结构原有的保温隔热性能，一方面虚弱了围护结构中的热桥，保证了围护结构不受空气结露影响，延长了其保温隔热性能作用的时间。
参考文献
[1]尹相华.基于村镇民居的新型装配式复合墙板热工性能研究[D].西安建筑科技大学,2017.
[2]杨乐.装配式钢结构住宅配套煤矸石墙板的连接构造及试验研究[D].太原理工大学,2017.
[3]胡肖静.钢结构住宅节能复合墙板的理论与试验研究[D].山东大学,2009.
[4]李家翔.豫北地区钢结构住宅围护结构热工适用性研究[D].西安建筑科技大学,2016.