淺談裝配式變電站的土建設(shè)計(jì)

曾琰（中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司　湖南長沙　410000）

淺談裝配式變電站的土建設(shè)計(jì)

曾琰
（中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司湖南長沙410000）

裝配式變電站在一定程度上改變了傳統(tǒng)變電站土建設(shè)計(jì)、施工模式。通過選用全預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)，采取生產(chǎn)預(yù)制及現(xiàn)場(chǎng)裝配安裝來建設(shè)變電站，能夠大大縮短工程設(shè)計(jì)與施工時(shí)間，減少一定的變電站占地面積，節(jié)約土地資源?；诖耍疚脑敿?xì)闡述了裝配式變電站的土建設(shè)計(jì)，為我國電力系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

裝配式變電站；土建設(shè)計(jì)；特點(diǎn)

1　引言

裝配式變電站建設(shè)能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工等方面的需求，并且還能大幅度提高變電站工程施工進(jìn)度與效率。但是現(xiàn)階段，我國在裝配式變電站建設(shè)方面還不是很成熟，有許多部分還存在一些缺陷，因此，必須對(duì)其進(jìn)行深入的研究。

2　裝配式變電站建筑物設(shè)計(jì)

2.1建筑、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)原則

依據(jù)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化要求，為減少構(gòu)件類型，對(duì)建筑柱距、跨度、層高等進(jìn)行合理歸并、統(tǒng)一。建筑設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足電氣專業(yè)設(shè)備布置及使用功能要求的同時(shí)，還應(yīng)滿足建筑模數(shù)協(xié)調(diào)原則，以實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件在不同變電站之間、同站不同建筑之間、同建筑的不同部位之間的通用性和互換性。大量規(guī)格化、定型化構(gòu)件的生產(chǎn)可穩(wěn)定部件生產(chǎn)質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本；通用化構(gòu)件的互換能力，可促進(jìn)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)和構(gòu)件生產(chǎn)水平的提高。

裝配式變電站建筑的設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)建造方式的設(shè)計(jì)，需要在設(shè)計(jì)過程綜合考慮預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)工藝、運(yùn)輸條件、安裝方法、現(xiàn)場(chǎng)條件等因素，必須結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和地區(qū)資源條件才能確定總體的技術(shù)方案，在方案階段，應(yīng)根據(jù)業(yè)主需求、生產(chǎn)、安裝單位的實(shí)際情況進(jìn)行綜合策劃。對(duì)于裝配式變電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除了正常使用階段的結(jié)構(gòu)計(jì)算之外，還需要對(duì)預(yù)制構(gòu)件的脫模、運(yùn)輸、吊裝過程等施工階段進(jìn)行兩階段驗(yàn)算，同時(shí)，對(duì)于施工操作要點(diǎn)及施工順序，也應(yīng)當(dāng)具有詳細(xì)的說明。

在確定裝配式變電站結(jié)構(gòu)方案時(shí)，應(yīng)充分考慮到變電站地址條件，并進(jìn)行站址運(yùn)輸條件、構(gòu)件堆放場(chǎng)地、吊裝場(chǎng)地等條件論證。特別對(duì)于建在市區(qū)或市郊，占地狹小的全戶內(nèi)變電站，由于預(yù)制構(gòu)件尺度大、自重大、安裝作業(yè)面要求寬大，構(gòu)件運(yùn)輸、安裝條件將是變電站結(jié)構(gòu)方案選擇以及構(gòu)件拆分的重要依據(jù)。

在進(jìn)行裝配式變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合變電站結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)；500kV變電站主控通信樓等主要結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)；330kV及以上變電站、220kV及以下電壓等級(jí)重要樞紐變電站的主控通信樓及配電室抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類）。應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)的可靠度，不宜盲目追求太高的預(yù)制化率，不宜采用全裝配式結(jié)構(gòu)，宜采用裝配整體式結(jié)構(gòu)方案，以增加結(jié)構(gòu)的整體剛度，提高結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載的能力和抗震能力。

2.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件拆分原則

對(duì)于被拆分的預(yù)制構(gòu)件，應(yīng)符合模數(shù)協(xié)調(diào)原則，優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件的尺寸，減少預(yù)制構(gòu)件的種類；預(yù)制構(gòu)件的拼接部分應(yīng)當(dāng)設(shè)置在構(gòu)件受力較小的部位；預(yù)制構(gòu)件的連接構(gòu)造應(yīng)簡(jiǎn)單，構(gòu)件傳力路線明確，所形成的結(jié)構(gòu)體系承載能力安全可靠；被拆分的預(yù)制構(gòu)件尺度和自重應(yīng)滿足運(yùn)輸條件和施工吊裝要求，且便于施工安裝和進(jìn)行質(zhì)量控制。

2.3結(jié)構(gòu)體系和材料選擇

對(duì)于裝配式變電站建筑物結(jié)構(gòu)，可采用鋼框架結(jié)構(gòu)和裝配整體式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)方案。

當(dāng)采用鋼框架結(jié)構(gòu)時(shí)，為減少現(xiàn)場(chǎng)焊接，節(jié)點(diǎn)處應(yīng)采用螺檢連接，柱應(yīng)當(dāng)采用帶懸臂梁形式（圖1），為減小柱的運(yùn)輸輪廓尺寸，也可將柱、懸臂梁分開制作柱腳剛接、柱梁剛接、梁梁較接、樓（屋）面板現(xiàn)澆的裝配整體式方案，為減少樓（屋）面現(xiàn)澆板的腳手架和模板搭設(shè)現(xiàn)場(chǎng)工作量、各層平行施工作業(yè)、加快施工進(jìn)度、提高裝配化率，應(yīng)當(dāng)采用壓型鋼板作底模的組合樓板，當(dāng)樓板跨度較大時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用帶鋼筋析架的壓型鋼板作底模的組合樓板樓（屋）面現(xiàn)澆板與鋼梁之間應(yīng)設(shè)置杭剪連接件，鋼梁計(jì)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮成樓（屋）板參與共同工作的鋼—混凝土組合梁，以降低鋼梁的截面降低工程造價(jià)。

圖1　鋼柱

當(dāng)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用柱腳剛接、梁柱剛接、主次梁剛接、樓（屋）面板半預(yù)制半現(xiàn)澆的裝配整體式疊合樓（屋）蓋方案，為減少樓（屋）面現(xiàn)澆板的腳手架和模板搭設(shè)現(xiàn)場(chǎng)工作量、各層平行施工作業(yè)、加快施工進(jìn)度、提高裝配化率，梁板預(yù)制部分施工階段結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，應(yīng)按照不設(shè)置臨時(shí)支撐方案設(shè)計(jì)，當(dāng)樓板跨度較大時(shí)，樓板預(yù)制部分應(yīng)當(dāng)采用帶鋼筋桁架的預(yù)制板。疊合梁的預(yù)制部分表面應(yīng)做成凹凸大于6mm的粗糙面，疊合板的預(yù)制部分表面應(yīng)做成大于4mm的粗糙面。為加強(qiáng)預(yù)制柱、梁的整體連接，在柱、梁節(jié)點(diǎn)區(qū)，應(yīng)當(dāng)采用鋼纖維混凝土澆筑。為增加建構(gòu)的水平剛度，疊合板的預(yù)制部分厚度不宜小于60mm，疊合層厚度不應(yīng)小于60mm，板縫、梁板交接部位應(yīng)設(shè)置連接鋼筋同時(shí)，疊合樓（屋）蓋的預(yù)制構(gòu)件應(yīng)特別注重施工階段的驗(yàn)算。對(duì)于建筑物維護(hù)墻體材料的選擇，傳統(tǒng)的小砌塊不能夠滿足裝配式變電站的建設(shè)需要，可供選擇的有壓型鋼板、蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土墻板（ALC板）等，由于壓型鋼板自身耐久性和防欠性能差的缺點(diǎn)，例如220kV敞開式變電站的10kV配電室、110kV敞開式變電站的綜合樓靠主變側(cè)，一般采用壓型鋼板，防火等級(jí)不滿足要求因此，建筑物維護(hù)墻體材料推薦采用加氣混凝土預(yù)制墻板（ALC板）。

2.4造價(jià)比較

根據(jù)方案比較發(fā)現(xiàn)，鋼框架結(jié)構(gòu)較常規(guī)變電站造價(jià)高出25%左右，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)較常規(guī)變電站造價(jià)高出10%左右。鋼筋混凝土裝配式結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑中應(yīng)用較少，工程造價(jià)是根據(jù)定額和小型構(gòu)件廠詢價(jià)確定，目前如應(yīng)用于實(shí)際工程，可能會(huì)因?yàn)轭A(yù)制構(gòu)件供小于求，自制模板、人工等攤銷量較大等原因，造價(jià)可能高出鋼結(jié)構(gòu)方案，甚至?xí)摺?/p>

由于鋼結(jié)構(gòu)防腐、防欠性能差，使用階段需要維護(hù)而影響變電站運(yùn)行等缺點(diǎn)，常規(guī)戶外變電站鋼筋混凝土裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺度小、自重輕，運(yùn)偷安裝難度不大，鋼筋混凝土構(gòu)件耐久性、防腐、防欠性能優(yōu)越，隨著裝配式結(jié)構(gòu)的推廣，工業(yè)化水平的提高，成本將逐漸降低，并最終低于傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)因此，戶外變電站采用鋼筋混凝土裝配式結(jié)構(gòu)將更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、適用。

3　裝配式構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

3.1構(gòu)、支架設(shè)計(jì)

構(gòu)、支架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式與傳統(tǒng)變電站相同，對(duì)于220kV以上的變電站構(gòu)架柱，一般選用圓形或是多邊形鋼管構(gòu)成的鋼結(jié)構(gòu)；對(duì)于構(gòu)架橫梁，則采用等比邊角鋼或者是以鋼管為主要材料而構(gòu)成的三角形斷面鋼結(jié)構(gòu)。同時(shí)，對(duì)于110kV以下的變電站構(gòu)架柱，則應(yīng)當(dāng)選用混凝土等徑環(huán)形桿；對(duì)于其構(gòu)架橫梁，則應(yīng)當(dāng)選用以等邊角鋼為主要材料構(gòu)成的三角形斷面焊接鋼結(jié)構(gòu)。對(duì)于構(gòu)、支架基礎(chǔ)，均選用重力式混凝土杯形基礎(chǔ)。

此外，對(duì)于主要設(shè)計(jì)，具體如下：構(gòu)件接頭均采用螺栓連接，以此來避免工程現(xiàn)場(chǎng)火情的發(fā)生，并且避免對(duì)防腐層造成損害，或是使其出現(xiàn)色差，有利于文明建設(shè)。對(duì)于變電站鋼結(jié)構(gòu)防銹防腐設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)選用“冷噴鋅+面漆”的防腐工藝進(jìn)行，有利于環(huán)境保護(hù)。

3.2裝配式圍墻、防火墻設(shè)計(jì)

預(yù)制式圍墻一般由墻板、壓頂、鋼筋混凝土預(yù)制式立柱、柱帽構(gòu)成。其中，圍墻立柱、墻板壓頂、柱帽全部選用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)工廠化，并且按照清水混凝土施工工藝生產(chǎn)的預(yù)制件，墻體則選用工廠預(yù)制加工的成品蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土墻板，也就是所謂的ALC板。同時(shí)，對(duì)于變電站頂部的一塊ALC板，應(yīng)當(dāng)選用預(yù)制混凝土梁壓頂。此外，在進(jìn)行安裝操作時(shí)，需要將預(yù)制件插入圍墻立柱的預(yù)留凹槽中，并采用ALC嵌縫劑處理板縫，然后還要對(duì)其涂抹一道丙乳密封液，以及涂刷一道護(hù)防水膩?zhàn)印傻劳鈮Ψ浪畯椥酝苛?。?duì)于裝配式防火墻設(shè)計(jì)，與圍墻設(shè)計(jì)基本相同。

3.3裝配式電纜溝設(shè)計(jì)

預(yù)制式電纜溝一般由鋼筋混凝土預(yù)制式電纜溝單體、溝蓋板構(gòu)成，同時(shí)，電纜溝單體及溝蓋板統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)工廠化生產(chǎn)的鋼筋混凝土預(yù)制段。對(duì)于電纜溝預(yù)制長度，也要考慮其能夠便于運(yùn)輸、安裝，且還需要將每段的自重控制在1500kg以內(nèi)。為了給現(xiàn)場(chǎng)安裝提供便利，并確保滿足防水需求，需要在電纜溝單體的一端U形端面上設(shè)置凸緣，另一個(gè)端面設(shè)置相對(duì)應(yīng)的凹槽，連接時(shí)，需要使得凹凸槽完全吻合，對(duì)于兩者之間存在的縫隙，應(yīng)當(dāng)采用密封膠進(jìn)行密封。

此外，還需在預(yù)埋在溝壁的扁鋼上焊接電纜支架，并在每一個(gè)電纜溝的單體底部開設(shè)匯水溝槽，有利于增強(qiáng)溝底的排水能力，減少積水。電纜溝單體底面由兩側(cè)壁垂直于中間匯水溝槽方向，在工廠預(yù)制時(shí)設(shè)置為斜面。圖2為電纜溝（單側(cè)支架）示意圖。

圖2　電纜溝（單側(cè)支架）

4　裝配式變電站建筑裝飾及設(shè)備管線的集成化設(shè)計(jì)

當(dāng)特定的工廠在進(jìn)行變電站墻板的預(yù)制時(shí)，可有效結(jié)合保溫、基層墻板、裝飾層，形成一集保溫與裝飾的一體板，此板材的外表面也用于各種類型的仿石材、仿面磚的圖案、機(jī)理的制作，內(nèi)表面則可用于各種內(nèi)飾涂料的制作。但在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，嚴(yán)禁濕作業(yè)，只需要直接將其安裝在墻上就可以了，有利于環(huán)保、節(jié)能。

在進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)其與電氣、暖通等專業(yè)的有效結(jié)合進(jìn)行全面的考慮，并預(yù)先做好加工圖的設(shè)計(jì)工作，例如電氣專業(yè)的開關(guān)、動(dòng)力箱等。在進(jìn)行土建排板操作時(shí)，還需確保其能夠符合電氣等專業(yè)的需求，然后將專用的板材設(shè)置在相應(yīng)的部位，例如插座板等，最后在統(tǒng)計(jì)好各種專用板具體種類與實(shí)際數(shù)量之后，進(jìn)行訂貨。當(dāng)這些材料都到貨之后，可以直接安裝，無需多余的操作。

5　結(jié)語

總而言之，近年來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了建筑行業(yè)的發(fā)展，在此情況下，裝配式變電站也獲得了進(jìn)一步發(fā)展，但雖然其已進(jìn)入探索階段，但依舊存在一些問題亟待解決，例如技術(shù)規(guī)范的缺失、專業(yè)性人才的缺失等，這些都對(duì)裝配式變電站建設(shè)的發(fā)展造成了一定的影響與阻礙，因此，必須不斷探索相對(duì)應(yīng)的解決措施，推動(dòng)我國建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

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TU271

A

1673-0038（2015）51-0098-02

2015-12-5

曾琰（1969-），女，工程師，主要從事變電站土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等工作。