對我國變電站土建結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計問題的探討

作者簡介：李衛(wèi)軍（1978-），男，本科，總監(jiān)理工程師，監(jiān)理工程師，工作單位：西安國鼎鐵路工程技術(shù)咨詢有限公司，現(xiàn)從事專業(yè)：工程監(jiān)理。

摘要：變電站傳力系統(tǒng)比較復雜，內(nèi)置許多大型的電力運行設(shè)備、建筑面積大，一旦發(fā)生地災害，極可能發(fā)生極大的社會損失和災害，因此在對變電站的土建結(jié)構(gòu)設(shè)計中，抗震設(shè)計十分重要。

關(guān)鍵詞：變電站;土建結(jié)構(gòu);抗震;優(yōu)化引言：

經(jīng)濟高速發(fā)展，電力穩(wěn)定運行對于人們的生活有著重要的意義，而電網(wǎng)穩(wěn)定運行的先決條件在于變電站的穩(wěn)定。變電站土建結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能主要取決于其抗震設(shè)計方法。在我國許多變電站的土建結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，變電站傳力系統(tǒng)比較復雜，內(nèi)置許多大型的電力運行設(shè)備、建筑面積大，一旦發(fā)生地災害，極可能發(fā)生極大的社會損失和災害，因此在對變電站的土建結(jié)構(gòu)設(shè)計中，抗震設(shè)計十分重要。

1.變電站土建結(jié)構(gòu)震害問題簡述

變電站內(nèi)包含了許多建筑物，比如配電室、通信樓、綜合樓等，這些建筑物多采用框架結(jié)構(gòu)，由于冗余度較小，同時放置在建筑內(nèi)部的電氣設(shè)備體積大，荷載大，造成了建筑物抗側(cè)移剛度小，在地震發(fā)生時，地震效應的不斷擴大會使得整個樓板加劇運動，使得整個建筑結(jié)構(gòu)的抗震程度較低。另一方面，變電站中的電氣設(shè)備往往安裝在一定高度的支架上，支架越高，由支架與電氣設(shè)備構(gòu)成的整體的自振頻率會越小，變電站建筑內(nèi)部多采用鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架，其抗震性能良好，但是當遭遇到重大地震災害（如汶川地震）時，還是會出現(xiàn)損毀現(xiàn)象。變電所土建結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了震害問題，那么勢必會影響到變電站內(nèi)部的電氣設(shè)備、變壓器等設(shè)備的損毀，從而對于該區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)運行造成毀滅性的破壞。

2.變電站土建結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

生產(chǎn)性建筑物是變電站最為重要的建筑物，也是變電站土建結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的重點之一。常規(guī)變電站生產(chǎn)性建筑物內(nèi)一般包括有變壓器室、主控室、電纜間、配電裝置室等，具有建筑物層高大、橫墻少、跨度大的特點，房屋體型較為復雜，針對變電站的生產(chǎn)性建筑物的土建結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計可以總結(jié)為以下幾個特點：

2.1 選用對抗震有利的結(jié)構(gòu)方案

我國地域遼闊，每個地區(qū)的地震災害發(fā)生的頻率、等級等都有所不同，因此，變電站的抗震指標需要根據(jù)當?shù)氐牡卣鸢l(fā)生頻率來設(shè)定，要選用對抗震有利的結(jié)構(gòu)方案。例如在地震強度指標為7度的地區(qū)，常規(guī)變電站的建筑物高度不應該超過21米，而且層高應該控制在3米以內(nèi)，由于變電站建筑物內(nèi)部的橫墻比較少，且一般采用框架性結(jié)構(gòu)，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，盡量保證建筑物的層高一致，保證建筑物各部分結(jié)構(gòu)的剛度一致。

2.2 合理的平面布置

不僅如此，變電站土建結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計還需要選擇合理的平面布置。當發(fā)生地震災害時，往往由于變電站建筑物中的橫墻對于橫向水平的承載力、剛度達不到要求，繼而才發(fā)生整個建筑物倒塌的事故。因此，在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要提高建筑物橫墻的橫向地震承受能力以及水平剛度的要求?？梢酝ㄟ^合理設(shè)計橫墻間距，來改變建筑物的剛度，橫墻間距應該在建筑物水平剛度的前提下進行調(diào)整，橫墻間距應該隨著水平剛度的大小變化和調(diào)整，避免出現(xiàn)水平剛度小，但橫墻間距大的設(shè)計。在7度抗震設(shè)防的地區(qū)，抗震橫墻最大間距可取到24 m?？偠灾?，在主建筑物的平面設(shè)置中，要力求受力明確、質(zhì)量與剛度的對稱，使得整體簡潔、規(guī)整。同時，主建筑物的豎向布置應該盡可能的與橫向布置結(jié)合起來，盡可能的降低建筑結(jié)構(gòu)的高度和重心，以達到抗震的設(shè)計目的。

2.3 其他土建結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

建筑物主體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計以外，還應該針對建筑物的其他結(jié)構(gòu)比如樓梯間、電纜井、風道等平面設(shè)置進行抗震設(shè)計，進一步提高土建建構(gòu)的抗震性能。首先在平面布置中，樓梯間避免出現(xiàn)在轉(zhuǎn)角處或者是建筑物的盡頭，避免內(nèi)部的空曠結(jié)構(gòu)過多，應采用直板式樓梯，梯板端部應有梯梁如梯段轉(zhuǎn)折處在樓層中間時，應在下層樓面設(shè)梯柱支承梯梁盡可能不要采用折板樓梯的結(jié)構(gòu)形式，以避免在罕遇地震來卻寸梯板折斷阻斷運行維護人員的逃生路線同時。

2.4 室外構(gòu)筑物的抗震設(shè)計

變電站土建結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計十分重要，但是室外構(gòu)筑占到整個變電站組成70%以上，這些室外構(gòu)筑物的抗震設(shè)計也十分重要，雖然目前條件下對于室外構(gòu)筑物整體分析地震作用存在一定的困難和組織，但是變電站在抗震設(shè)計過程中仍需要考慮到他們，通過總結(jié)工作經(jīng)驗和事故分析，吸取教訓，找到相應的預防對策。例如室外構(gòu)筑物設(shè)備支架多、重心較高，應根據(jù)場地情況進行抗震計算，可以將支柱式開關(guān)支架設(shè)計為雙柱，并且通過加設(shè)剪刀斜撐以提高其水平剛度，提高抗震能力。

3.變電站土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化抗震設(shè)計

變電站土建結(jié)構(gòu)的抗震優(yōu)化設(shè)計，需要不斷總結(jié)歷次變電站震害事故以及事故發(fā)生的原因，在基本理論、計算方法、特別是構(gòu)造措施等諸多方面進行變電站抗震設(shè)計優(yōu)化，并建立起變電站內(nèi)建（構(gòu)）筑物以及室外構(gòu)筑物的震害狀況的數(shù)據(jù)庫。通過建立數(shù)據(jù)模型，根據(jù)輸入以往事故所采集到的數(shù)據(jù)，來確定抗震設(shè)計是否達到目的，不斷提高抗震設(shè)計的合理性和準確性。變電站土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化抗震設(shè)計需要加強變電站的抗震安全性能評估以及新型抗震技術(shù)的研究和推廣兩個方面的工作。

3.1變電站的抗震安全性能評估

變電站的抗震安全性能評估對于變電站的土建結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計有著兩重意義，一方面，安全報告能夠一定程度的評估抗震設(shè)計是否合理，另一方面，安全性能評估能夠反映出抗震設(shè)計中存在的問題，促進抗震設(shè)計的進一步優(yōu)化。變電站抗震安全性能包含危險性分析和抗震可靠性鑒定兩個方面，應該從以下幾個方面深入研究。

3.1.1 評估方法改善

以往對于變電站的抗震能力的主要標準是“大震不倒”，一般采用靜力彈塑性分析方法進行分析，但在實際建模過程中，存在許多不確定的人為假想因素，例如地震波強度的選用、計算機模型的選用等，因而使得評估報告的準確性存在一定的局限性。因此，對于變電站的抗震安全的評估方法有待改善和加強。

3.1.2 軟件開發(fā)

目前采用的有限元程序能夠?qū)拐鹦阅苓M行定性的分析，但是無法獲得定量的分析，因此，通過有限元程序評估，只能夠確定變電站的土建結(jié)構(gòu)是否具有一定的抗震能力，但是無法確定抗震能力是多強，對于抗震性能加固的工作起不到預期的作用。因此，對于符合現(xiàn)階段抗震設(shè)計規(guī)范的有限元軟件開發(fā)工作也十分有必要，也是抗震設(shè)計優(yōu)化的新思路之一。

3.2 隔震減震設(shè)計在變電站中的應用研究

隔震、減震設(shè)計是目前變電站土建結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計中較為有作用的兩個新技術(shù)，隔震、減震設(shè)計的目的是為了減輕地面產(chǎn)生劇烈震動時，降低土建結(jié)構(gòu)的地震反應，從而保證上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性狀態(tài)。但是這兩種技術(shù)仍存在一定的技術(shù)缺陷，例如減震技術(shù)的穩(wěn)定性和有效性難移確定，并且減震技術(shù)還需要一定的經(jīng)濟支持。針對這些缺陷，隔震、減震設(shè)計還應該進行深入的研究思考以及實踐，才能進一步的推入市場，起到抗震的優(yōu)化作用。（作者單位：西安國鼎鐵路工程技術(shù)咨詢有限公司）

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