1 工程概况
上海崇明燃气电厂地处崇明岛中部南侧的长江岸侧，工程建设2 台424.2 MW燃气-蒸汽单轴联合循环机组。每台机组主厂房纵向长53.3 m，横向总宽度为51 m，高度21.5 m。主厂房外墙围护结构采用来实檩条彩板系统，其中汽机房屋面为双层带保温棉压型彩板，底层彩板为厚0.40 mm的来实TD—MAXIMA板，上层彩板为厚0.53 mm的来实KL700暗扣板，内外层彩板之间填充厚50 mm玻璃纤维保温棉；屋面走道板为厚0.53 mm的来实KL700暗扣板（反扣铺设）。汽机房屋面上设置了7 条双层厚1.5 mm的700 mm×28 615 mm FRP（玻璃纤维强化树脂）采光板带。具体布置如图1所示。
图1 主厂房屋顶采光带布置示意
主厂房从功能布置上分为电气开关及热控电子设备区域、辅助设备区域、主机设备区域及检修场地区域，每个区域布置有大量的设备。据上海地区同类型工程建设情况，通过门窗进入室内的天然光线不能满足施工安装阶段室内采光的要求，还需配备许多临时照明，同时采用侧窗采光也对主厂房断水施工进度质量带来难度，而采用屋顶采光的方式则能合理地解决这些难题。
2 屋顶采光的特点[1,2]
根据《火力发电厂建筑设计规程》（DL/T 5094—2012）关于“采光”部分的条文说明“采光方式以侧窗为主，必要时可采用侧窗采光和顶部采光相结合的方式。侧窗设计除考虑建筑节能和便于清洁外，台风多发地区还应兼顾其安全性”“主厂房固定端、扩建端墙上宜设置一定面积的采光窗，以满足端部检修场地的采光要求”。按此要求，通常火电厂在扩建端及A排上设置一定数量的采光排窗来满足厂房内的采光要求。而采用排窗后必然增加主厂房围护结构施工工序，对确保主厂房断水进度增加难度；同时采用排窗也产生了窗洞口密封处理的难度，可能造成排窗漏水隐患，对移交生产前的保管维护提出了较高的要求；再有，主厂房断水后的室内施工无法利用天然采光，往往要依赖许多临时施工照明，增加了施工成本。
而采用主厂房屋顶采光板带，既去除了侧面排窗的施工工序，杜绝了窗洞口漏水的质量通病，又减少了施工成本投入，更是提高了主厂房天然采光率，达到尽量减少室内照明光源的目的，也使能耗符合节能减排新的发展趋势，同时还为主厂房立面处理提供了有利条件，使主厂房立面简洁大方、色彩明快，充分反映现代化工业建筑的风格，成为全厂建筑的主体。
3 屋顶采光的设计与安装[3,4]
3.1 采光板材料
作为主厂房屋面，一方面除了要承受自身的荷载外，另一方面还要承受风荷载、检修荷载等偶然性活荷载。本工程每台机组屋面上设置有12 台轴流风机，7 台排氢风机等，今后这些设备都将在屋面上进行就地检修，这对屋面系统的强度提出了一定的要求。
本工程主厂房屋顶采光板带采用ALSYNITE G20型FRP采光板，采光板由厚20 μm表面保护上膜、特殊优化树脂中层及强化玻璃纤维下层组成，其保护上膜作为全天候表面，是由杜邦公司开发的Melinex A15改进型U.V表面保护涂层，具有长期耐风雨侵蚀的特性，具有20 年质量保证年限。根据实验表明：FRP采光板抗弯强度为177 MPa，抗剪强度为90 MPa，耐压强度为135 MPa，冲击韧性约为140 kJ/m2，撞击强度是普通玻璃的250～300 倍，是同等厚度亚克力板的30 倍，钢化玻璃的2～20 倍，用3 kg锤从2 m高处坠下击打也无裂痕。其抗拉强度为94 MPa，采光板抗拉强度的大小决定采光板抗风压的大小，本工程主厂房屋面檩条间距在855～1 215 mm之间，以厚1.5 mm的G20FRP采光板计算，其抗风压强度可以达到1 kPa。
3.2 采光板带节点设计
由于主厂房围护及屋顶均采用彩钢板结构，需要进行彩钢板的深化设计，将FRP采光板引入主厂房屋面系统，面临采光板带与屋面彩板的搭接以及与屋面钢结构的连接问题。
在屋面彩板深化设计时，通过对比选用的FRP板与屋面彩钢板板型基本一致，这样采光板带可采用与彩钢板相同的安装方法，采光板与彩钢板搭接一个波峰采用自攻螺钉固定，安装便捷，施工人员易于掌握（图2）。
图2 压型采钢板及采光板的搭接节点示意
3.3 采光板带的安装
本工程的采光板采用螺钉安装法，采光板两侧的波峰搭接在两边彩钢板的波峰上，采光板顺坡自下而上搭接安装，搭接位于檩条处，屋面搭接长度一般不小于300 mm。采光板的固定螺钉比同类型彩钢板的固定螺钉长10 mm，并带有专用的EPDM垫圈。彩钢板的长边及短边方向在搭接前应设置止水胶条（图3）。
室外安装时，螺钉固定前应另用电钻预钻孔，孔径大于固定螺钉，以容许采光板温度胀缩的预留量。当板长小于8 m时，板孔直径比螺钉直径大3 mm；当板长大于8 m时，板孔直径比螺钉直径大5 mm。
图3 采光板固定示意
4 其他因素分析
目前国内火电厂主厂房作为重要建筑物通常不采用屋顶采光带的方式，主要是从采光板材料的变形、老化渗漏及实用性因素考虑，在本工程中对这些影响因素进行了进一步分析。
4.1 采光板龟裂、渗水
在常规采光板的应用中经常发现在螺钉固定处的采光板发生龟裂情况从而造成渗水，主要原因是采光板受温度变形影响造成螺钉固定处剪裂。进一步分析FPR采光板在拉伸强度、弯曲强度、抗剪强度均远低于钢材，而线膨胀系数是钢材的2 倍，从而导致FPR采光板的固定方面有着特殊要求。另外采光板固定均为透式固定，存在着固定螺钉处的防水处理问题，还要保证固定点处的螺钉与采光板有足够的空间，以保证采光板在温度变化下自由膨胀。
首先安装时必须规范安装程序，遵循预先打孔的方式，使采光板螺钉固定处留有膨胀余量，保证采光板热胀冷缩时不被固定螺钉顶裂；其次采用专用的EPDM垫圈，该垫圈具有优异的防水性能，并使之安全有效地固定采光板，同时应注意打设螺钉时不可过紧以免引发应力集中。
4.2 采光板的老化
作为屋面的采光板，因其要全天候暴露在不同的天气环境中，要适应每天、每季及非正常天气等气候环境条件的变化，复合材料采光板必须具有较好的抗老化能力，否则影响其使用寿命，并带来安全、维护费用等问题。
本工程所采用的FRP采光板所使用的树脂成分为间苯二甲酸聚脂，其在原材料出厂前具有0.15%～0.18%的UV含量，在生产采光板的过程中，在树脂中又添加了0.2%的UV含量，使其树脂原料中的UV含量达到0.35%～0.38%，乳白色G20优质型采光板的抗紫外线率为100%，可大大加强树脂的抗老化及抗风化性能。
4.3 采光板的腐蚀
工业发展的副作用之一是给环境带来了不同程度的污染，本工程处于生态岛上，受工业污染的程度尽管相对工业集中区域小，但工程南侧石洞口电厂的烟气排放污染物成为对本工程主要的污染源之一，采光板要全天候接受烟气等污染物的侵蚀。
FRP为热固性材料，天然较金属材料具有优异的耐腐蚀性，加上表面覆盖一层抗化学性的薄膜与高品质的树脂，薄膜与高品质的树脂成中性（pH=7）、抗静电，可以防止空气、酸雨中的酸碱成分腐蚀采光板使之脆化，通过试验，10%的盐酸或者10%的氨水对其仅有轻微的影响，40%的盐酸才能对其侵蚀。
4.4 采光持久性
本工程选用的FRP采光板，其20 μ m左右的上膜可保证采光板中的树脂成分不受阳光的照射而发黄，保证了15 年的持久采光率，并且通过了澳大利亚NATA室内实验室测试，其30年使用年限内透光率损失仅为5%。
4.5 采光充足性
G20型乳白色FRP采光板透光率约为60%，约为普通玻璃透光率的75%。在主厂房屋面上设置7 条700 mm×28 650 mm采光带，使主厂房（单台机组）采光面积达140 m2，约为同类型电厂采光面积的3 倍，采光率约为同类型电厂的2.2 倍。
5 结语
主厂房采用的屋顶采光方式对施工进度及施工质量控制有利，崇明工程在2 个月的时间内完成结构施工，实现主厂房断水的目标，彩板围护的施工进度是重点，而采用屋顶采光方式后，为施工提供便利，缩短了施工工序，为彩板围护施工节约了宝贵时间。
从施工成本上分析，采用屋顶采光大大减小了施工临时照明的投入，也避免了采用侧窗采光的维护风险。
从节能方面分析，主厂房内昼间基本无需灯光照明。目前每台机组主厂房照明总功率为9 375 W，每小时用电量为9.375 kW·h，2 台机组每天（白天若按8 h开启一半照明计）节约电能9.375×2×8/2=75 kW·h。
从业主投资角度分析，业主节约了侧窗采光的投入及日常侧窗维护的费用，并节约了日后的照明电费。
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[3] 任导群,任彦,任健,等.火电厂主厂房天然采光结合自然通风设计[J].黑龙江电力,2009(2):157-160.
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