某110kV户内GIS综合配电装置楼结构设计

某110kV户内GIS综合配电装置楼结构设计

吴继航

惠州电力勘察设计院有限公司516023

摘要：本文根据某全户内GIS综合配电装置楼结构设计所遇到的实际问题进行探讨，如配电楼基础设计、半地下室结构设计、短柱的处理、楼面板的设计等，从而提出一些解决问题的思路，以供读者参考。

关键词：全户内GIS；综合配电装置楼结构设计；框架结构

1、引言

随着我国经济的快速发展，人们对环境的要求越来越高，对于变电站的建筑外型等有了较高的要求，设计难度也远远比常规变电站高。全户内GIS变电站有节约用地，外形美观整洁，对外电磁辐射小，环境对设备影响小的优点，非常适合在城市及周边建造，是近年来发展趋势。某供电公司110kV变电站位于某市高新开发区内，基于和周围环境协调的规划要求，业主要求变电站为110kV户内GIS变电站，建筑图见图1-图3。

图1平面布置图图2剖面图

图3全景图

全户内GIS综合配电装置楼（简称综合配电楼）因需满足电气工艺要求，较普通建筑结构设计难度要大，具体结构如下特点：

（1）受场地限制，消防水池需布置在综合配电楼内，与综合配电楼成为一体，考虑到消防水池在充满水的情况下，荷载很大，而周边荷载较小，加剧综合配电楼的基础不均匀沉降。

（2）GIS配电室房间因满足电气工艺要求，需要采用空间大，隔墙少，层高较高的房间。GIS配电室主梁跨度11m，房间长度36m。房间顶部按10TLH型电动葫芦双梁桥式起重机布置，梁下净高为9米，而且要求房间不设内横墙，故一般只有框架结构房屋才能满足其要求，而且要求不设中柱，即采用单跨框架结构。层高1.500处和层高±0.000存在错层，导致部分柱为短柱。

（3）随着变电容量的不断增大，变电站进出电缆不仅数量在增加，而且电缆直径也在变大，受电缆沟高度和宽度的限制，工人敷设电缆非常困难，于是一般采用露出地面1.5m的半地下室结构设计形式，方便电缆沟直接进入半地下室。

2、结构设计典型问题探讨

2.1基础设计

本综合配电楼的地基承载力，消防水池位于综合配电楼内，参照户内GIS综合配电装置楼典型设计，基础设计有2种方案：（1）全部采用独立基础；（2）全部采用筏板基础。结合本工程如全部采用独立基础，消防水池底板需为结构板，板的力传至结构柱，再传至独立基础，笔者这样的弊端为消防水池在充满水的情况下，荷载非常大，传至消防水池内的柱和独立基础的力也会加大，同时也加剧消防水池内独立基础和周边独立基础的沉降差。结合本工程全部采用筏板基础，则显得过于保守，无形中加大工程量，造成浪费。笔者综合考虑创新提出，消防水池采用筏板基础，其他采用独立基础，见图四基础平面布置图。笔者认为这样设计的好处有2点：其一：减少力的传递路径，由水重力荷载→板→柱→独立基础→地基变为水重力荷载→筏板基础→地基，变得更合理高效；其二：水的重力荷载均匀筏板基础，减少了筏板基础和周边独立基础的沉降差，更有利于整体结构。最后笔者采用加大消防水池与周边框架柱连接的地基梁的尺寸进一步减少筏板基础与周边独立基础的沉降差。

图4基础平面布置图

2.2楼梯构件设计

<<建筑抗震设计规范>>6.1.152“楼梯构件与主体结构整浇时，应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响，应进行楼梯构件的抗震承载力验算；宜采取构造措施，减少楼梯构件对主体结构刚度的影响”及条文说明“对于框架结构，楼梯构件与主体结构整浇时，梯板起到斜支撑的作用，对结构刚度、承载力、规则性的影响比较大，应参与抗震计算；当采取措施，如梯板滑动支承于平台板，楼梯构件对结构刚度等的影响较小，是否参与整体抗震计算差别不大”。笔者综合考虑规范正文及条文说明，对梯板与平台板处采用滑动支座，将楼梯与主体结构脱离，PKPM建模时，对楼梯板按零厚板处理，考虑楼梯活载和恒载，见图5楼梯滑动支座。原因如下：楼梯构件与主体结构整浇时，虽然对结构整体刚度有所加强，但是对结构的规则性影响加大，PKPM软件不能充分考虑楼梯对整体结构的影响，为使楼梯构件传力明确简单，减弱楼梯与主体结构的相互作用，采用采用滑动支座，将楼梯与主体结构脱离。同时考虑到楼梯一般为突发事件应急疏散的安全通道，对楼梯加强，在梯板计算时，乘以1.5倍的重要系数，同时采取有效的抗震构造措施保障楼梯间抗震安全性，如梯柱箍筋全高加密，平台梁箍筋全长加密，梯板钢筋拉通配置等结构构造措施。

图5楼梯滑动支座

2.3半地下室的结构设计

本工程半地下室挡土外墙采用300mm厚的钢筋混凝墙，见图6半地下室挡土外墙布置图。挡土外墙底部与刚度很大基础梁相连，可认为是固定支座；水平方向为支撑在框架柱间的连续板，也可认为是固定支座；外墙顶部为填充墙，外墙顶部的支座认定为自由端.半地下室受周围土体的约束作用比全地下室结构要弱.笔者在PKPM整体建模中，对回填土对地下室约束相对刚度比参数进行了折减。综合考虑，笔者对本工程在半地下室框架结构设计时，PKPM整体建模中，按建入挡土墙且回填土对地下室约束相对刚度比参数进行了折减和不建入挡土墙2种情况取最不利考虑。对半地下室挡土外墙设计采用人工计算，挡土外墙按三边固定而一边自由的板，荷载按周边传导考虑。柱的侧向荷载考虑直接侧压力和间接侧压力后按照简化方法计算，并在整体模型中按柱间荷载输入，地下室框架柱的配筋应采用PK计算。

图6半地下室挡土外墙布置图

2.4结构板设计

综合配电楼楼板开孔多。由于电气工艺要求，GIS配电装置楼需布置很多电缆，以输送电力或传输信号。这就要求楼内楼板要开很多小孔、大孔甚至通孔，这些孔对楼板刚度影响较大，有些需要加强楼板处理。本工程综合配电楼结构板的配筋一律采用板厚不小于150mm，双层双向配筋，同时对洞口直径小于800mm，采用附加钢筋补强因开洞导致结构板钢筋截断，对于洞口直径大于800mm，笔者采用洞口四周处设置梁补强。

2.5短柱

在户内GIS综合配电装置楼的结构设计中，由于工艺专业限制，造成框架结构多处遇到了短柱的设计问题，如：控制楼电缆夹层，楼梯间，错层处等。PKPM建模时，未按错层建模，软件无法识别短柱，所以需要人为对短柱加强。根据<<建筑抗震设计规范>>6.3.914）条“剪跨比不大于2的柱箍筋加密区取全高”，笔者对所有的短柱均按此条执行。

3、总结

综合配电楼为一三层框架结构，结构设计本身不是很难，但是考虑电气工艺要求，综合配电楼错层、楼板开大洞、短柱及半地下室等，导致整体结构不规则，需要结构设计师在弄清结构原理情况下，对结构薄弱处进行补强，在pkpm模型无法正确模拟实际情况下，进行有根据的简化，有必要的放大，从而满足工程实际情况。

参考文献：

[1]GB5001-2010建筑抗震设计规范（2016年版）[S]

[2]GB5007-2011建筑地基基础设计规范[S]

[3]黄昆等半地下室框架结构的简化计算及设计方法[J]浙江建筑，2008（9）：18-20