許忱

摘要：在科學利用城市空間，塑造良好城市形象中超高層建筑發(fā)揮了重要作用，這也是其它普通建筑不能比擬的。正是這樣，我國近些年來出現大量該類型建筑，不僅推動了經濟的發(fā)展，還相應擴大了應用范圍。同時，新材料與新工藝的出現也一定程度強化了建筑的節(jié)能設計。本文針對超高層建筑，提出了選擇新材料與節(jié)能設計的必要性，討論了建筑設計存在的缺陷，并指出節(jié)能設計中應用新材料的情況。

關鍵詞：超高層建筑；新材料選擇；節(jié)能設計；應用

超高層建筑已經成為經濟發(fā)展的現代化標志，其不僅提高了城市的綜合實力，還推動了社會經濟的發(fā)展，擴大了商業(yè)活動，節(jié)省了土地資源，因此在我國的日常生活大量出現了這些建筑。但是，我們必須高度關注在這部分建筑出現過程中注意采取節(jié)能理念及應用新材料。只有如此，才可以有效推動這類型建筑的健康發(fā)展。

一、選擇新材料與節(jié)能設計的必要性

在超高層建筑中鋼與混凝土是兩種最關鍵的材料，隨著不斷創(chuàng)新的結構設計理念，一定程度上也改變了這些材料的功能。鋼結構憑借較大強度、均勻的材料以及良好的塑性等優(yōu)勢在建筑中得到廣泛應用。但是，利用純鋼結構的建筑一定高度時，必將發(fā)生綜合剛性嚴重不足、抗側移能力相對較差等缺陷，即便是采取了支撐與減震系統(tǒng)，也不能防止在強風與地震影響下?lián)u晃頂部。同時，這一結構高溫性能差異問題也是嚴重不足之處，較大程度威脅了這類建筑火災時的人員安全，比如飛機撞擊的世貿中心，爆炸燃燒的過程中因為高溫帶來建筑物的倒塌。既然這種純鋼結構已經無法有效達到建筑的使用需求，則需要尋找一種高性價比的結構材料，不僅需要解決結構缺陷，還可以體現出最佳的經濟效果。此時混凝土材料再一次出現，并逐步提高了自身性能，相應強化了結構的強度、抗震性能等，從而使其形成更好應用。隨著不斷增加的樓層高度，采取一般的結構，必將需要對柱的截面積有效擴大，產生抗震能力不佳的短柱。這部分尺寸較大的柱子消耗大部分空間，影響了利用空間效率。基于上述原因，聯(lián)系目前大力提倡的節(jié)能理念，應不斷選擇全新材料設計結構體系。

超高層建筑模式憑借其高效聚集的優(yōu)勢最大程度節(jié)約了土地資源，同時促進了城市化發(fā)展速度，為居民創(chuàng)造了更多的優(yōu)秀聚集地，使其呈現出現代化特點，自身功能也遭遇一定約束[1]。首先就是在確保材料質量的過程中必須滿足高度要求，設計過程中圍繞能耗節(jié)省理念，只有這樣才可以發(fā)展多元化經濟。

二、建筑設計存在的缺陷

（一）參數控制不足

根據我國建筑建筑節(jié)能設計分析，大多數單位使用的優(yōu)化圍護結構的模擬能耗軟件，都不能真正反映隨高度形成的氣象參數變化特點，也不能合理分析沿高度改變的圍護結構表面熱交換能力差異。這就導致消耗能量不夠準確，更無從談起節(jié)能設計配電設備。由于計算方面存在的約束，大多數施工中，在計算建筑規(guī)模中不能獲得模擬范圍，所以不能科學設計建筑自身節(jié)能[2]。

（二）材料選擇限制

我國目前在節(jié)能設計中還僅停留在一般節(jié)能上，制定這樣的目標與我國實際發(fā)展特點不符。需要結合本地區(qū)經濟發(fā)展特點，聯(lián)系我國建筑節(jié)能特點，才可以獲得最佳的節(jié)能設計效果。

三、節(jié)能設計中應用新材料

（一）高性能鋼鐵

超高層建筑在二十世紀八十年末開始出現，并相應產生了大跨結構。這項建筑也對新材料的選擇應用產生更高的要求，比如強度相對較高、低區(qū)強比、窄區(qū)服等具有抗震特點的鋼材，加工操作尺寸準確，較強持久性的鋼鐵等。實際可以劃分為以下幾種：第一，高張力鋼，這一材料擁有較高的屈服點，相應強化了鋼結構強度，同時提升了抗彎水平。另外，在操作中，使鋼結構產生較強的可焊接性。在頻繁發(fā)生地震的國家，這一材料可以提升安全性。因此也要求擁有極致的屈服點和抗壓能力，同時確?？伤苄?。第二，屈服點偏低的鋼材，研發(fā)與應用這種類型的鋼材，科學應用在擁有耐震設計要求的建筑中。可以借助隔震、抗震技術降低地震影響建筑物的程度，由于其結構的特殊性還可以適當吸收能量，提升建筑安全水平，避免較大程度破壞結構，因此需要在特殊位置放置這些可以吸震的材料。第三，TMCP鋼。高層化和大跨度建筑物要求其必須采取強度和斷面較大的鋼材，通過特殊冶煉方式，加入一定的碳元素，提升其強度，但對其有效增強的過程中，相應也降低可焊性。為了解決這一缺陷，有關人員對TMCP結構進行了創(chuàng)新研究，其主要是經過加熱處理獲得，并且應用十分廣泛[3]。第四，SN鋼，在超高層建筑中必須使用優(yōu)良彈性與可塑性鋼，對地震有效抵抗。SN鋼正好達到這一需求，并體現出較強的經濟性。

（二）鋼筋混凝土

為了對外墻保溫性能有效提高，以及保證屋面的熱工性能?？梢允褂娩摻罨炷灵_展設計。同時，綜合保溫隔熱工藝，將保溫層設置在外墻和屋面等位置，全面彰顯節(jié)能的思想。通常建筑保溫形式包括內外保溫和自保溫。在內部保溫中，彰顯節(jié)能效果的關鍵參數是熱橋。對此，在選擇材料過程中，可以使用混凝土粗骨料，從而有效降低傳熱系數，有效避免出現熱橋效應，最大程度提升了保溫功能。

（三）鋼管混凝土

大規(guī)模應用強度較大的鋼材，可以制作小且薄的構件截面，但是這樣必定降低剛度以及發(fā)生局部屈曲。對這一問題有效解決可以通過使用這一材料，這也是第四種結構體系。這一體系具體是將混凝土填充在圓形或多邊形鋼管內部使其形成柱子或鋼結構的梁，進一步達到較好的連接作用，體現出較大剛度和耐久性意義，并具有較強的變形能力。因此，這一體系廣泛應用在超高層建筑中。其主要優(yōu)點是，在鋼管中填充混凝土，在壓力與彎度的共同影響下，橫向產生擴散，進一步遭遇橫向鋼管限制[4]。所以，需要不斷提升混凝土強度與變形能力。另一方面，由于填充混凝土，一定程度抑制了局部發(fā)生的屈曲。如此，混凝土柱可以有效強化高張力鋼的強度。

四、結束語

我國當前科學技術發(fā)展速度驚人，在設計和試驗過程中出現了大量的新材料。在現代化建筑領域，必須積極創(chuàng)新，敢于使用全新的技術和材料，通過在節(jié)能設計中應用新材料，相應提高建筑的建設質量。在節(jié)能設計過程中，應全面考慮陽光、通風和綠化設計影響建筑的情況，通過不斷改進附近環(huán)境，提升利用空間視屏，幫助人類利用建筑全面結束大自然。采取現代化工具設計建筑能耗，從而達到節(jié)能目標。

參考文獻：

[1]徐進，羅智星.超高層建筑的綠色設計對策初探—以廣州及其周邊地區(qū)為例 [J].建筑與文化，2016（1）：65-67.

[2]張龍革，劉國霞.淺析超高層建筑新材料的選擇與節(jié)能設計[J].今日科苑，2015（12）：138.

[3]安國文.超高層建筑節(jié)能設計若干問題淺析[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2015（12）：158.

[4]吳佳南.基于低碳理念的廈門地區(qū)住宅建筑方案設計研究[D].華僑大學，2015：2-6.

（作者單位：陜西中輕輕工業(yè)工程院有限公司）