鐘 巖

(山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司 山東 濰坊 262500)

1 選擇新材料與節(jié)能設(shè)計(jì)的必要性

鋼和混凝土是超高層建筑中最為關(guān)鍵的兩類材料，經(jīng)過現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，兩種材料的功能也在不斷改變。鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較大，材料較為均勻，塑形較好，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于建筑行業(yè)當(dāng)中。但是純鋼結(jié)構(gòu)的建筑綜合剛性不足、抗側(cè)移能力差是鋼結(jié)構(gòu)建筑的最為明顯的缺陷，即使增加了減震系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)也難以有效抵抗強(qiáng)風(fēng)、地震等影響。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)缺乏穩(wěn)定的高溫性能差異，這就增加了建筑火災(zāi)安全隱患，一旦發(fā)生火災(zāi)后果嚴(yán)重。在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)施工中，如果樓層高度增加，為了保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需要擴(kuò)大柱的界面劑，但是同時(shí)會(huì)導(dǎo)致大部分空間被消耗，對(duì)建筑空間利用效率產(chǎn)生不良影響[1]。

2 節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)用新材料

2.1 高性能鋼鐵

早在20世紀(jì)八十年代末就已經(jīng)逐漸出現(xiàn)超高層建筑，大跨度結(jié)構(gòu)也隨之產(chǎn)生。超高層建筑對(duì)材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)更高，無論是強(qiáng)度還是抗屈服性能方面的要求都在不斷提高。鋼材作為超高層建筑中必不可少的材料，其性能關(guān)系著建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全，為此，要保證選擇的鋼材持久性強(qiáng)、抗震性能優(yōu)、加工尺寸準(zhǔn)確。在具體施工中，常見的有四種高性能鋼鐵。

(1)高張力鋼。此類材料的屈服點(diǎn)較高，比普通鋼材的強(qiáng)度更高，同時(shí)抗彎水平得到顯著提升。在操作中，能夠通過焊接連接高張力鋼。此材料的安全性較好，可塑性強(qiáng)，屈服點(diǎn)和抗壓能力好，在地震多發(fā)國(guó)家有著廣泛的應(yīng)用。

(2)屈服點(diǎn)偏低的鋼材。在超高層建筑中應(yīng)用此類鋼材能夠充分發(fā)揮鋼材的抗震性能、隔震性能，有助于提高超高層建筑物抵抗地震的能力，并且可以吸收能力將超高層建筑安全水平提升，避免地震發(fā)生時(shí)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，所以，這些吸能材料能夠防止于特殊位置。

(3)TMCP鋼。超高層建筑和大跨度的建筑對(duì)剛才的強(qiáng)度和斷面要求較高，為了提高其強(qiáng)度往往會(huì)在冶煉鋼材過程中加入一定量的碳元素，但是同時(shí)其焊接性也降低。為了將這一缺陷改善，TMCP鋼材應(yīng)運(yùn)而生。TMCP鋼材在使用中需要加熱處理并且其憑借著良好的強(qiáng)度和較大的斷面已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于超高層建筑當(dāng)中。

(4)SN鋼。該鋼材憑借這自身可塑性和彈性較好在超高層建筑中應(yīng)用廣泛。SN鋼材構(gòu)造的超高層建筑抵抗地震能力較強(qiáng)，并且經(jīng)濟(jì)性較好[2]。

2.2 保溫系統(tǒng)

合理利用鋼筋混凝土能夠達(dá)到提高外墻保溫性能和屋面熱工性能的效果。在外墻、屋面等外圍結(jié)構(gòu)中綜合應(yīng)用保溫隔熱工藝可以將節(jié)能思想充分體現(xiàn)出來。一般情況下，內(nèi)外保溫和自保溫是建筑常用的保溫形式。內(nèi)部保溫中熱橋是評(píng)價(jià)節(jié)能效果的關(guān)鍵參數(shù)，為此，在保溫材料選擇過程中需要充分做好混凝土粗骨料的選擇，將導(dǎo)熱系數(shù)盡量降低，盡量避免熱橋效應(yīng)的出現(xiàn)，將建筑結(jié)構(gòu)的保溫功能最大程度地提升。

2.3 鋼管混凝土

鋼材是現(xiàn)如今建筑行業(yè)必不可少的材料之一，為了貫徹節(jié)能理念，可以將構(gòu)件截面盡量減小減薄，但是這種方式會(huì)對(duì)鋼材剛度產(chǎn)生不良影響，在應(yīng)用中可能出現(xiàn)局部屈曲的問題。利用第四種結(jié)構(gòu)體系能夠有效解決這一問題，也就是鋼管混凝土解耦股。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)主要是在圓形或者多邊形鋼管內(nèi)部灌注混凝土材料保證其形成穩(wěn)定、高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，將連接效果提升，并且將剛度和耐久性提升，此結(jié)構(gòu)的抗變形能力較強(qiáng)，所以在超高層建筑中有著較為廣泛的應(yīng)用。此結(jié)構(gòu)需要將混凝土填充到鋼管中，當(dāng)鋼管混凝土受到壓力和彎度的影響，力會(huì)擴(kuò)散向橫向位置，限制了橫向鋼管，所以，需要進(jìn)一步將混凝土強(qiáng)度和變形能力提升。此外，該結(jié)構(gòu)可以將局部屈曲問題有效抑制，達(dá)到高張力鋼強(qiáng)度提升的效果[3]。

3 我國(guó)超高層建筑新材料在節(jié)能方面的應(yīng)用

3.1 節(jié)能優(yōu)化的技術(shù)分析

建筑高度的變化必然會(huì)對(duì)新材料節(jié)能參數(shù)等相關(guān)指標(biāo)產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而對(duì)整個(gè)超高層建筑的安全性能產(chǎn)生影響，增加建筑物的整體能耗，這是不可避免的問題。當(dāng)建筑高度達(dá)到一百米以上后那么基本不會(huì)發(fā)生較大的太陽(yáng)輻射變化，但是其他變化較大的因素隨之出現(xiàn)，比如風(fēng)、溫度。當(dāng)前我國(guó)很多設(shè)計(jì)人員都無法充分對(duì)天氣變化實(shí)際規(guī)律有準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的反應(yīng)，所以從節(jié)能角度來看，難以對(duì)建筑物周圍表面熱量交換差別進(jìn)行判定，這就導(dǎo)致難以合理地配置制冷、配電、空調(diào)等設(shè)備。

3.2 節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的分析

當(dāng)前建筑行業(yè)中節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在逐漸提高，超高層建筑物的節(jié)能設(shè)計(jì)仍然無法和普通建筑媲美。相關(guān)工作人員在設(shè)計(jì)超高層建筑過程中需要對(duì)建筑物基本條件標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深入考慮，比如建筑物通風(fēng)、節(jié)能等，明確標(biāo)準(zhǔn)是否適用于超高層建筑物，在計(jì)算和判斷超高層建筑物所用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)也要充分結(jié)合實(shí)際情況[4]。

4 超高層建筑新材料的應(yīng)用及節(jié)能措施

某超高層建筑為商住小區(qū)，共計(jì)5座樓宇，所有建筑物均為地上32層地下一層共計(jì)33層，建筑總面積為101450m2。小區(qū)內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)均為剪力墻，工程設(shè)計(jì)中選用的材料為高性能鋼材和混凝土等，具體材料應(yīng)用和節(jié)能設(shè)計(jì)如下。

(1)高性能鋼的應(yīng)用。工程所用鋼材包括三種，分別為高張力鋼、TMCP鋼、SN鋼。本工程采用的高張力鋼材的屈服點(diǎn)≥400，可以將發(fā)生局部屈曲的問題有效降低，實(shí)現(xiàn)建筑材料節(jié)約以及節(jié)能優(yōu)化的目的。TMCP鋼屈服點(diǎn)為490n/mm2，在設(shè)計(jì)中降低了含碳量從而增強(qiáng)了鋼材的可焊性，避免浪費(fèi)鋼材。SN鋼共包括a、b、c三類，采用的鋼板厚度至少為490n/mm2，SN鋼材的可焊性強(qiáng)有著十分便捷的加工方式。

(2)鋼筋混凝土。該工程外墻采用了200mm厚度的混合砂漿、30mm厚度的保溫板、20mm厚的水泥砂漿。內(nèi)墻采用的是10mm厚的混合砂漿、10mm厚的保溫板和200mm的鋼筋混凝土墻。

(3)鋼管混凝土。該工程外墻梁部所用鋼管混凝土為200mm的厚度。

工程使用一年后評(píng)價(jià)其節(jié)能效果，發(fā)現(xiàn)不存在裂縫、變形等情況，利用率高且穩(wěn)定性強(qiáng)，節(jié)能效果良好[5]。

在超高層建筑中合理應(yīng)用新材料并且通過合理設(shè)計(jì)能夠提高建筑物的節(jié)能效果，符合未來建筑行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，值得在未來進(jìn)一步推廣節(jié)能新材料和新技術(shù)。