幕墙在双塔加压泵站工程中的应用

幕墙作为建筑物的外墙围护结构, 近10年来由于其自重轻、工业化生产程度高、施工周期短、建筑艺术效果独特, 所以深受人们的青睬, 尤其是采用镀膜反射玻璃的幕墙, 不仅能反映出附近的景物, 而且可随晨昏、四季而变化, 使建筑物外观立面极为丰富, 在民用建筑工程中得到了日趋广泛的应用。在越来越追求外观建筑效果的今天, 泵站等水利建筑项目也需要采用一些新的技术, 使泵站不仅成为水利功能建筑, 更可以成为一项景观建筑。但是由于幕墙形式类别、施工工艺、施工材料等发展迅速, 作为一项应用时间短、发展速度快的新工艺, 在设计、原材料选用上存在许多值得我们探讨的问题。本文以大伙房输水三期工程双塔加压泵站工程为例, 就幕墙设计的相关内容进行归纳总结, 为今后类似工程建设提供参考依据。

1 工程概况

双塔加压泵站位于大连碧流河水库下游右岸, 为原引碧一期应急供水工程双塔加压泵站原址, 泵站的设计规模为57.5万t/d。厂区占地为18413m2。根据工艺要求, 在满足使用功能的前提下, 力求布置合理、管理方便。加压泵站包括泵站主副厂房, 为排架承重砖混结构, 主厂房建筑面积为634.25m 2, 厂房尺寸为50.74×12.5m, 机组间距为8.0m。主厂房地上建筑为一层总高度为9.5m, 地下总高度为4.2 5 m。加压泵站主厂房内布置S M 5 0 1-6 4 0-6 4 0型泵五台, 单泵配套电机容量为2 0 0 0 k w, 采用一字型布置。加压泵站地下部分采用钢筋混凝土结构, 地上部分采用钢筋混凝土排架柱承重砖混结构, 柱距4m及6 m, 屋架采用钢屋架, 跨度1 2.0 m, 吊车梁为钢筋混凝土吊车梁, 屋面板采用双面压型钢板。主厂房正立面外墙部分采用玻璃幕墙和石材幕墙。副厂房位于主厂房右侧, 与主厂房呈L型布置, 建筑面积为7 8 4.0 7 m2, 为框架结构, 共两层总高1 2.3 5 m, 局部为一层高9.80m。副厂房一层大厅外墙立面均采用玻璃幕墙。

2 幕墙材料的确定和选择

按照材料划分, 幕墙形式可以分为铝板幕墙、玻璃幕墙、石材幕墙三种。该建筑为加压泵站, 因而建筑的风格与尺度应遵守均衡、庄重的建筑属性。最终确定为玻璃幕墙加石材幕墙作为外装形式, 利用玻璃的性质, 表现建筑的现代感;利用石材的质朴, 以表现建筑的庄重沉稳的基本属性。

2.1 幕墙材料的确定

本次幕墙结构主要选取玻璃幕墙及石料幕墙, 故幕墙材料的选择是本次设计的重要内容, 下面就本工程所采用的主要材料的选取进行确定。

(1) 玻璃幕墙：根据热工计算要求, 本泵站玻璃幕墙采用6+9+5构造的中空玻璃, 原片玻璃采用离线镀膜工艺。主要应考虑以下两点因素; (1) 泵站不同于商业建筑, 不宜过分强调内外空间的沟通, 应主要注意其隐密性, 15%～18%的低透光度可以满足这一要求。 (2) 镀膜玻璃色彩的多样选择性。而在线镀膜工艺恰恰达不到以上两点要求。玻璃是建筑物外墙中最薄、最容易传热的材料。中空玻璃由于铝框内的干燥剂通过铝框上面的缝隙使玻璃中空内空气长期保持干燥, 所以隔温性能极好。不仅如此中空玻璃还高度隔音, 可将噪音下降27～40分贝, 外面80分贝的交通噪音到了室内, 便只有50分贝。由于北方地区室内外温差过大, 单层玻璃会结霜。中空玻璃则由于与室内空气接触的内层玻璃受空气隔层影响, 即使外层接触很低, 也不会因温差在玻璃表面结露。

(2) 石材：本工程泵站外立面幕墙面采用火烧板。窗口做150mm厚石线收边, 增强建筑物的厚重感。由于石材幕墙直接面对恶劣的外部环境, 所以在选择石材种类时应尽量采用强度、耐久性和耐腐蚀性等物理性能好的天然石材或性能优良的人造石材。石材幕墙龙骨采用Q235B级钢, 考虑到施工现场环境差, 钢材龙骨的表面在加工厂都已用热浸镀锌对表面进行处理。对于必须在现场进行表面处理的钢材, 可采取氟碳喷涂或无机富锌涂料等处理方法。

2.2 石材幕墙的厚度

选择石材的厚度时, 需在满足规范要求的最小厚度和最低强度的前提下另外进行结构计算, 从而得出实际所需石材厚度, 以保证石材的结构要求。此外还应注意, 在满足等强度要求的条件下, 火烧板最小厚度应比光面石材的最小厚度 (25mm) 厚3mm, 即28mm, 这主要是考虑火烧板经火烧后表面不平, 影响强度。

2.3 石材幕墙的分格

在进行石材幕墙分格尺寸时, 应考虑石材是天然产品, 板材内部可能有微裂纹等缺陷, 因此不宜将分格尺寸过大, 《金属与石材幕墙工程技术规范》要求单块石材面积不宜大于1.5m2;如果分格尺寸过大需对石材采取必要的加强措施 (如石材背面贴加强网或植筋等) 。本泵站经过排列计算后, 具体做法采用：气垂直缝左右间距为1300mm, 水平缝上下间距为700mm～800mm, 单格宽、长二者比例接近0.618黄金分割率。

3 幕墙的构造

3.1 石材幕墙与主体结构的连接

石材幕墙设计关键在于石材与主体框架间的连接设计, 以确保石材不坠落造成伤害。常用结构连接方式主要包括钢销式石材幕墙、短槽式石材幕墙、通槽式石材幕墙、复合式石材幕墙、背栓式石材幕墙。经综合考虑幕墙结构强度、粘结性、施工安装及检修的方便性, 最终确定采用复合式石材幕墙。

3.2 玻璃幕墙与主体结构的连接

玻璃幕墙与主体结构的连接应能承受玻璃的重力荷载、风荷载、地震作用和温度作用。连接件应进行承载力计算。受力铆钉和螺栓, 每处不得少于2个。连接件与主体结构的锚固强度应大于连接件本身承载力设计值。与连接件直接相连的主体结构构件, 其承载力承载力应大于连接件承载力;与幕墙立柱相连的主体混凝土构件的混凝土强度不宜低于C30。连接件的焊缝、螺栓和局部挤压, 应按照现行《钢结构设计规范》GBJ17的有关规定进行设计。竖直玻璃幕墙的立柱应悬挂在主体结构上, 使立柱处于受拉工作状态。玻璃幕墙的立柱宜直接连接在主体结构上。当立柱与主体结构间留有较大间距时, 可在幕墙与主体结构之间设置过渡钢桁架, 钢桁架与主体结构应可靠连接, 幕墙与钢桁架也应可靠连接。铝合金立柱与钢桁架连接, 应考虑温度变化时两者变形差异产生的影响。玻璃幕墙构件与钢结构的连接, 宜按现行《钢结构设计规范》GBJ17的规定进行设计。玻璃幕墙立柱与混凝土结构宜通过预埋件连接, 预埋件必须在主体结构混凝土施工时埋入。当没有条件采用预埋件连接时, 应采用其它可靠的连接措施, 并通过试验决定其承载力。

3.3 幕墙的密封

本工程中采用双道密封来保证幕墙优良的性能, 即第一道密封采用热熔丁基密封胶, 主要起密封作用;第二道密封则由硅酮密封胶来完成, 因其具有优良的弹性和对玻璃良好的粘接性能而起到辅助密封并保持中空玻璃结构稳定的作用, 两者相辅相成, 缺一不可。硅酮等弹性密封胶靠化学反应来达到粘合目的, 而热熔丁基密封胶主要靠丁基橡胶聚异丁烯等的自身极低的水气透过率来实现其密封效果。

3.4 幕墙的隔热保温和节能

本泵站外墙采用外保温较为合理的节能形式, 为提高工效, 将保温材料在施工过程中与装饰合二为一, 实现保温装饰一体化。在墙体结构龙骨部位采用挤塑聚苯板密缝, 导热系数为小于等于0.042w/m2·K。聚苯板可用聚合物砂浆或环氧胶粘剂粘贴。石材缝间可选用先将高效发泡剂置入缝间, 再用石材填缝胶密封的方法。

4 幕墙工程设计施工中的注意事项

本泵站工程在进行石材幕墙的设计时应遵照国家和行业的相关标准和规范的要求, 确保幕墙的安全性。在具体设计施工环节, 主要注意以下几方面的内容： (1) 将泵站距地面1000mm内的石材后部空间密实填充, 龙骨设计时也应考虑底部受撞击后的整体安全性; (2) 对于泵站门窗口周边、造型等部位的设计应保证石材板块能牢固固定, 最好根据节点图再做龙骨布置图, 做到有图可循, 有据可查。真正做到指导施工的作用; (3) 泵站采用石材吊顶, 应将石材板块尺寸尽量减小, 选择质地坚硬的花岗石类, 将板块四边固定; (4) 考虑到本泵站所在位置地震和风荷载作用, 屋顶的石材盖板应有独立的龙骨支撑, 切忌将盖板与墙面立板直接用胶粘接; (5) 泵站主体结构的沉降缝部位的石材幕墙设计应保证其功能性和完整性 (首先要认清其功能和构造特点, 然后进行设计, 切忌用整块石材覆盖, 忽略该部位。一般缝两侧均需单独布置龙骨, 且龙骨间保持一定距离, 可根据热膨胀系数进行预留间隙计算。如要保证石材的立面效果, 可在缝隙处一端的石材背面预先固定石材板条, 另一端石材与板条间采用防水胶条等密封;也可采用U型铝板各固定在两端石材上, 互相咬扣, 设计人员可根据建筑效果举一反三, 不必雷同) ; (6) 本泵站建筑幕墙为两种幕墙的组合体, 当幕墙在建筑防火区间上时, 应按照《建筑设计防火规范》的要求进行幕墙的防火设计, 保证安全性; (7) 需要提醒的是, 本站在进行避雷设计时, 上下立柱间如果采用螺栓连接的话视为不稳定连接需用Ω型钢板或铜绞线等可靠连接, 同时需注意的是当电流通过焊接接缝处时对焊缝的截面也有要求。

5 结语

随着我国经济实力的提高和人民对高质量生活的追求, 建筑布光将成为美化城市景观的重要手段之一。玻璃幕墙不仅实现了建筑外维护结构中墙体与门窗的合二为一, 而且把建筑围护结构的使用功能与装饰功能巧妙地融为一体, 使建筑更具现代感和装饰艺术性;石材幕墙的稳定性、耐久性及多变的造型更为建筑增添了时代气息。近几年随着人们节能环保意识的不断完善, 新技术的不断开发, 在节能方面对建筑幕墙进行大量的研究和改进因此幕墙结构必将在泵站等工业厂房建筑上越来越多的得到应用, 相信在很短的时间内, 水利工程中的幕墙结构也将得到较快的发展和应用, 使水利工程完全融入景观生态工程中。

摘要：本文以大伙房输水三期工程双塔加压泵站工程为例, 详细介绍了幕墙结构在泵房建筑设计中有关选材、构造设计及幕墙施工中的关键问题, 归纳总结了相关设计成果, 为今后幕墙结构在水利工程中的应用提供参考依据。

关键词：幕墙结构,构造设计,幕墙施工