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        淺談廠房屋頂采光的優(yōu)化技術(shù)

        2015-09-18 06:05:18
        建筑施工 2015年1期
        關(guān)鍵詞:側(cè)窗彩鋼板廠房

        上海電力建筑工程公司 上海 200437

        1 工程概況

        上海崇明燃?xì)怆姀S地處崇明島中部南側(cè)的長(zhǎng)江岸側(cè),工程建設(shè)2 臺(tái)424.2 MW燃?xì)?蒸汽單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。每臺(tái)機(jī)組主廠房縱向長(zhǎng)53.3 m,橫向總寬度為51 m,高度21.5 m。主廠房外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用來(lái)實(shí)檁條彩板系統(tǒng),其中汽機(jī)房屋面為雙層帶保溫棉壓型彩板,底層彩板為厚0.40 mm的來(lái)實(shí)TD—MAXIMA板,上層彩板為厚0.53 mm的來(lái)實(shí)KL700暗扣板,內(nèi)外層彩板之間填充厚50 mm玻璃纖維保溫棉;屋面走道板為厚0.53 mm的來(lái)實(shí)KL700暗扣板(反扣鋪設(shè))。汽機(jī)房屋面上設(shè)置了7 條雙層厚1.5 mm的700 mm×28 615 mm FRP(玻璃纖維強(qiáng)化樹(shù)脂)采光板帶。具體布置如圖1所示。

        圖1 主廠房屋頂采光帶布置示意

        主廠房從功能布置上分為電氣開(kāi)關(guān)及熱控電子設(shè)備區(qū)域、輔助設(shè)備區(qū)域、主機(jī)設(shè)備區(qū)域及檢修場(chǎng)地區(qū)域,每個(gè)區(qū)域布置有大量的設(shè)備。據(jù)上海地區(qū)同類(lèi)型工程建設(shè)情況,通過(guò)門(mén)窗進(jìn)入室內(nèi)的天然光線不能滿(mǎn)足施工安裝階段室內(nèi)采光的要求,還需配備許多臨時(shí)照明,同時(shí)采用側(cè)窗采光也對(duì)主廠房斷水施工進(jìn)度質(zhì)量帶來(lái)難度,而采用屋頂采光的方式則能合理地解決這些難題。

        2 屋頂采光的特點(diǎn)[1,2]

        根據(jù)《火力發(fā)電廠建筑設(shè)計(jì)規(guī)程》(DL/T 5094—2012)關(guān)于“采光”部分的條文說(shuō)明“采光方式以側(cè)窗為主,必要時(shí)可采用側(cè)窗采光和頂部采光相結(jié)合的方式。側(cè)窗設(shè)計(jì)除考慮建筑節(jié)能和便于清潔外,臺(tái)風(fēng)多發(fā)地區(qū)還應(yīng)兼顧其安全性”“主廠房固定端、擴(kuò)建端墻上宜設(shè)置一定面積的采光窗,以滿(mǎn)足端部檢修場(chǎng)地的采光要求”。按此要求,通?;痣姀S在擴(kuò)建端及A排上設(shè)置一定數(shù)量的采光排窗來(lái)滿(mǎn)足廠房?jī)?nèi)的采光要求。而采用排窗后必然增加主廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工序,對(duì)確保主廠房斷水進(jìn)度增加難度;同時(shí)采用排窗也產(chǎn)生了窗洞口密封處理的難度,可能造成排窗漏水隱患,對(duì)移交生產(chǎn)前的保管維護(hù)提出了較高的要求;再有,主廠房斷水后的室內(nèi)施工無(wú)法利用天然采光,往往要依賴(lài)許多臨時(shí)施工照明,增加了施工成本。

        而采用主廠房屋頂采光板帶,既去除了側(cè)面排窗的施工工序,杜絕了窗洞口漏水的質(zhì)量通病,又減少了施工成本投入,更是提高了主廠房天然采光率,達(dá)到盡量減少室內(nèi)照明光源的目的,也使能耗符合節(jié)能減排新的發(fā)展趨勢(shì),同時(shí)還為主廠房立面處理提供了有利條件,使主廠房立面簡(jiǎn)潔大方、色彩明快,充分反映現(xiàn)代化工業(yè)建筑的風(fēng)格,成為全廠建筑的主體。

        3 屋頂采光的設(shè)計(jì)與安裝[3,4]

        3.1 采光板材料

        作為主廠房屋面,一方面除了要承受自身的荷載外,另一方面還要承受風(fēng)荷載、檢修荷載等偶然性活荷載。本工程每臺(tái)機(jī)組屋面上設(shè)置有12 臺(tái)軸流風(fēng)機(jī),7 臺(tái)排氫風(fēng)機(jī)等,今后這些設(shè)備都將在屋面上進(jìn)行就地檢修,這對(duì)屋面系統(tǒng)的強(qiáng)度提出了一定的要求。

        本工程主廠房屋頂采光板帶采用ALSYNITE G20型FRP采光板,采光板由厚20 μm表面保護(hù)上膜、特殊優(yōu)化樹(shù)脂中層及強(qiáng)化玻璃纖維下層組成,其保護(hù)上膜作為全天候表面,是由杜邦公司開(kāi)發(fā)的Melinex A15改進(jìn)型U.V表面保護(hù)涂層,具有長(zhǎng)期耐風(fēng)雨侵蝕的特性,具有20 年質(zhì)量保證年限。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明:FRP采光板抗彎強(qiáng)度為177 MPa,抗剪強(qiáng)度為90 MPa,耐壓強(qiáng)度為135 MPa,沖擊韌性約為140 kJ/m2,撞擊強(qiáng)度是普通玻璃的250~300 倍,是同等厚度亞克力板的30 倍,鋼化玻璃的2~20 倍,用3 kg錘從2 m高處墜下?lián)舸蛞矡o(wú)裂痕。其抗拉強(qiáng)度為94 MPa,采光板抗拉強(qiáng)度的大小決定采光板抗風(fēng)壓的大小,本工程主廠房屋面檁條間距在855~1 215 mm之間,以厚1.5 mm的G20FRP采光板計(jì)算,其抗風(fēng)壓強(qiáng)度可以達(dá)到1 kPa。

        3.2 采光板帶節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

        由于主廠房圍護(hù)及屋頂均采用彩鋼板結(jié)構(gòu),需要進(jìn)行彩鋼板的深化設(shè)計(jì),將FRP采光板引入主廠房屋面系統(tǒng),面臨采光板帶與屋面彩板的搭接以及與屋面鋼結(jié)構(gòu)的連接問(wèn)題。

        在屋面彩板深化設(shè)計(jì)時(shí),通過(guò)對(duì)比選用的FRP板與屋面彩鋼板板型基本一致,這樣采光板帶可采用與彩鋼板相同的安裝方法,采光板與彩鋼板搭接一個(gè)波峰采用自攻螺釘固定,安裝便捷,施工人員易于掌握(圖2)。

        圖2 壓型采鋼板及采光板的搭接節(jié)點(diǎn)示意

        3.3 采光板帶的安裝

        本工程的采光板采用螺釘安裝法,采光板兩側(cè)的波峰搭接在兩邊彩鋼板的波峰上,采光板順坡自下而上搭接安裝,搭接位于檁條處,屋面搭接長(zhǎng)度一般不小于300 mm。采光板的固定螺釘比同類(lèi)型彩鋼板的固定螺釘長(zhǎng)10 mm,并帶有專(zhuān)用的EPDM墊圈。彩鋼板的長(zhǎng)邊及短邊方向在搭接前應(yīng)設(shè)置止水膠條(圖3)。

        室外安裝時(shí),螺釘固定前應(yīng)另用電鉆預(yù)鉆孔,孔徑大于固定螺釘,以容許采光板溫度脹縮的預(yù)留量。當(dāng)板長(zhǎng)小于8 m時(shí),板孔直徑比螺釘直徑大3 mm;當(dāng)板長(zhǎng)大于8 m時(shí),板孔直徑比螺釘直徑大5 mm。

        圖3 采光板固定示意

        4 其他因素分析

        目前國(guó)內(nèi)火電廠主廠房作為重要建筑物通常不采用屋頂采光帶的方式,主要是從采光板材料的變形、老化滲漏及實(shí)用性因素考慮,在本工程中對(duì)這些影響因素進(jìn)行了進(jìn)一步分析。

        4.1 采光板龜裂、滲水

        在常規(guī)采光板的應(yīng)用中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在螺釘固定處的采光板發(fā)生龜裂情況從而造成滲水,主要原因是采光板受溫度變形影響造成螺釘固定處剪裂。進(jìn)一步分析FPR采光板在拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度均遠(yuǎn)低于鋼材,而線膨脹系數(shù)是鋼材的2 倍,從而導(dǎo)致FPR采光板的固定方面有著特殊要求。另外采光板固定均為透式固定,存在著固定螺釘處的防水處理問(wèn)題,還要保證固定點(diǎn)處的螺釘與采光板有足夠的空間,以保證采光板在溫度變化下自由膨脹。

        首先安裝時(shí)必須規(guī)范安裝程序,遵循預(yù)先打孔的方式,使采光板螺釘固定處留有膨脹余量,保證采光板熱脹冷縮時(shí)不被固定螺釘頂裂;其次采用專(zhuān)用的EPDM墊圈,該墊圈具有優(yōu)異的防水性能,并使之安全有效地固定采光板,同時(shí)應(yīng)注意打設(shè)螺釘時(shí)不可過(guò)緊以免引發(fā)應(yīng)力集中。

        4.2 采光板的老化

        作為屋面的采光板,因其要全天候暴露在不同的天氣環(huán)境中,要適應(yīng)每天、每季及非正常天氣等氣候環(huán)境條件的變化,復(fù)合材料采光板必須具有較好的抗老化能力,否則影響其使用壽命,并帶來(lái)安全、維護(hù)費(fèi)用等問(wèn)題。

        本工程所采用的FRP采光板所使用的樹(shù)脂成分為間苯二甲酸聚脂,其在原材料出廠前具有0.15%~0.18%的UV含量,在生產(chǎn)采光板的過(guò)程中,在樹(shù)脂中又添加了0.2%的UV含量,使其樹(shù)脂原料中的UV含量達(dá)到0.35%~0.38%,乳白色G20優(yōu)質(zhì)型采光板的抗紫外線率為100%,可大大加強(qiáng)樹(shù)脂的抗老化及抗風(fēng)化性能。

        4.3 采光板的腐蝕

        工業(yè)發(fā)展的副作用之一是給環(huán)境帶來(lái)了不同程度的污染,本工程處于生態(tài)島上,受工業(yè)污染的程度盡管相對(duì)工業(yè)集中區(qū)域小,但工程南側(cè)石洞口電廠的煙氣排放污染物成為對(duì)本工程主要的污染源之一,采光板要全天候接受煙氣等污染物的侵蝕。

        FRP為熱固性材料,天然較金屬材料具有優(yōu)異的耐腐蝕性,加上表面覆蓋一層抗化學(xué)性的薄膜與高品質(zhì)的樹(shù)脂,薄膜與高品質(zhì)的樹(shù)脂成中性(pH=7)、抗靜電,可以防止空氣、酸雨中的酸堿成分腐蝕采光板使之脆化,通過(guò)試驗(yàn),10%的鹽酸或者10%的氨水對(duì)其僅有輕微的影響,40%的鹽酸才能對(duì)其侵蝕。

        4.4 采光持久性

        本工程選用的FRP采光板,其20 μ m左右的上膜可保證采光板中的樹(shù)脂成分不受陽(yáng)光的照射而發(fā)黃,保證了15 年的持久采光率,并且通過(guò)了澳大利亞NATA室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試,其30年使用年限內(nèi)透光率損失僅為5%。

        4.5 采光充足性

        G20型乳白色FRP采光板透光率約為60%,約為普通玻璃透光率的75%。在主廠房屋面上設(shè)置7 條700 mm×28 650 mm采光帶,使主廠房(單臺(tái)機(jī)組)采光面積達(dá)140 m2,約為同類(lèi)型電廠采光面積的3 倍,采光率約為同類(lèi)型電廠的2.2 倍。

        5 結(jié)語(yǔ)

        主廠房采用的屋頂采光方式對(duì)施工進(jìn)度及施工質(zhì)量控制有利,崇明工程在2 個(gè)月的時(shí)間內(nèi)完成結(jié)構(gòu)施工,實(shí)現(xiàn)主廠房斷水的目標(biāo),彩板圍護(hù)的施工進(jìn)度是重點(diǎn),而采用屋頂采光方式后,為施工提供便利,縮短了施工工序,為彩板圍護(hù)施工節(jié)約了寶貴時(shí)間。

        從施工成本上分析,采用屋頂采光大大減小了施工臨時(shí)照明的投入,也避免了采用側(cè)窗采光的維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)。

        從節(jié)能方面分析,主廠房?jī)?nèi)晝間基本無(wú)需燈光照明。目前每臺(tái)機(jī)組主廠房照明總功率為9 375 W,每小時(shí)用電量為9.375 kW·h,2 臺(tái)機(jī)組每天(白天若按8 h開(kāi)啟一半照明計(jì))節(jié)約電能9.375×2×8/2=75 kW·h。

        從業(yè)主投資角度分析,業(yè)主節(jié)約了側(cè)窗采光的投入及日常側(cè)窗維護(hù)的費(fèi)用,并節(jié)約了日后的照明電費(fèi)。

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