裝配式結(jié)構(gòu)在換流站中的應(yīng)用分析

趙李源ZHAO Li-yuan；賈怡良JIA Yi-liang；周嘉意ZHOU Jia-yi；楊經(jīng)琴YANG Jing-qin

（中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，武漢 430071）

1 工程概況

換流站建筑物包括：閥廳、控制樓、500kV GIS 室、站用電室、繼電器室、CAFS 設(shè)備間、CAFS 選擇閥室、檢修備品庫(kù)、備用平波電抗器室、專用品庫(kù)、綜合水泵房及公用配電室、綜合樓、消防執(zhí)勤樓、警傳室、雨淋閥室、消防小室等。表1 為主要建筑物基本情況表。

表1 主要建筑物基本情況表

2 裝配式結(jié)構(gòu)概述

受端換流站內(nèi)建筑物目前可供選擇的裝配式結(jié)構(gòu)體系主要有兩種：鋼結(jié)構(gòu)和裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。下面分別分析兩種裝配式結(jié)構(gòu)體系在換流站內(nèi)的適用性和特點(diǎn)。

2.1 裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，由預(yù)制梁柱以及樓（屋）面板共同組成結(jié)構(gòu)的主要橫縱向承重體系，所有的構(gòu)件均在預(yù)制廠內(nèi)由流水線制作完成后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)組裝。預(yù)制構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)采用現(xiàn)澆或剪力鍵等連接方式，以保證結(jié)構(gòu)的整體性。外墻可采用預(yù)制鋼筋混凝土墻板等，內(nèi)墻可采用預(yù)制混凝土墻板或輕質(zhì)隔墻等。站內(nèi)主要建筑物采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)如表2 所示。

表2 裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)

2.2 鋼結(jié)構(gòu)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系的承重結(jié)構(gòu)主要由鋼柱和鋼梁組成，梁柱鉸接，內(nèi)部柱為軸心受壓柱，外側(cè)柱之間設(shè)置柱間支撐承受水平荷載。圍護(hù)結(jié)構(gòu)中外墻采用復(fù)合壓型鋼板加保溫棉，內(nèi)部隔墻采用輕質(zhì)隔墻。樓面結(jié)構(gòu)采用以壓型鋼板為底模的鋼梁現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板，屋面用以壓型鋼板為底模的鋼梁現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板，也可采用壓型鋼板屋面。站內(nèi)主要建筑物采用鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)如表3 所示。

表3 鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)

3 建筑物

3.1 閥廳

閥廳可采用裝配式鋼-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，縱墻側(cè)采用預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)，閥廳縱墻與換流變間防火墻相交處布置預(yù)制柱，柱頂布置縱向預(yù)制梁用以支撐屋架結(jié)構(gòu)，柱間設(shè)置防火墻板，預(yù)制柱、梁共同作用形成閥廳縱向受力體系；換流變間防火墻同樣采用預(yù)制柱，柱間設(shè)置防火墻板，防火墻預(yù)制柱與鋼柱和鋼屋架共同作用形成閥廳橫向受力體系。

預(yù)制柱節(jié)點(diǎn)采用套筒灌漿節(jié)點(diǎn)，梁柱節(jié)點(diǎn)采用干式連接節(jié)點(diǎn)，柱與基礎(chǔ)采用杯口插入式連接。

圖1 裝配式鋼-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)閥廳

閥廳采用裝配式鋼-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與以往的鋼-鋼筋混凝土剪力墻混合結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)比較如表4 所示。

表4 閥廳方案經(jīng)濟(jì)比較表

表5 不同結(jié)構(gòu)型式防火墻施工周期比較

3.2 控制樓

控制樓可選用的裝配式方案主要有裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼框架結(jié)構(gòu)。兩種裝配式方案與傳統(tǒng)現(xiàn)澆方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較如表6 所示。

圖2 裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)控制樓

表6 控制樓方案經(jīng)濟(jì)比較表

3.3 500kV GIS 室、檢修備品庫(kù)和備用平抗室

500kV GIS 室和檢修備品庫(kù)的功能需求和受力特點(diǎn)相似，因此均采用門式剛架結(jié)構(gòu)體系，屋面采用有檁屋蓋體系，復(fù)合壓型鋼板四周圍護(hù)。門式剛架為一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系，它具有跨度大、受力簡(jiǎn)單、傳力路徑明確等特點(diǎn)，此外它還具備鋼結(jié)構(gòu)最基本的輕質(zhì)高強(qiáng)、高延性、連接方便等特點(diǎn)，能夠較好滿足戶內(nèi)大型GIS 設(shè)備安全運(yùn)行環(huán)境要求。

鑒于備用平抗室的可拆卸要求，可采用鋼框架結(jié)構(gòu)，屋蓋結(jié)構(gòu)采用活動(dòng)屋蓋結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由H 型鋼梁、檁條和屋蓋支撐等構(gòu)件組成；墻面結(jié)構(gòu)采用有檁墻面結(jié)構(gòu)體系，墻面和屋面材料采用復(fù)合壓型鋼板。

3.4 站內(nèi)其他建筑物

根據(jù)控制樓的結(jié)構(gòu)選型經(jīng)驗(yàn)，繼電器室、站用電室、綜合樓、消防執(zhí)勤樓、綜合水泵房、專用品庫(kù)、警傳室、CAFS設(shè)備間和CAFS 選擇閥室、雨淋閥室和消防小室等建筑物均可采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼框架結(jié)構(gòu)，具體技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表7 所示。

表7 控制樓方案經(jīng)濟(jì)比較表

3.5 小結(jié)

通過以上分析可知，采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)后，換流站內(nèi)的主要建筑物造價(jià)相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)提高約20%～50%不等，但是工期大大縮短。

考慮不同裝配式結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合換流站內(nèi)不同建筑物的特點(diǎn)，不同建筑物的裝配式結(jié)構(gòu)型式推薦如下：

①交通運(yùn)輸條件便利，混凝土預(yù)制構(gòu)件廠家較多的東部區(qū)域如江浙滬等，推薦換流站內(nèi)主要建筑物均可采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

②交通運(yùn)輸條件復(fù)雜，混凝土預(yù)制構(gòu)件廠家較少，現(xiàn)場(chǎng)施工條件惡劣的西部地區(qū)如西藏等，推薦換流站內(nèi)主要建筑物采用鋼結(jié)構(gòu)。

微網(wǎng)站基于移動(dòng)互聯(lián)而生，簡(jiǎn)單來說，微網(wǎng)站即為植入于微信公眾平臺(tái)的微型網(wǎng)站，其具備網(wǎng)站的一般功能和結(jié)構(gòu)，能夠兼容多種系統(tǒng)，能方便地與各應(yīng)用實(shí)現(xiàn)鏈接跳轉(zhuǎn)，具有移動(dòng)端特有的靈活性及富交互性。

③對(duì)于綜合樓及消防執(zhí)勤樓等長(zhǎng)期有人活動(dòng)的建筑物，考慮到居住舒適性等問題，不推薦采用鋼結(jié)構(gòu)。

4 構(gòu)筑物

4.1 構(gòu)支架

①交流場(chǎng)和交流濾波器場(chǎng)構(gòu)架均可采用鋼管結(jié)構(gòu)，構(gòu)架柱采用A 型直縫焊接圓形鋼管柱，構(gòu)架橫梁采用三角形變斷面格構(gòu)式鋼梁，梁柱鉸接。柱、鋼梁弦桿拼接接頭采用法蘭連接，鋼梁腹桿采用螺栓連接。構(gòu)架橫梁采用三角形變斷面格構(gòu)式鋼梁，鋼梁弦桿采用熱軋無縫鋼管，腹桿采用角鋼，腹桿和弦桿之間采用螺栓連接。

②直流場(chǎng)極線出線塔架和換流變進(jìn)線塔架等均可采用矩形變截面格構(gòu)式塔架，鋼管弦桿、角鋼腹桿、節(jié)點(diǎn)采用螺栓連接。

③設(shè)備支架根據(jù)設(shè)備高度、荷載大小的不同采用兩種結(jié)構(gòu)型式：1）對(duì)于高度較低和荷載較小的設(shè)備支架，采用直縫焊接圓形鋼管，以保證與構(gòu)架柱協(xié)調(diào)統(tǒng)一；2）對(duì)于高度較高和荷載較大的設(shè)備支架，為保證設(shè)備支架的剛度和抗震能力，采用錐形鋼管格構(gòu)式結(jié)構(gòu)。

4.2 小型預(yù)制構(gòu)件

標(biāo)準(zhǔn)化小型預(yù)制構(gòu)件主要包括小型預(yù)制基礎(chǔ)（燈具基礎(chǔ)、各類箱（柜）體基礎(chǔ)等）、預(yù)制水工構(gòu)件（雨水井、檢查井的井蓋、排水溝明蓋板等）和預(yù)制構(gòu)筑物構(gòu)件（混凝土散水、電纜溝蓋板、油坑格柵等），均推薦采用預(yù)制混凝土型式，連接形式采用地腳螺栓連接，方便后期維護(hù)。

圖3 預(yù)制箱（柜）體基礎(chǔ)和散水

4.3 裝配式圍墻

裝配式圍墻結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，構(gòu)件工廠加工，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，施工綠色環(huán)保，其耐久性好、外觀顏色統(tǒng)一、后期維護(hù)成本較低，裝配化技術(shù)已廣泛使用于特高壓換流站工程中。

圖4 裝配式圍墻

4.4 溝道

與現(xiàn)澆混凝土溝道相比，裝配式溝道可根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸要求制模，進(jìn)行工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，綠色環(huán)保、低能耗、低碳排放，且質(zhì)量易于保證，施工階段采用機(jī)械化安裝，工期短，同時(shí)免去大量支、拆模板的手工勞動(dòng)，可以有效降低現(xiàn)場(chǎng)工作量和施工周期。目前常用的裝配式溝道有鋼筋混凝土裝配式溝道及UCFC（高強(qiáng)無機(jī)高性能纖維）裝配式溝道兩種。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，無機(jī)高性能溝道性能最優(yōu)，但其造價(jià)較高。

4.5 預(yù)制路沿石

預(yù)制路沿石其具有規(guī)格統(tǒng)一、施工安裝方便，適用多種路面型式和轉(zhuǎn)彎半徑的優(yōu)點(diǎn)，已在換流站及變電站中廣泛應(yīng)用，推薦換流站路沿石均采用預(yù)制沿石。

圖5 鋼筋混凝土裝配式電纜溝（左）和UCFC 裝配式電纜溝

圖6 預(yù)制路沿石

4.6 小結(jié)

換流站內(nèi)的主要構(gòu)筑物均可采用裝配式結(jié)構(gòu)，一方面縮短換流站土建施工周期，減少了施工現(xiàn)場(chǎng)的原材料、大型機(jī)械以及人工投入；另一方面提高構(gòu)件質(zhì)量，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)壽命，降低了換流站后期運(yùn)行維護(hù)成本。

5 結(jié)語

在換流站內(nèi)推廣裝配式結(jié)構(gòu)，提高換流站建（構(gòu)）筑物的裝配式率，具備以下優(yōu)勢(shì)：

①利用裝配式的優(yōu)勢(shì)，大大縮短施工周期；

②減少了施工現(xiàn)場(chǎng)的原材料、大型機(jī)械以及人工投入，降低現(xiàn)場(chǎng)管理成本；

③減少建筑垃圾排放，降低對(duì)周邊環(huán)境的影響，施工現(xiàn)場(chǎng)的噪聲、煙塵污染更小，契合了建設(shè)資源友好型和環(huán)境節(jié)約型社會(huì)的要求；

④減少材料和能源的消耗，節(jié)約能源，減少碳排放；

⑤裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件成品質(zhì)量高于現(xiàn)場(chǎng)澆筑，同時(shí)亦可減少現(xiàn)場(chǎng)工人的工作時(shí)間和復(fù)雜程度，有利于降低工程的施工風(fēng)險(xiǎn)，提供工程質(zhì)量，降低后期維護(hù)成本。