光伏幕墻在鋼結(jié)構(gòu)建筑立面的應(yīng)用

光伏幕墻在鋼結(jié)構(gòu)建筑立面的應(yīng)用【摘要】光伏幕墻與鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)合，以多種創(chuàng)新的方式，渲染獨(dú)具魅力的建筑外觀，適用于光照充足地區(qū)，對(duì)空間與建筑立面要求較高的大型公共建筑，能兼顧節(jié)能降耗和立面美觀的要求，代表了科技建筑的發(fā)展方向?！娟P(guān)鍵詞】建筑節(jié)能；鋼結(jié)構(gòu)；光伏幕墻；安裝人類社會(huì)正面臨著能源資源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力，人們迫切呼喚、渴求以清潔的可再生（新）能源取代化石能源。太陽能資源分布普遍，蘊(yùn)含能量巨大，成為首選的綠色能源，光伏發(fā)電技術(shù)為人類開發(fā)利用太陽能開辟出一條有效途徑。江蘇南通二建集團(tuán)有限公司施工總承包的無錫尚德光伏研發(fā)中心是國內(nèi)最大的完全依靠太陽能供電的光伏大廈，將光伏器件與建筑材料集成化，光伏幕墻與鋼結(jié)構(gòu)建筑相結(jié)合，建筑立面集發(fā)電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一身，成為太陽能光伏與建筑一體化（BIPV）技術(shù)成功應(yīng)用的典范。1工程概況該工程位于無錫市新華路機(jī)場(chǎng)路口，于2007年10月開工建設(shè)，2009年1月8日順利竣工，建筑面積約1.8萬平方米總投資約2億元。此建筑為地上7層，幕墻總高度達(dá)37米，光電幕墻面積有6900平方米，是目前全球最大的光電幕墻。南立面光伏幕墻玻璃是整個(gè)工程的亮點(diǎn)，采用帶傾斜角度的不銹鋼拉桿駁接鋼結(jié)構(gòu)框架式玻璃幕墻系統(tǒng)，東立面幕墻與南立面呼應(yīng)一致，整體結(jié)構(gòu)輕盈通透。該大樓在我國建筑領(lǐng)域里首次引進(jìn)“低能耗”“功能型”“生態(tài)化”概念，整個(gè)大樓使用光伏玻璃幕墻等太陽能建筑一體化材料，通過光電效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。整個(gè)工程設(shè)計(jì)容量為1兆瓦，預(yù)計(jì)全年發(fā)電量超過100萬度。2技術(shù)亮點(diǎn)2．1該技術(shù)將光伏組件融合到玻璃幕墻，消除了原有太陽能利用對(duì)建筑立面的影響，克服了傳統(tǒng)幕墻耗能大、光污染嚴(yán)重的缺點(diǎn)，同時(shí)又避免了重復(fù)投資，降低了成本。2．2該技術(shù)通過結(jié)構(gòu)件轉(zhuǎn)換，將光伏幕墻與鋼結(jié)構(gòu)主體有效連接，滿足了太陽能系統(tǒng)的合理運(yùn)行，解決了光伏幕墻必須克服的傾斜角問題，確保了整棟建筑的安全可靠。2．3該技術(shù)提高了太陽能電池方陣在幕墻結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定性，確保了整棟建筑的安全可靠。2．4該技術(shù)將光伏接線端子排裝在幕墻橫、豎縫的不可見腔內(nèi)，解決了拆卸維護(hù)問題，使電路布線穩(wěn)固、快捷。3光伏幕墻施工工藝原理光伏幕墻在鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用的工藝原理：光伏幕墻是將太陽能電池方陣與傳統(tǒng)玻璃幕墻相結(jié)合的新型幕墻形式，它在鋼結(jié)構(gòu)建筑立面上的應(yīng)用中，需解決兩大技術(shù)難點(diǎn)，首先框架式光伏幕墻的鋁合金橫、豎框不是直接安裝土建結(jié)構(gòu)上而是在鋼結(jié)構(gòu)外立面安裝，其次為最大限度利用太陽能，光伏幕墻需傾斜于地面形成傾斜角，增大了施工難度。在施工過程中，先將鋼轉(zhuǎn)接件焊接在主體鋼結(jié)構(gòu)桁架上，通過鋼轉(zhuǎn)接件進(jìn)行安裝次鋼結(jié)構(gòu)，再將鋼制轉(zhuǎn)接件焊接在橫向次鋼結(jié)構(gòu)上，通過連接螺栓進(jìn)行鋼制轉(zhuǎn)接件、不銹鋼自攻釘與鋁合金豎框的連接，然后通過鋁合金角碼與不銹鋼螺釘進(jìn)行鋁合金橫框與豎框的連接，安裝光伏玻璃板塊時(shí)將鋁合金壓板壓在玻璃板塊的鋁合金副框上，通過不銹鋼螺栓組件與橫框進(jìn)行連接，進(jìn)行安裝光伏幕墻的玻璃板塊前預(yù)留光伏玻璃導(dǎo)線走線盒位置，在布線完畢后進(jìn)行封閉，從而在鋼結(jié)構(gòu)建筑外圍形成光伏幕墻。4施工工藝流程及操作要點(diǎn)4.1工藝流程:幕墻施工順序：放線、結(jié)構(gòu)定位→轉(zhuǎn)接件安裝→次鋼結(jié)構(gòu)的安裝→不銹鋼拉桿的安裝→次鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)調(diào)整→光伏玻璃框架的安裝→中間檢查→光伏玻璃安裝及調(diào)整→注膠主體鋼結(jié)構(gòu)桁架主體鋼結(jié)構(gòu)桁架鋼連接耳板圓鋼橫框鋁合金豎框螺栓組件鋁合金橫框鋁合金角碼壓板鋁合金副框走線盒光伏幕墻安裝節(jié)點(diǎn)示意圖4.2操作要點(diǎn)4.2.1放線、結(jié)構(gòu)定位1.通過對(duì)基本軸線的測(cè)量，根據(jù)圖紙的分格圖，安裝人員在風(fēng)力小于四級(jí)的情況下對(duì)主體鋼結(jié)構(gòu)桁架進(jìn)行精確復(fù)核，水平標(biāo)高從上至下層層校對(duì)，復(fù)核無誤后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行放線，定出施工安裝基礎(chǔ)構(gòu)件的位置，并按分格圖用墨線或鋼線做好標(biāo)識(shí)。2.對(duì)于放線結(jié)果出現(xiàn)較大誤差且影響到施工安裝時(shí)，立即與甲方、監(jiān)理方、主體鋼結(jié)構(gòu)桁架及設(shè)計(jì)部門聯(lián)系說明原因，在征得甲方、監(jiān)理方、主體鋼結(jié)構(gòu)桁架及設(shè)計(jì)部門同意后進(jìn)行方案調(diào)整。4.2.2轉(zhuǎn)接件安裝1．安裝人員依放線結(jié)果，根據(jù)節(jié)點(diǎn)圖，找出各柱的水平垂直線和進(jìn)出線，并確定出各轉(zhuǎn)接件的準(zhǔn)確位置，準(zhǔn)確位置確定后，點(diǎn)焊轉(zhuǎn)接件等。由于所用鋼結(jié)構(gòu)為承力結(jié)構(gòu)，其鋼材必須選用正規(guī)廠家生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)材料并有該批材料的材質(zhì)單和合格證，材質(zhì)一般選用焊接性能優(yōu)良的Q235鋼，焊條選用E4303型，焊縫均為構(gòu)造焊縫，焊角高均要達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙要求。焊縫要求美觀整齊，不得有漏焊、虛焊。溶透深度S≥0.7δ(δ-被焊材料厚度)，焊縫和熱影響區(qū)表面不得有裂紋，焊縫均需刷防腐底漆，鋼結(jié)構(gòu)表面應(yīng)進(jìn)行噴砂除銹，除銹等級(jí)為Sa2.0-2.5級(jí)。在安裝過程中應(yīng)保證鋼制轉(zhuǎn)接件的水平度，必須用儀器對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行找正調(diào)整，圓鋼橫框垂直誤差范圍≤3mm，豎向間距誤差范圍≤3mm。2．檢查、按節(jié)點(diǎn)圖、分格圖等進(jìn)行檢查。3．檢查合格后進(jìn)行滿焊。滿焊必須依據(jù)圖紙及有關(guān)焊接標(biāo)準(zhǔn)，程序以免焊接變形。4．按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行嚴(yán)格檢查其焊逢長度、焊角高度等。5．檢查合格后進(jìn)行防腐處理，通常為兩遍防銹漆，一遍銀粉。4.2.3次鋼結(jié)構(gòu)安裝1．先進(jìn)行預(yù)制好的次鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸復(fù)核，地面放樣。發(fā)現(xiàn)不符合圖紙要求的，進(jìn)行調(diào)整或進(jìn)行更換，由于此鋼結(jié)構(gòu)直接點(diǎn)焊在已裝好的轉(zhuǎn)接件上，故本步驟比較重要。2．將符合尺寸標(biāo)準(zhǔn)的鋼結(jié)構(gòu)用汽車吊車進(jìn)行吊裝到圖紙位置，然后與主體鋼結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接件進(jìn)行點(diǎn)焊。3.吊裝的順序按照從上而下，首先將頂部的單榀的小珩架進(jìn)行吊裝到位，工人借助吊筐等將其固定，然后進(jìn)行橫向的拉桿連接。吊車的大小根據(jù)從西到東分別采用50T、35T的即可。4．按照?qǐng)D紙中的已知角度，放樣后確定支架的位置，從而通過轉(zhuǎn)接件與輔助支架的定位保證了次鋼結(jié)構(gòu)的位置。并加工好輔助支架5.最后進(jìn)行已加工好的每10米一榀的橫向次鋼結(jié)構(gòu)吊裝，在用汽車吊將每榀鋼結(jié)構(gòu)吊到位置后，分別在已安裝好的轉(zhuǎn)接件和支架位置進(jìn)行點(diǎn)焊連接次鋼結(jié)構(gòu)。6.檢查合格后進(jìn)行滿焊。滿焊必須依據(jù)圖紙及有關(guān)焊接標(biāo)準(zhǔn)，程序以免焊接變形。7.按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行嚴(yán)格檢查其焊接質(zhì)量。8.檢查合格后進(jìn)行防腐處理，兩遍防銹漆，一遍銀粉漆。9.拆除輔助支架，并將原鋼結(jié)構(gòu)位置的焊點(diǎn)進(jìn)行打磨消除。4.2.4不銹鋼拉桿安裝1．在鋼拉桿結(jié)構(gòu)安裝前，應(yīng)在地面進(jìn)行預(yù)安裝，達(dá)到圖紙及現(xiàn)場(chǎng)要求后，再進(jìn)行正式安裝。2．進(jìn)行彈線定位，在次鋼結(jié)構(gòu)的橫向圓管上進(jìn)行分格彈線，確定拉桿的位置。3．通過拉桿的耳板，將耳板與橫向圓管進(jìn)行點(diǎn)焊連接。4.進(jìn)行尺寸復(fù)核，確認(rèn)無誤后進(jìn)行滿焊。焊接質(zhì)量同前所述。4.2.5次鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)調(diào)整1.用扭矩扳手對(duì)拉桿進(jìn)行50％的設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力調(diào)整。使整體鋼結(jié)構(gòu)處于基本平衡狀態(tài)。2.在預(yù)應(yīng)力上完50％24小時(shí)后進(jìn)行二次的設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的80％的調(diào)整。3.在預(yù)應(yīng)力上完80％24小時(shí)后進(jìn)行二次的設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的100％的調(diào)整。4.2.6玻璃框架安裝1.根據(jù)圖紙進(jìn)行玻璃框架的分格放線，確定鋁豎框的位置，并將線彈到次鋼結(jié)構(gòu)的橫向圓管上。2.加工豎框，并將橫框的角片安裝在豎框上，此步驟注意角片加工質(zhì)量，要保證橫框不得在安裝后出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)或松動(dòng)等現(xiàn)象。3.將螺栓轉(zhuǎn)接件點(diǎn)焊到橫向圓管上，并將鋁框的轉(zhuǎn)接件套在螺栓轉(zhuǎn)接件上。4.安裝豎框、橫框。5.用水平儀、經(jīng)緯儀進(jìn)行橫、豎框調(diào)整，尺寸復(fù)核，確認(rèn)無誤后進(jìn)行螺栓固定。6．滿焊螺栓轉(zhuǎn)接件，焊接質(zhì)量同前所述。7.用玻璃載荷的1.2倍的配重載荷進(jìn)行整體框架的變形檢測(cè)，將配重盡量放置在玻璃載荷的重力線上。進(jìn)行精確測(cè)量變形量，如超出原設(shè)計(jì)范圍，反饋到設(shè)計(jì)部，以決定是否進(jìn)行次鋼結(jié)構(gòu)的二次調(diào)整。4.2.7光伏玻璃安裝及調(diào)整1．光伏玻璃安裝順序?yàn)樽韵露?，用手?dòng)葫蘆并配置相應(yīng)的專用吊裝工具，下方的玻璃可采用吊車和機(jī)械吸盤，并配置相應(yīng)的專用吊裝工具。2．光伏玻璃全部安裝完畢后，進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整順序?yàn)閺纳现料隆Ｒ粚右粚舆M(jìn)行。保證玻璃、玻璃膠縫的平面度，直線度等符合圖紙及技術(shù)要求。3．光伏玻璃位置調(diào)整好后，將鋁合金壓板用螺釘固定，進(jìn)行粗定位，待安裝完此板塊的上一板塊后，再將壓板上螺栓鎖緊，鎖緊后將螺栓頭螺扣破壞鎖死。4．開箱檢查光伏玻璃規(guī)格尺寸。若有崩邊、裂口、明顯劃傷等問題的玻璃不允許安裝。5．安裝時(shí)，應(yīng)清潔玻璃及吸盤上的灰塵。根據(jù)玻璃重量合理確定吸盤個(gè)數(shù)。嚴(yán)禁使用吸附力不足的吸盤。6．光伏玻璃安裝好以后，應(yīng)調(diào)整玻璃上下、左右、前后的位置，相鄰玻璃偏差不應(yīng)超過=1mm。7．全部調(diào)整好后，應(yīng)進(jìn)行整體立面平整度的檢查，確認(rèn)完全無誤，符合圖紙要求才能進(jìn)行打膠。4.2.8注膠1．打膠前應(yīng)用“二甲苯”或工業(yè)乙醇及干凈的毛巾擦凈光伏玻璃拼縫的部位。2．光伏玻璃拼縫用相應(yīng)的泡沫棒塞緊。注意平直，并應(yīng)留滿足注膠厚度的空間。3．所有需打膠的部位粘貼保證膠紙，注意膠紙與膠縫要平行。4．打膠時(shí)要持續(xù)均勻，操作順序一般是：豎向膠縫，自下向上。5．膠注滿后，應(yīng)檢查膠縫里面是否有氣泡，若有，應(yīng)及時(shí)處理，消除氣泡。6．光伏玻璃膠表面修飾好后，應(yīng)迅速將粘貼在玻璃上的膠帶撕掉。7．待玻璃膠表面固化后，應(yīng)清潔內(nèi)外玻璃，做好防護(hù)標(biāo)志。5電氣線路敷設(shè)安裝施工工藝并網(wǎng)設(shè)備置于本大樓底樓裝用10KV配電房，光伏幕墻電能經(jīng)底樓橋架輸送至配電房逆變電設(shè)備，完成太陽能系統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電。施工工序?yàn)椋轰X合金框架預(yù)留走線盒→光伏玻璃±極導(dǎo)線連接→走線盒內(nèi)導(dǎo)線敷設(shè)→列陣接線箱設(shè)置→橋架敷設(shè)→穿線（纜）工程施工→配電箱（柜）安裝→并網(wǎng)逆變電器安裝→系統(tǒng)調(diào)試5.1走線盒內(nèi)線路連接5．1.1光伏幕墻的玻璃板塊安裝前預(yù)留光伏玻璃導(dǎo)線走線盒位置，每塊光伏玻璃有一對(duì)±極，紅色為（+）極黑色為(—)極,上下相鄰兩塊光伏玻璃進(jìn)行串聯(lián)后，導(dǎo)線在走線盒內(nèi)固定，在布線完畢后進(jìn)行封閉。豎向線槽內(nèi)導(dǎo)線接至底層列陣接線箱。5.2金屬橋架敷設(shè)1.電纜橋架在底層鋼結(jié)構(gòu)敷設(shè)，各路列陣接線箱內(nèi)導(dǎo)線在橋架內(nèi)匯集。橋架內(nèi)線纜送至配電房逆變電器。2電纜橋架的總平面布置應(yīng)做到距離最短，又滿足施工安裝、電纜敷設(shè)要求。3.橋架或有孔托盤敷設(shè)時(shí)距地高度不低于2.5m,線槽、無孔托盤距地高度不低于2.2m。但敷設(shè)在電氣專用房間除外。4.幾組電纜在同一高度敷設(shè)時(shí)，各相鄰電纜橋架間應(yīng)考慮維護(hù)、檢修需要，一般不宜小于0.6m。5.電纜在橋架內(nèi)的填充率,電力電纜不大于40%,控制電纜不大于50%。5.3系統(tǒng)調(diào)試光電幕墻到列陣接線箱所用線纜型號(hào)為WDZ-4mm2,從列陣接線箱至光伏設(shè)備間線纜型號(hào)為BV-6mm2。當(dāng)所用工作完成驗(yàn)收合格后，完成總接線，系統(tǒng)調(diào)試，完成并網(wǎng)操作。6結(jié)語本工程將建筑節(jié)能—光伏幕墻融入到鋼結(jié)構(gòu)建筑整