装配式钢结构在变电站建筑中的应用

    装配式钢结构在变电站建筑中的应用

胡慧峰  ,刘洋

浙江聚能智慧电力科技有限公司

摘要：随着现代经济的不断发展,钢结构在建筑中的运用越发多起来,装配式钢结构变电站作为一种新型的变电站建造方式，在电力系统中得到了广泛的推广应用。变电站装配式建设是国家电网有限公司深化变电站标准化建设的一个重要成果，集中体现了“标准化设计、工厂化加工、机械化施工、装配式建设”的理念。装配式钢结构是以型钢和预制板材为主，包括钢骨架系统、楼板系统和外墙围护系统三大系统，主要由钢柱、钢梁、屋面楼承板和预制外墙板（金属棉夹心板、水泥纤维板等）组成。其主要的作业方式是吊装作业和拼装作业。装配式钢结构变电站施工速度快，构件实现工作厂化预制，现场装配式拼接，提高了施工质量和效率，缩短了施工工期；产生的建筑垃圾大量减少，环保效果好，所用材料绿色环保，回收率高，有效减少了建筑垃圾和现场扬尘；构件工厂加工，现场拼装，减少了临时用地。

关键词：装配式；钢结构；变电站建筑；应用.

一、装配式钢结构的优势

1、绿色环保、施工工期短。钢结构是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。装配式钢结构变电站主要受力构件如梁、板、柱均由各种钢质型材拼装完成，主要构件均在金属加工厂制造完成，经过复杂的生产流水线能够确保工艺的精细化，批量的机械化生产既节省成本投入，又能达到美观的视觉效果，充分利用机械化施工方法保证工程质量。构件运输至现场后采用螺栓连接，大大减少现场湿作业工作量，各个分项工作如钢构件拼装、屋面板铺设、围护结构安装等可以同时进行，缩短工期，节省人力资源；钢结构相比传统钢筋混凝土结构及砌体结构湿式施工产生的建筑垃圾、粉尘及噪声污染少之又少，且钢材便于拆卸回收及重复利用，更易于满足绿色环保建筑的要求。结构施工工期缩短，使变电站提早投入使用，促进地方经济发展，为该区域经济的可持续发展提供强有力的电力保障

2、较高的集成化。装配式钢结构变电站主要框架构件常采用Q345B热轧H型钢，楼面和屋面板采用自承式钢筋桁架模板为底模的现浇屋面，由工厂统一预制、配送、就地安装。外墙板采用铝镁锰板+聚苯颗粒水泥复合条板墙体；内墙材料采用聚苯颗粒水泥复合条板。以铝镁锰板夹芯板为例，复合加芯板内、外侧采用0.5~1.2mm厚热浸镀锌金属板，中间层复合50~150mm厚的岩棉或玻璃丝棉保温材料。这种外墙围护结构外观时尚、现代感强；围护结构构造简单、可成品化定做，板材到场后安装速度快；此类型外墙围护结构由于具有较厚的中间层填充材料，具有较好的保温、隔热、隔音效果，且夹芯材料大多采用燃烧性能为A级不燃材料，具有较强的防火性能。在板块交接处采用承插式连接，连接节点处夹芯材料部分采用聚氨酯材料，能有效地起到防水、防潮的效果。金属复合夹芯板与主体结构的连接通过方管、C型或Z型冷弯薄壁型钢墙梁檩条，连接节点安装简洁可靠。

3、较高的施工效率。传统的钢筋混凝土结构，由支模、绑扎钢筋、浇筑混凝土、养护到混凝土强度达到50%（或75%、100%）后拆模，工序复杂、工期时间长。装配式钢结构变电站实行工厂化生产，现场安装，由于现场作业量小，施工机械化程度高，加快了施工速度，同样面积规模建筑物，钢结构比混凝土结构工期可缩短1/3。

以钢筋桁架楼承板为例，该板是将楼板中的钢筋在工厂加工成钢筋桁架，并将钢筋桁架与镀锌压型钢板焊接成一体的组合模板，施工无需支模，安装快速便捷，比常用的压型钢板楼承板更具有综合优越性。在建设现场，可将此模板直接铺设在梁上，进行简单的钢筋工程后，便可浇筑混凝土，形成钢筋混凝土楼板。该楼盖体系施工速度快，形成的钢筋桁架楼承板整体性能好、刚度大、抗震性能优越，既节约了材料用量，同时又提高了楼板的施工质量，因此对节约资源、减少污染具有重要意义，有利于文明施工和环境保护具有以下优点：

1）工厂制作钢筋桁架，现场绑扎工作量减少60%-70%，可进一步缩短工期；

2）比普通压型钢板-混凝土组合楼板的厚度减小约50mm，混凝土用量减少，室内净高增加；

3）栓钉工厂化定做，焊接质量更容易保证；

4）楼板下表面平整,便于作饰面处理,符合用户对室内顶板的感观要求，钢板损耗更少；

5）力学性能与现浇楼板基本相同，使用阶段板底基本不开裂；

6）与现浇楼板的防火性能相当，钢板不参与使用阶段受力，不需要考虑防腐问题；

7）钢筋排列均匀，保护层厚度得以有效控制；

8）通过改变桁架高度拟适用跨度较大的楼板；

9）楼板的双向刚度相近，有利于建筑抗震，也可做成双向板；

10）桁架受力模式合理，综合造价低。

11）施工阶段,预制薄板可作为施工操作平台和叠合层混凝土的底模,取消了繁琐的模板工程。

4、良好的抗震性能。普通钢框架结构由于自身强度高、自重轻、刚度大的特点，柱距一般可以控制在6~10米左右，跨度一般可达8~25米之间。整体空间布局更为灵活，建筑立面选择更为自由，可获得良好的采光条件与建筑外观美感。当钢框架结构使用于抗震设防烈度较高的地区时，可以通过增设层间支撑的形式来提高结构刚度与整体性。装配式钢结构变电站竖向受力体系采用“门式刚架+钢框架”，横向抗侧力体系采用“门式刚架+框架”，纵向抗侧力体系采用“框架结构”。对于跨度、进深要求较大，层高要求较高的GIS室采用门式刚架结构，可减少室内立柱，有利于建筑空间的利用；屋面为轻钢屋面，荷载较小，节省用钢量，有利于地基处理方案的选择。基于配电装置室的工艺布置特点、室外立面效果、结构的受力特点，结构抗侧力体系推荐采用“框架结构”。此方案可满足抗震规范对不大于9度地震区公共建筑的要求

二、变电站中装配式钢结构技术要点

1、装配式钢结构建筑主体。基于安全、实用、经济、美观的设计原则，主体工程采用装配式钢结构，同时还大量使用了成品钢筋桁架楼承板、复合夹芯墙板、门窗部件等，进行模块化设计并在厂家进行预制，现场拼装。施工过程为干式无扬尖施工，从工厂到现场建造，再到后期使用，全寿命期均体现了产业化建筑体系的环保理念。实现“统一规划、功能整合、模块建设、共享共赢”的要求，远景装配式变电站建设亦可重复使用。

2、复合墙板。轻质高强的围护结构材料，可以有效地降低建筑物自重，减少基础、梁柱结构的造价。墙板内可预留埋管，用做电缆敷设埋管。检修动力箱、槽盒等也可全部暗埋在墙体中，墙板施工完成后室内无明露管线，美观大方。墙板内部管路布置灵活，形成集成化组合墙板体系。夹芯板中间层的岩棉或玻璃丝棉是一种不燃的填充材料，具有优良的耐火性、保温隔热性、隔音性。

3、钢筋桁架楼承板。利用混凝土楼板的上下层纵向钢筋,与弯折成形的钢筋焊接,组成能够承受荷载的小桁架,结合预制层混凝土或者压型钢板,组成一个在施工阶段无需模板的能够承受湿混凝土及施工荷载的结构体系。

三、装配式钢结构在变电站中的应用

1、要逐步完善钢结构建筑集成技术体系，以“绿色化”为目标，以“工业化”为生产方式，以“智能化”为服务功能，以工程总承包为实施载体，实现钢结构建筑建造过程“节能环保、提高效率、提升品质、保障安全”，其落脚点体现在绿色建造、智能建造和工业化生产。

2、要推动全过程数字化建造、智慧运维的融合。在智能化大潮下，已有大批企业加入到这一变革当中，进行制造、生产及产品等的升级，一同推进战略发展，实现目标的重点突破。

3、装配式建筑是建造方式的一种改革，其在节约能源、减少污染、提高生成效率和工程质量方面有诸多的优势。推行装配式变电站模块化建设，能够有效提高我国智能变电站建设水平，促进电网又好又快发展，为建设坚强智能电网、服务经济社会发展作出积极贡献。

4、依托政府政策扶持，深入贯彻国家电网“标准化设计、工厂化加工、模块化建设、机械化施工”的理念，全面提升电网建设能力。结合《国家电网公司输变电工程通用设计35～110kV智能变电站模块化建设》，深入探讨装配式建筑设计一体化集成设计，促进变电站主体结构的标准化，装配灵活、安全可靠。深入探讨适应变电站建设需求、精细设计方案，以期提高变电站装配式建筑的标准化程度，降低装配式变电站建设的设计沟通成本与采购成本，促进共赢；共同推动钢结构建筑体系的发展与应用。

四、装配式钢结构建筑的未来前景

当今社会，变电站作为服务国计民生的功能性建筑，一直占据着重要基础设施的地位。同时由于变压器容量与输电距离的限制，不同电压等级的变电站需要融入到不同的建设环境中。变电站数量众多并深入社区，该建设往往受到各种已有环境条件的约束，对工程工期、环境保护、建筑美观都提出了较高的要求。

党的十六届五中全会明确提出，国家当前的主要任务是建设“资源节约型、环境友好型”社会。2014年以来，国家电网公司明确提出了输变电工程“两型三新一化”（资源节约型、环境友好型，新技术、新材料、新工艺，工业化）变电站建设理念，并对建设原则提出了四条具体的要求：标准化设计、工厂化加工、模块化建设、机械化施工。落实科学发展观，建设“资源节约型、环境友好型”社会，大力提高集成创新能力的重要体现。装配式变电站成为践行四原则最前沿的着眼点。

结束语

当前，我国装配式建筑技术体系还不是十分清晰，因此，需要在前期的工作基础上，尽快地形成技术体系，进一步扩大推广应用的技术，支撑标准实施的技术，考虑各方面的因素，掌握预制构件的关键技术要点，确保各道工序的顺利实施，以满足建设项目的规范要求。同时，需要相关各方加大投入力度，重点推动先进技术的运用，整合有效的建筑资源，从而真正建造出成本低、工期短、绿色环保的装配式建筑。

参考文献

[1]王文斌.钢结构在装配式建筑中的应用[J].中国高新科技.2020(15):240-242.

[2]李成海.钢结构在装配式建筑中的应用[J].住宅与房地产.2019(17):381-383.

[3]赵江.装配式钢结构绿色集成建筑产业化与市场化[J].江苏建材.2021(13):224-225.

[4]孙志博.钢结构装配式建筑施工状况及其经济性分析[J].工程经济.2019(21):167-168.

[5]变电站装配式钢结构厂房施工工艺/国家电网有限公司基建部组编. 北京：中国电力出版社. 2019.9  ISBN978-7-5198-3317-6