鋼結(jié)構(gòu)在“全壽命配送式”變電站建筑中的應(yīng)用

朱建慧

（浙江省麗水市正陽電力設(shè)計(jì)院，浙江 麗水 323000）

浙江省110千伏楊柳變電站，是浙江省首座“全壽命配送式”試點(diǎn)變電站，從2008年10月3日開工，到2008年12月9日投產(chǎn)，總工期77天，工期只有常規(guī)變電站的一半。工期的大大縮短，關(guān)鍵在于變電站建筑采用了鋼結(jié)構(gòu)建筑，通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、模塊化組合、工廠化生產(chǎn)、集約化施工來建設(shè)變電站。

由于變電站自身特性的限制，鋼結(jié)構(gòu)建筑在變電站建筑中還處于試驗(yàn)，小范圍應(yīng)用階段。在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，承重體系主要是由鋼結(jié)構(gòu)完成。從各方面來看，鋼結(jié)構(gòu)的各種體系及使用經(jīng)驗(yàn)都比較成熟，只要精心設(shè)計(jì)和施工，在安全上不會(huì)有太大的問題。在變電站建筑中，技術(shù)上主要要解決的是圍護(hù)墻體系、樓屋蓋體系、防火、耐久性等問題，以適應(yīng)“全壽命配送式”變電站建設(shè)的要求。

1 承重體系

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都應(yīng)該強(qiáng)調(diào)“概念設(shè)計(jì)”,所得結(jié)構(gòu)方案應(yīng)易于計(jì)算、概念清晰、定性正確。承重體系的結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，整個(gè)結(jié)構(gòu)安全可靠；結(jié)構(gòu)首先應(yīng)滿足建筑物的使用要求，具有良好的耐久性；結(jié)構(gòu)方案選擇上應(yīng)盡可能節(jié)約鋼材，減輕鋼結(jié)構(gòu)重量；方便工廠化生產(chǎn)、集約化施工；結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)便于運(yùn)輸、便于維護(hù)。按照上述原則，根據(jù)變電站建筑層高，開間進(jìn)深大，大多為單層建筑的特點(diǎn)，綜合考慮結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、建筑設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和施工合理性等因素，可采用門式剛架、鋼框架、鋼框架-支撐等幾種常規(guī)的承重體系。

1.1 門式剛架結(jié)構(gòu)體系

根據(jù)我國目前情況來看，這種結(jié)構(gòu)由于其用度廣、優(yōu)勢明顯，已大量應(yīng)用于單層工業(yè)廠房、多層工業(yè)廠房等。一般是由實(shí)腹型變截面的柱和梁組成。對單層工業(yè)廠房而言，通常以H型鋼，采用焊接、螺栓連接作為梁柱，以C型或Z型輕鋼板作檁條。

1.2 鋼框架結(jié)構(gòu)體系

它將梁柱構(gòu)件剛接，依靠梁柱受彎來承受豎向荷載和水平荷載?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的平面布置靈活，可為建筑提供較大的室內(nèi)空間,能充分滿足建筑布置上的要求，且結(jié)構(gòu)各部分剛度比較均勻，框架桿件類型少,大部分采用型材,制作安裝簡單,施工速度較快。其梁柱多為H型截面,所以鋼框架體系的抗側(cè)移剛度較小。在受地震作用影響較大的地區(qū),不易滿足層間水平位移和總側(cè)移剛度的要求。適用于6層以下的多層建筑相對經(jīng)濟(jì)合理，變電站控制樓等多層建筑可采用該結(jié)構(gòu)體系。

1.3 鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系

純框架在風(fēng)、地震荷載作用下，側(cè)移達(dá)不到要求時(shí)，沿結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個(gè)方向布置一定數(shù)量的支撐。垂直支撐布置在墻體內(nèi)，支撐采用角鋼、槽鋼、圓鋼或鋼管制作。支撐形式可以靈活采用，如X型、單斜桿型、K型、、和人型等。另外，采用人字支撐等還可以起到減小梁跨度的作用，從而減小梁的截面。對于外墻開有門窗時(shí),也可在窗臺(tái)高度范圍內(nèi)布置,形成類似周邊帶狀桁架的結(jié)構(gòu)形式,使結(jié)構(gòu)整體剛度得到加強(qiáng)。該體系豎向承載體系為鋼框架,水平承載體系為鋼框架和鋼支撐共同形成的抗側(cè)力體系。在強(qiáng)震地震區(qū),如果柱子比較細(xì)長,因其在地震作用下特別是強(qiáng)震作用下,具有較好的延性和耗能能力。適用于強(qiáng)震地震區(qū)變電站多層建筑。

浙江省110千伏楊柳變電站開關(guān)樓為單層結(jié)構(gòu)建筑，長寬42m×9m，開間 6m，高5.1m。根據(jù)其建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇單層門式剛架作為建筑的承重體系，其建成后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，美觀大方。

2 圍護(hù)墻板體系

在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，雖然內(nèi)外墻體都不再起承重作用，但必須能自承重，而且要滿足使用功能上的各種要求。如輕質(zhì)、防水、隔聲、防火、環(huán)保等，構(gòu)造要簡單，便于施工，現(xiàn)場濕作業(yè)量越少越好。目前市場上墻體的材料、種類及品牌很多，我們根據(jù)變電站建筑特性，選擇在住宅及工業(yè)建筑市場推廣程度高，利于配送組裝的產(chǎn)品。特別是要選擇在市場上已使用多年的產(chǎn)品，可以了解其使用多年后的接縫處理效果、墻面裝飾效果、墻面防水防火效果等。

2.1 木纖維復(fù)合水泥板

是一種以水泥、石英砂和木纖維壓制的板，板厚5－10mm左右，可以預(yù)壓成仿石、面磚等多種飾面造型，外形美觀。（1）綠色環(huán)保、節(jié)能性非常好。（2）主材為硅酸鹽材料，耐久性好，設(shè)計(jì)使用壽命長，大于50年。（3）防火性能好，能滿足配電裝置室耐火等級(jí)的要求。（4）生產(chǎn)工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)場裝配，不受建筑模數(shù)影響。（5）無需作外墻面粉刷裝飾，現(xiàn)場濕作業(yè)量少。（6）內(nèi)墻面需刮膩?zhàn)铀⑼苛涎b飾；缺點(diǎn)是國內(nèi)生產(chǎn)廠家較少，造價(jià)較高。

2.2 ALC 板

ALC板是一種性能優(yōu)越的新型輕質(zhì)綠色建材。它是以水泥、石灰、礦渣、粉煤灰、砂、發(fā)氣材料等為原料，經(jīng)磨細(xì)、配料、澆注、切割、蒸壓養(yǎng)護(hù)和銑磨等工序而制成。其密度較一般水泥質(zhì)材料小，且具有良好的耐火、防火、隔音、隔熱、保溫等性能。（1）其保溫、隔熱性好，約是普通混凝土的十倍。（2）ALC板材生產(chǎn)工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化，安裝產(chǎn)業(yè)化，可鋸、切、刨、鉆，施工干作業(yè)；（3）加氣混凝土ALC板為無機(jī)物，不會(huì)燃燒；同時(shí)，加氣混凝土ALC板導(dǎo)熱系數(shù)很小，能有效抵制火災(zāi)，并保護(hù)其結(jié)構(gòu)不受火災(zāi)影響（4）ALC板是一種硅酸鹽材料，是一種耐久的建筑材料，其正常使用壽命完全可以和各類永久性建筑物的壽命相匹配。（5）接縫不防水，需防水涂料等處理；表面不平整，需刮膩?zhàn)訃娡苛?；邊角易損壞需用專門勾縫劑、修補(bǔ)粉、界面劑等修補(bǔ)。

2.3 纖維增強(qiáng)水泥板

該板是以低堿水泥、增強(qiáng)纖維為主要原料，加水混合成漿，經(jīng)制坯、壓制而成的薄型平板，板厚10mm左右。以輕剛龍骨為基礎(chǔ)，在兩板中間灌填充料。應(yīng)用于鋼框架結(jié)構(gòu)的隔墻比較合適。（1）因增加了增強(qiáng)纖維，所以板面平整不易開裂。（2）生產(chǎn)工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)場裝配，不受建筑模數(shù)影響。（3）在兩夾板中間可隨意行走電氣線路，與電氣照明較好配合。（4）在兩板中間灌填充料后，能達(dá)到防火墻的要求。（5）單板尺寸不大,接縫多，需刮膩?zhàn)訃娡苛?；現(xiàn)場灌填充料，濕作業(yè)量大。

浙江省110千伏楊柳變電站建筑選擇木纖維復(fù)合水泥板為圍護(hù)墻板，其外墻面預(yù)壓成面磚飾面造型。江蘇省110千伏齊梁變電站建筑圍護(hù)墻板采用了ALC板。浙江省110千伏登勝變電站建筑圍護(hù)墻板采用了纖維增強(qiáng)水泥板。

3 樓屋蓋體系

樓屋蓋結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度、剛度，結(jié)構(gòu)安全可靠；具有良好的耐久性，對于屋蓋要利于防水處理；要利于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)組裝，現(xiàn)場濕作業(yè)工程量少。要與建筑的其它結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，符合建筑的全壽命周期。

3.1 發(fā)泡水泥復(fù)合板

是由鋼邊框或預(yù)應(yīng)力混凝土邊框、鋼筋桁架、發(fā)泡水泥芯材、上下水泥面層（含玻纖網(wǎng)）復(fù)合而成的集承重、保溫、輕質(zhì)、隔熱、隔聲、耐火等優(yōu)良性能于一身的新型節(jié)能、綠色、環(huán)保型建筑板材，其材料自身為憎水性。為國家推廣產(chǎn)品，有國家標(biāo)準(zhǔn)圖集配套使用。工廠化程度較好，應(yīng)用廣泛。

其標(biāo)準(zhǔn)開間尺寸有6m及7.5m，也可定制。調(diào)整板厚及內(nèi)置桁架密度，可獲得1.0～5.0KN/m2承載能力?？蓾M足一般樓屋面荷載的要求。

3.2 ALC 板

ALC屋面板材料與ALC墻板類似，不同是在屋面板內(nèi)配置鋼筋，使其獲得0.5~1.0KN/m2承載能力。可滿足一般屋面荷載的要求。其材料本身不防水，需再設(shè)置柔性、剛性雙層防水。其標(biāo)準(zhǔn)開間不宜過大，一般小于6m。

3.3 鋼筋桁架－混凝土疊合板

是將鋼筋在工廠加工成鋼筋桁架，并將鋼筋桁架與彩鋼板底模連接成一體的組合模板，施工階段能承受混凝土及施工荷載。不需立模及加以支撐，可在樓屋面施工時(shí)大大縮短工期。其承載力及樓屋面建筑做法與普通現(xiàn)澆樓屋面板一致。適用于變電站建筑的樓屋面。

浙江省110千伏楊柳變電站建筑選擇發(fā)泡水泥復(fù)合板為屋面板。江蘇省110千伏齊梁變電站建筑屋面板采用ALC板。浙江省110千伏登勝變電站建筑屋面板采用鋼筋桁架－混凝土疊合板。都能達(dá)到變電站建筑的使用要求。

4 防火設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)存在自身不耐火的致命弱點(diǎn)。鋼材雖然是不燃材料，但其耐火性能很差，眾所周知，未加防火保護(hù)的承重鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)高溫作用下，在550攝氏度左右時(shí)，只須約l5分鐘，其各項(xiàng)機(jī)械力學(xué)性能會(huì)迅速下降，鋼結(jié)構(gòu)扭曲變形，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)垮塌破壞。因此，鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)保護(hù)是建筑設(shè)計(jì)中必不可少的一個(gè)方面。

根據(jù)建筑物的火災(zāi)危險(xiǎn)性，合理確定建筑的耐火等級(jí)。各種建筑由于其使用功能和重要性的不同，火災(zāi)危險(xiǎn)性存在差異，我們設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)業(yè)主提供的建筑要求，根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)規(guī)程》、《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，確定建筑物的火災(zāi)危險(xiǎn)性，再根據(jù)火災(zāi)危險(xiǎn)性，確定建筑的耐火等級(jí)，根據(jù)耐火等級(jí)確定梁 、柱、屋頂承重構(gòu)件的耐火極限。根據(jù)在生產(chǎn)過程中，是否使用或產(chǎn)生易燃、可燃物質(zhì)等，對配電裝置室內(nèi)部進(jìn)行有效的防火分區(qū)，防止火勢向其他區(qū)域蔓延、擴(kuò)散。將人員密度指標(biāo)和鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)綜合起來考慮，加強(qiáng)安全疏散的設(shè)計(jì)，保證人員疏散時(shí)間小于建筑構(gòu)件的耐火極限，確保人員安全逃生，避免人員死傷事故發(fā)生。

目前我國鋼結(jié)構(gòu)主要采用三種保護(hù)方法，噴涂法、包敷法、水噴淋法。均為通過一定的技術(shù)手段來提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限。噴涂法是在鋼結(jié)構(gòu)表面涂上防火涂料，形成保護(hù)膜，涂層對鋼基材起屏蔽作用，使鋼結(jié)構(gòu)不至于直接暴露在火焰高溫下，從而提高建筑構(gòu)件的耐火極限，在鋼結(jié)構(gòu)表面涂覆防火涂料是最常用的提高承重鋼結(jié)構(gòu)耐火極限的方法，噴涂法是一種最簡單、最經(jīng)濟(jì)、最有效的做法，施工維護(hù)方便。采用防火涂料對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護(hù)，可將鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限從0.25小時(shí)提高至3.0小時(shí)以上，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的不同型式、不同部位相應(yīng)的耐火極限要求，選用不同類型的防火涂料加以涂覆保護(hù)。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料有三種：厚漿隔熱型防火涂料、薄型防火涂料、超薄型防火涂料。一般選用薄涂型的膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料加以保護(hù)，尤其是選用可刷涂施工的超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火漆；包敷法是采用磚、混凝土、硅鈣板等材料將鋼結(jié)構(gòu)包裹，從而形成保護(hù)層，提高構(gòu)件耐火極限；水淋冷卻法是在鋼結(jié)構(gòu)上部布置自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，啟動(dòng)噴淋在鋼結(jié)構(gòu)表面形成一層連續(xù)的水膜，達(dá)到保護(hù)作用，大量的水突然噴泄而下，會(huì)對電氣設(shè)備造成較大的破壞，變電站建筑中一般不使用。我們在設(shè)計(jì)時(shí).要根據(jù)構(gòu)件對耐火極限的要求，選出最恰當(dāng)?shù)姆阑鸨Ｗo(hù)方法。達(dá)到經(jīng)濟(jì)和安全要求。

浙江省110千伏楊柳變電站建筑采用噴涂法提高結(jié)構(gòu)耐火極限，使配電裝置室的鋼結(jié)構(gòu)達(dá)到二級(jí)耐火的要求。

5 結(jié)論與建議

鋼結(jié)構(gòu)建筑在變電站中推廣應(yīng)用，在技術(shù)上是可行的。鋼結(jié)構(gòu)建筑在解決防火、耐久性等問題后，在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變化不大的前提下，具有工期短、工廠化程度高、抗震性能好、建筑布局靈活等優(yōu)點(diǎn)，符合“全壽命配送式”變電站建設(shè)的要求。目前國家電網(wǎng)公司已在多個(gè)省區(qū)試點(diǎn)建成鋼結(jié)構(gòu)配電裝置建筑，國網(wǎng)公司可以對這些變電站分類總結(jié)，組建攻關(guān)小組，對變電站建筑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，供各省區(qū)選用，在此基礎(chǔ)上對建筑組件標(biāo)準(zhǔn)化。真正做到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、模塊化組合、工廠化生產(chǎn)、集約化施工來建設(shè)變電站。

[1]柳國良等.變電站模塊化建設(shè)研究綜述[M].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（14）.

[2]國家電網(wǎng)公司.《國家電網(wǎng)公司輸變電工程全壽命周期設(shè)計(jì)建設(shè)指導(dǎo)意見》.

[3]趙岱峰.輕質(zhì)復(fù)合墻板在鋼結(jié)構(gòu)住宅中的應(yīng)用[I].建筑科學(xué)，2006，12.