变电站装配式钢结构优化设计叶龙

变电站装配式钢结构优化设计叶龙

叶龙

（四川电力设计咨询有限责任公司四川成都610000）

摘要：随着国家住房和建设部相关文件的不断发布，建设产业化势在必行。装配式建筑是建筑产业化的代表，其在施工周期、能耗、产品质量等方面的优势是普通建筑无法比拟的。论文主要针对装配式建筑结构设计在国内变电站建设中的应用展开讨论，以提高电网供电水平。

关键词：变电站；装配式钢结构；优化设计

1.引言

在我国的建筑工业化中，其中最具有代表性的就是装配式建筑，并取得了十分显著成绩。应用装配式建筑进行施工，能够最大限度降低环境污染，使工程质量能够大幅上升，从而有效减少能源消耗，使施工周期大幅缩短，相比普通建筑有着无可比拟的优势。因此，我国现在有很多的变电站建设施工中应用装配式建筑，并取得了十分显著的成果。由此可见，在将装配式钢结构建筑应用在变电站之中，可行性较强。

2.装配式变电站概述

2.1装配式变电站的定义

当前，国家电网公司为了满足工业对电力负荷的需求，一直致力于提升电网供电能力，提出要建设完善的供电体系。在这种大背景下，各种电压等级的智能变电站应运而生，各地区的变电站建设规模也逐年扩大。装配式变电站通常是由先进、可靠、环保的智能模块化单元组成的集成式变电站，能够将数字化、网络化、标准化集为一体，并将高质量高水平视为技术标杆，能够自主完成信息采集和测量等工作职能。相较于传统意义上的变电站，装配式变电站具有节约占地面积、节省施工周期、降低施工成本、保护生态环境等优点。

2.2装配式变电站的优势

（1）有效减少施工时间，

变电站越早完成建设，就能够越早的投入使用，而传统的建筑施工模式不仅工期长，而且还经常会出现延误工期的问题。而采用装配式钢结构建筑，只需要将在工厂预制完成构件，在施工现场进行组装之后，就可以完成施工，这样就可以有效的缩短工期。有研究资料显示，相同规模的常规变电站工期相比装配式钢结构建筑要多出20%到40%左右，所以应用装配式钢结构建筑有着十分明显的工期优势。

（2）有效减少环境污染

因为装配式钢结构建筑的预制构件是在工厂中进行大规模的生产，这就能够有效减少比如模板等各种周转材料的消耗。并且，预制构件能够在生产环节就完成预埋管线安装，还可以提前完成装饰工程策划准备，这样就大幅减少了各种物资以及施工工序的损耗。并且，相比传统的施工方式，装配式钢结构建筑在施工中也不会造成很大的噪音，粉尘以及污水的污染也大幅度降低，有着很强的环保性。

（3）有效减少建筑成本

因为现如今我国没有大规模的应用装配式建筑，这就使的建筑的前期成本比较难以被摊薄，造成其造价比较高。但是，由于变电站往往会建立在一些地势比较恶劣的地方，这就会增大各种建筑材料的运输费用，还需要使用到各种大型机械，现场施工人员也很多。而采用装配式钢结构建筑进行施工，不需要使用到各种大型机械，也不需要很多的现场施工人员，这就减少了机械以及人工的成本，相比传统的建筑方式，装配式钢结构建筑的造价要少10%到30%左右。

3.变电站应用钢结构装配式建筑的选型

3.1预制钢筋混凝土装配式建筑

预制钢筋混凝土装配式建筑，这种建筑的板、梁、柱结构都是采用的全装配式混凝土结构，这种结构的建筑可以在施工的现场进行吊装施工。基础应用现浇基础，并预留出插筋以及埋件，其建筑物的梁使用叠合梁，楼板则是使用的预制叠合楼板，墙板使用的则是成品墙板。预制钢筋混凝土装配式建筑的设计要求比较高，这就需要设计人员要做好其各个接口的分界，还要在建筑设计的时候统筹布置留空以及埋件。其梁、柱的节点连接方式有着两种，分别是干式连接与湿式连接。干式连接能够提前将与现浇结构的承载力和刚度相似的连接点制作出来，然而这种方式却不能很好的体现出与其相似的延展性和恢复力特性。

因为预制钢筋混凝土装配式建筑的结构在设计上有着很高的难度，特别是节点的要求上需要使用较高的技术进行施工，而且叠合板与现浇板的相比其整体性差，同时施工现场还要采用湿作业等诸多原因。这就导致预制钢筋混凝土装配式建筑很少在电力工程之中应用。这就需要设计人员根据变电站的实际需求，选择是否采用这种方式进行变电站的建设。

3.2钢结构装配式建筑

由于钢结构装配式建筑的钢材密度比较低，其屈服强度的比值也不是很高。所以，相比钢筋混凝土装配式建筑，钢结构建筑在同样的受力条件下，其自重也比较轻，构件截面也不会很大。并且，钢结构装配式建筑的安装和运输都相当的边界，特别适合应用在高度较高、承载较重以及跨度较大的建筑结构之中。通常情况下，钢结构装配式建筑的梁和柱都是采用应用型钢截面，在对其进行有效的加工，而其加工的场地通常都是在工厂之中进行，通过将高强度的螺栓对其进行连接，然后在其龙骨的梁和柱上进行施工安装，将钢结构装配式建筑的墙板以及螺栓进行有效的连接之后，在工厂的基础预留地脚锚栓处将建筑的各个柱子进行连接。然后利用钢筋桁架楼承板进行现浇楼板或者是通过压型钢板将楼板进行组合，这样就可以形成有效的建筑楼面。

通常情况下，梁、柱截面，以支座和荷载情况要根据型截面或H型钢截面作为主要的依据，梁截面的高度要选择跨度在1/20到1/50。在确定翼缘宽度为1/b限值的时候，要仔细测量梁间侧向支撑间距，然后以此为依据进行确定其限值，还能够通过计算复杂的钢梁从而避免问题发生。在确定了截面高度以及翼缘宽度之后，就可以根据设计的相关规范，有效的预估能够稳定局部构造的预估板件的厚度。然后通过计算其长细比有效的评估柱截面。需要注意的是，构建的长细比基本上要高于50但小于150，通常情况下选择的值是100左右。并且，要根据其轴心受压、双向受弯以及单向受弯的不同数字资料为参考，合理选择是采用H型截面或是箱形截面。

4.装配式钢结构建筑节点的连接与抗震性能需求

由于钢材的抗压、抗剪以及抗拉强度相比其他的建筑材料有着很大的优势，特别是钢材的延展性也很强，弹塑性结构也十分的理想。所以，装配式钢结构建筑能够有效的消耗地震的能力，从而更好的吸收结构的塑性和变形。特别是与混凝土结构相比，钢结构的自重更轻，使其抗震性能进一步的提升。装配式钢结构建筑的梁柱连接方式使用的刚性连接点，所以一旦出现地震，就会对其梁柱刚性连接节点造成严重的破坏。有鉴于此，这种情况下的破坏所造成的危险，要极大的超过因为构建材料失稳和破坏所造成的危险，特别是如果出现强烈的余震而导致其荷载出现变化，那么就造成结构坍塌的问题，导致整个建筑的整体坍塌。因此，装配式钢结构建筑的梁柱连接点的抗震性就是重中之重，它会对建筑的整体抗震性能产生极大的影响。

高强螺栓连接、全焊接连接以及栓焊混合连接都是装配式钢结构建筑比较常见的刚性连接，而这几种不同的连接方式却有着一样的连接承载力，但是在出现地震的时候，在耗散和吸收地震能量方面却有着很大的差异。高强螺栓的连接费用比较大，而且和完全焊接与栓焊混合节点的滞回曲线却极为相似，而且这两者的抗震性能却没有很大的差别。全焊连接有着十分稳定的纺锤形滞回曲线，所以其节点延展性和刚度都很强，但是在制作钢结构上面对精度有着较高的要求。所以，就需要设计人员综合考虑这三种连接方式，从而选择适合的连接方法。

5.钢结构防腐

作为装配式变电站的主要施工材料，钢结构防锈防腐技术主要有：所有钢结构配件的最低除锈等级都要满足Sa21/2级，而且喷涂“冷喷锌+面漆”进行防腐：首先喷涂ZD96-1冷喷锌，然后复涂聚氨酯面漆。值得一提的是，冷喷锌层中的锌含量必须在96％以上，而且喷锌层的耐盐雾考核应该满足1800h以上。钢结构防腐技术中常见的还有有气喷涂或无气喷涂，两者的防腐要求必须要满足30年的免维护使用寿命，至于埋在地下的钢构件，施工材料方面必须要满足外包至少50mm厚混凝土。

6.结语

综上所述，随着钢结构技术的发展和进步，有力的推动了我国建筑事业的发展。特别是将装配式钢结构建筑应用到变电站的建设之中，可以使电力工程的建设进一步的加快，从而更好的为经济发展建设服务，并使其可以更好的协调周边环境，节约建设成本，使其可以展现出建筑的特点。但是，现如今在装配式钢结构建筑建设变电站缺乏一套标准并且成熟的工程设计措施以及施工工艺，有必要对其进行深入的探讨与研究，从而提升变电站的建设质量。

参考文献

[1]王丰.装配式结构在变电站建设中的应用[J].江西建材，2016（12）.

[2]商文婧.预制式钢结构建筑在装配式变电站中的应用[J].工程技术:引文版，2016（11）.

[3]张树辉,解淇鹏.浅谈我国装配式钢结构住宅现状与发展前景[J].江西建材,2017（10）.

作者简介

叶龙（1988-）男，汉族，硕士研究生，工程师，主要从事变电土建结构设计。