變電站建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的問題分析

劉義娟（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司　湖南長(zhǎng)沙　410000）

變電站建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的問題分析

劉義娟
（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司湖南長(zhǎng)沙410000）

變電站運(yùn)行系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，內(nèi)部還有較多的大型電力運(yùn)行設(shè)備，總體建筑面積也相對(duì)較大。一旦發(fā)生地震災(zāi)害，極容易引發(fā)巨大的損失與災(zāi)害，做好變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)具有重要的意義。本文簡(jiǎn)單介紹了地震災(zāi)害對(duì)變電站結(jié)構(gòu)抗震理論設(shè)計(jì)，并對(duì)變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

變電站結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；問題

1　引言

現(xiàn)階段，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得人們對(duì)電力的需求逐漸增多，基于此，不斷提高電力運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性具有非常重要的意義。變電站的穩(wěn)定是確保電力運(yùn)行穩(wěn)定性的重要基礎(chǔ)，因此，必須對(duì)變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)問題進(jìn)行深入的分析。

2　變電站建筑結(jié)構(gòu)抗震理論設(shè)計(jì)2.1建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)置

對(duì)于變電站建筑結(jié)構(gòu)體系的設(shè)置，應(yīng)當(dāng)將橫墻承重的結(jié)構(gòu)體系作為首選結(jié)構(gòu)體系。一般情況下，變電站建筑中，配電室的長(zhǎng)度要求較高，所以只需要較少的橫墻，這樣一來，就需要重點(diǎn)考慮變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。在變電站結(jié)構(gòu)建設(shè)過程中，一般采用框架結(jié)構(gòu)，這樣一來，就不需要將墻體作為承重墻來使用，只需要布置填充墻，進(jìn)而較好的滿足變電站結(jié)構(gòu)抗震要求。對(duì)于變電站中相同建筑的結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)選用一樣的結(jié)構(gòu)類型，嚴(yán)禁選用“混雜”的結(jié)構(gòu)類型。

除此之外，在變電站中的配電室與其它附屬建筑是建設(shè)在一起的，但兩者的實(shí)際層高還是存在一些差異的，配電室層高通常為4.5m，但其附屬建筑的層高大約為3m，有些建設(shè)單位為了節(jié)省成本與費(fèi)用，會(huì)建議選用不同的結(jié)構(gòu)類型，這對(duì)變電站結(jié)構(gòu)的抗震效能造成威脅，此種情況應(yīng)當(dāng)說服業(yè)主選用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，保證建筑物的抗震性能。

2.2變電站建筑平面、立面布置

對(duì)于變電站建筑的平面布置，應(yīng)當(dāng)遵循對(duì)稱、規(guī)則的原則，保證整體穩(wěn)定性。同時(shí)，對(duì)于變電站建筑立面、剖面，需保證其協(xié)調(diào)與規(guī)則，且結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度要能夠均勻的變化，不會(huì)發(fā)生突變情況。變電站墻體豎向布置，應(yīng)當(dāng)要上下連續(xù)，以此來避免發(fā)生剛度突變情況。對(duì)于變電站建筑墻體、柱等的截面、材料強(qiáng)度等級(jí)，應(yīng)當(dāng)自上而下逐漸變小或是不發(fā)生變化，嚴(yán)禁倒置剛度。

此外，建筑物平面布置一般會(huì)受到各功能要求以及場(chǎng)地的阻礙或是影響，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)一些不規(guī)則的情況。在此情況下，為了更好的滿足抗震需求，可以在不規(guī)則部位布置變形縫，這樣一來，就能夠?qū)⒉灰?guī)則的建筑劃分成多個(gè)規(guī)則的單元，進(jìn)而更好的滿足變電站結(jié)構(gòu)抗震要求。

在進(jìn)行立面布置時(shí)，需要對(duì)其上下墻體的實(shí)際剛度進(jìn)行全面的考慮，避免剛度突變情況的出現(xiàn)。當(dāng)變電站受到各功能要求的限制時(shí)，建筑層高變化會(huì)較大，且墻體不連續(xù)，在此情況下，要想滿足變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要求，就要在層高層間加設(shè)層間梁，并且在不連續(xù)的墻體部位加大梁、柱的截面，確保上下剛度的一致性，不存在剛度突變現(xiàn)象，使得建筑的布置更加的合理。

3　變電站建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

一般來說，生產(chǎn)性建筑物是變電站最重要的建筑物，是變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要部分。對(duì)于常規(guī)的變電站的生產(chǎn)性建筑物，通常有變壓器室、電纜間、主控室以及配電裝配室等，這些建筑一般具備層高較大、橫墻較少及跨度較大的特征。對(duì)于變電站生產(chǎn)性建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，總體可概括為以下幾點(diǎn)：

3.1選用對(duì)抗震有利的結(jié)構(gòu)方案

我國(guó)是一個(gè)幅員遼闊的國(guó)家，而每個(gè)地區(qū)的情況也是大不相同的，所以，每個(gè)地區(qū)所發(fā)生的地震災(zāi)害的等級(jí)、頻率等也是存在一定的差異的?；诖耍瑢?duì)于變電站結(jié)構(gòu)抗震指標(biāo)的確定，應(yīng)當(dāng)依據(jù)當(dāng)?shù)氐卣馂?zāi)害發(fā)生的具體頻率來進(jìn)行，并盡可能的選用一些有利于解決或是緩解抗震帶來的危害的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。例如：在地震烈度為7度的地區(qū)，變電站的建筑物若采用砌體結(jié)構(gòu)時(shí)，房屋高度宜控制在21m范圍內(nèi)，且其層高也要控制在3m的范圍以內(nèi)；對(duì)于變電站的建筑物因內(nèi)部布置較多設(shè)備，橫墻往往較少，此種情況下房屋總高度應(yīng)控制在18m內(nèi)，或選用框架型結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要盡可能的確保建筑物層高的一致性，以此來確保變電站建筑物各個(gè)部分結(jié)構(gòu)剛度相一致。

3.2合理的平面布置

在進(jìn)行變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量選用合理的平面布置?，F(xiàn)階段，當(dāng)變電站發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，因變電站建筑物的橫向地震承載力以及水平剛度無法達(dá)到相應(yīng)的要求，導(dǎo)致整個(gè)建筑物發(fā)生倒塌的現(xiàn)象出現(xiàn)，進(jìn)而給變電站帶來巨大的損失。因此，在進(jìn)行變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)建筑物的橫向地震承受能力以及水平剛度的要求進(jìn)行合理的提高。對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)，一般情況下，通過對(duì)變電站建筑物的橫墻間距進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，可以對(duì)建筑物的剛度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，但在調(diào)整橫墻間距時(shí)，需要確保建筑物的水平剛度能夠滿足相應(yīng)要求。對(duì)于橫墻間距的最大間距，需要依據(jù)不同的情況確定。例如：在7度抗震設(shè)防地區(qū)，此時(shí)的抗震橫墻最大間距可取24m。

總之，在進(jìn)行變電站主要建筑物的平面設(shè)置時(shí)，需要確保其受力的明確，質(zhì)量與剛度的對(duì)稱性，以此來保持建筑物整體的規(guī)整。此外，在進(jìn)行變電站主建筑物的豎向布置時(shí)，需要將其有效結(jié)合橫向布置，盡量降低建筑結(jié)構(gòu)高度、中心，確保變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。

3.3結(jié)構(gòu)抗震薄弱部位設(shè)計(jì)

在進(jìn)行變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要做好建筑物主體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)工作，還要做好樓梯間、風(fēng)道等平面設(shè)置，提升變電站結(jié)構(gòu)抗震性。主要操作步驟如下：①在進(jìn)行平面布置時(shí)，避免在轉(zhuǎn)角部位或是建筑物的盡頭處設(shè)置樓梯間。②盡量選用現(xiàn)澆板式或梁式樓梯，避免內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空曠，還應(yīng)當(dāng)在樓板端部位置處設(shè)置梯梁。③當(dāng)梯段轉(zhuǎn)折處在樓層的中間位置時(shí)，應(yīng)當(dāng)在下層樓面設(shè)置梯柱支承梯梁，并盡量不要選用折板樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，避免在遇到地震災(zāi)害時(shí)發(fā)生梯板折斷的情況，進(jìn)而阻斷維護(hù)人員的逃生路線。

3.4建筑物抗震構(gòu)造措施

建筑物的抗震設(shè)計(jì)除主體結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足抗震要求外，還應(yīng)根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)體系采取相應(yīng)的構(gòu)造措施來加強(qiáng)建筑物的整體性。在變電站的建筑物中最常見的結(jié)構(gòu)形式為砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，對(duì)框架結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)選擇合理的柱、梁截面尺寸，配筋率不要過小，也不宜過大，梁、柱箍筋在端部均應(yīng)加密，箍筋搭接端做135°彎鉤等構(gòu)造措施；對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)體系房屋，應(yīng)采取設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)造柱和圈梁、加強(qiáng)樓、屋面板與墻體的連接薄弱部位墻體設(shè)置鋼筋網(wǎng)片等構(gòu)造措施。

4　變電站結(jié)構(gòu)優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)

對(duì)于變電站結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要通過對(duì)以往變電站發(fā)生的地震事故及其發(fā)生的原因進(jìn)行多方面的研究與分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，將其用于優(yōu)化變電站抗震設(shè)計(jì)，并建立變電站建筑物、室外構(gòu)筑物地震災(zāi)害情況數(shù)據(jù)庫(kù)。通過數(shù)據(jù)模型的建立，并將采集到的關(guān)于之前事故有關(guān)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)模型，可確定變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是否能夠滿足相關(guān)要求，進(jìn)而不斷提升變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)合理性、準(zhǔn)確性。除此之外，在進(jìn)行變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，還要不斷增強(qiáng)對(duì)變電站結(jié)構(gòu)抗震安全性評(píng)估、新型抗震技術(shù)的研究與推廣的力度。

4.1變電站的抗震安全性能評(píng)估

4.1.1不斷改善、優(yōu)化評(píng)估方法

長(zhǎng)期以來，變電站抗震能力標(biāo)準(zhǔn)主要是“大震不倒”，通常采用靜力彈塑性分析法進(jìn)行變電站抗震安全性能的評(píng)估，但在建模過程中，依舊出現(xiàn)了許多具有不確定性的人為假想因素，例如地震波強(qiáng)度的選用、計(jì)算機(jī)模型的選用等，這些因素的普遍存在限制了評(píng)估報(bào)告的準(zhǔn)確性。因此，需要不斷改善變電站抗震安全評(píng)估方法。

4.1.2軟件開發(fā)

就目前我國(guó)變電站現(xiàn)狀來看，其通常采用有限元程序來對(duì)變電站的抗震性能進(jìn)行定性分析，但此方法無法進(jìn)行定量分析。由此可知，采用有限元程度對(duì)變電站抗震安全性能進(jìn)行評(píng)估，僅能夠知道變電站結(jié)構(gòu)是否具備抗震性能，但不能知道其實(shí)際抗震能力，也無法為變電站抗震性能的加固操作提供一些幫助。基于此，必須加強(qiáng)對(duì)目前抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的有限元軟件的研究與開發(fā)，確保變電站抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的順利進(jìn)行。

4.2隔震、減震設(shè)計(jì)在變電站中的應(yīng)用

近幾年來，在我國(guó)在結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，隔震、減震設(shè)計(jì)是兩項(xiàng)較為有用的新技術(shù)。其中，隔震設(shè)計(jì)流程如圖1所示。隔震、抗震設(shè)計(jì)主要是為了降低地面的劇烈震動(dòng)，進(jìn)而降低變電站結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，確保其上部結(jié)構(gòu)始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。但隔震、減震設(shè)計(jì)依舊存在一些技術(shù)問題，例如無法確保減震技術(shù)的穩(wěn)定性、有效性，并且，要想應(yīng)用減震技術(shù)，還需要提供一定程度的經(jīng)濟(jì)支持?；诖?，必須不斷增強(qiáng)對(duì)隔震、減震技術(shù)的研究與探討，使其充分發(fā)揮抗震優(yōu)化作用。

圖1　隔震設(shè)計(jì)流程圖

5　結(jié)語(yǔ)

總而言之，電是確保經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾A(chǔ)，變電站是連接電廠和所有用電終端的介質(zhì)，因此，為了提高用電可靠性，必須保證變電站能夠安全的、穩(wěn)定的運(yùn)行，這就要求對(duì)變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)給予高度的關(guān)注與重視，確保電力安全供應(yīng)。

[1]蒙坤安.淺談變電站主控樓結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].赤子，2014（01）：264.

[2]吳繼宗，孟健，馮向.高地震烈度地區(qū)企業(yè)變電站抗震設(shè)計(jì)分析[J].煤炭工程，2011（11）：25～26.

[3]許永安.淺談變電站土建設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題[J].山西建筑，2011（37）：7～9.

TM63

A

1673-0038（2015）51-0052-02

2015-11-18

劉義娟（1964-），女，高級(jí)工程師，本科，主要從事變電站土建結(jié)構(gòu)總圖設(shè)計(jì)等工作。