对我国变电站土建结构抗震设计问题的探讨

作者简介：李卫军（1978-），男，本科，总监理工程师，监理工程师，工作单位：西安国鼎铁路工程技术咨询有限公司，现从事专业：工程监理。

摘要：变电站传力系统比较复杂，内置许多大型的电力运行设备、建筑面积大，一旦发生地灾害，极可能发生极大的社会损失和灾害，因此在对变电站的土建结构设计中，抗震设计十分重要。

关键词：变电站;土建结构;抗震;优化引言：

经济高速发展，电力稳定运行对于人们的生活有着重要的意义，而电网稳定运行的先决条件在于变电站的稳定。变电站土建结构的稳定性能主要取决于其抗震设计方法。在我国许多变电站的土建结构设计过程中，变电站传力系统比较复杂，内置许多大型的电力运行设备、建筑面积大，一旦发生地灾害，极可能发生极大的社会损失和灾害，因此在对变电站的土建结构设计中，抗震设计十分重要。

1.变电站土建结构震害问题简述

变电站内包含了许多建筑物，比如配电室、通信楼、综合楼等，这些建筑物多采用框架结构，由于冗余度较小，同时放置在建筑内部的电气设备体积大，荷载大，造成了建筑物抗侧移刚度小，在地震发生时，地震效应的不断扩大会使得整个楼板加剧运动，使得整个建筑结构的抗震程度较低。另一方面，变电站中的电气设备往往安装在一定高度的支架上，支架越高，由支架与電气设备构成的整体的自振频率会越小，变电站建筑内部多采用钢结构构架，其抗震性能良好，但是当遭遇到重大地震灾害（如汶川地震）时，还是会出现损毁现象。变电所土建结构产生了震害问题，那么势必会影响到变电站内部的电气设备、变压器等设备的损毁，从而对于该区域内的电网运行造成毁灭性的破坏。

2.变电站土建结构抗震设计

生产性建筑物是变电站最为重要的建筑物，也是变电站土建结构抗震设计的重点之一。常规变电站生产性建筑物内一般包括有变压器室、主控室、电缆间、配电装置室等，具有建筑物层高大、横墙少、跨度大的特点，房屋体型较为复杂，针对变电站的生产性建筑物的土建结构的抗震设计可以总结为以下几个特点：

2.1 选用对抗震有利的结构方案

我国地域辽阔，每个地区的地震灾害发生的频率、等级等都有所不同，因此，变电站的抗震指标需要根据当地的地震发生频率来设定，要选用对抗震有利的结构方案。例如在地震强度指标为7度的地区，常规变电站的建筑物高度不应该超过21米，而且层高应该控制在3米以内，由于变电站建筑物内部的横墙比较少，且一般采用框架性结构，因此在结构设计中，尽量保证建筑物的层高一致，保证建筑物各部分结构的刚度一致。

2.2 合理的平面布置

不仅如此，变电站土建结构抗震设计还需要选择合理的平面布置。当发生地震灾害时，往往由于变电站建筑物中的横墙对于横向水平的承载力、刚度达不到要求，继而才发生整个建筑物倒塌的事故。因此，在土建结构设计过程中，需要提高建筑物横墙的横向地震承受能力以及水平刚度的要求。可以通过合理设计横墙间距，来改变建筑物的刚度，横墙间距应该在建筑物水平刚度的前提下进行调整，横墙间距应该随着水平刚度的大小变化和调整，避免出现水平刚度小，但横墙间距大的设计。在7度抗震设防的地区，抗震横墙最大间距可取到24 m。总而言之，在主建筑物的平面设置中，要力求受力明确、质量与刚度的对称，使得整体简洁、规整。同时，主建筑物的竖向布置应该尽可能的与横向布置结合起来，尽可能的降低建筑结构的高度和重心，以达到抗震的设计目的。

2.3 其他土建结构的抗震设计

建筑物主体结构的抗震设计以外，还应该针对建筑物的其他结构比如楼梯间、电缆井、风道等平面设置进行抗震设计，进一步提高土建建构的抗震性能。首先在平面布置中，楼梯间避免出现在转角处或者是建筑物的尽头，避免内部的空旷结构过多，应采用直板式楼梯，梯板端部应有梯梁如梯段转折处在楼层中间时，应在下层楼面设梯柱支承梯梁尽可能不要采用折板楼梯的结构形式，以避免在罕遇地震来却寸梯板折断阻断运行维护人员的逃生路线同时。

2.4 室外构筑物的抗震设计

变电站土建结构的抗震设计十分重要，但是室外构筑占到整个变电站组成70%以上，这些室外构筑物的抗震设计也十分重要，虽然目前条件下对于室外构筑物整体分析地震作用存在一定的困难和组织，但是变电站在抗震设计过程中仍需要考虑到他们，通过总结工作经验和事故分析，吸取教训，找到相应的预防对策。例如室外构筑物设备支架多、重心较高，应根据场地情况进行抗震计算，可以将支柱式开关支架设计为双柱，并且通过加设剪刀斜撑以提高其水平刚度，提高抗震能力。

3.变电站土建结构优化抗震设计

变电站土建结构的抗震优化设计，需要不断总结历次变电站震害事故以及事故发生的原因，在基本理论、计算方法、特别是构造措施等诸多方面进行变电站抗震设计优化，并建立起变电站内建（构）筑物以及室外构筑物的震害状况的数据库。通过建立数据模型，根据输入以往事故所采集到的数据，来确定抗震设计是否达到目的，不断提高抗震设计的合理性和准确性。变电站土建结构优化抗震设计需要加强变电站的抗震安全性能评估以及新型抗震技术的研究和推广两个方面的工作。

3.1变电站的抗震安全性能评估

变电站的抗震安全性能评估对于变电站的土建结构抗震设计有着两重意义，一方面，安全报告能够一定程度的评估抗震设计是否合理，另一方面，安全性能评估能够反映出抗震设计中存在的问题，促进抗震设计的进一步优化。变电站抗震安全性能包含危险性分析和抗震可靠性鉴定两个方面，应该从以下几个方面深入研究。

3.1.1 评估方法改善

以往对于变电站的抗震能力的主要标准是“大震不倒”，一般采用静力弹塑性分析方法进行分析，但在实际建模过程中，存在许多不确定的人为假想因素，例如地震波强度的选用、计算机模型的选用等，因而使得评估报告的准确性存在一定的局限性。因此，对于变电站的抗震安全的评估方法有待改善和加强。

3.1.2 软件开发

目前采用的有限元程序能够对抗震性能进行定性的分析，但是无法获得定量的分析，因此，通过有限元程序评估，只能够确定变电站的土建结构是否具有一定的抗震能力，但是无法确定抗震能力是多强，对于抗震性能加固的工作起不到预期的作用。因此，对于符合现阶段抗震设计规范的有限元软件开发工作也十分有必要，也是抗震设计优化的新思路之一。

3.2 隔震减震设计在变电站中的应用研究

隔震、减震设计是目前变电站土建结构抗震优化设计中较为有作用的两个新技术，隔震、减震设计的目的是为了减轻地面产生剧烈震动时，降低土建结构的地震反应，从而保证上部结构的稳定性状态。但是这两种技术仍存在一定的技术缺陷，例如减震技术的稳定性和有效性难移确定，并且减震技术还需要一定的经济支持。针对这些缺陷，隔震、减震设计还应该进行深入的研究思考以及实践，才能进一步的推入市场，起到抗震的优化作用。（作者单位：西安国鼎铁路工程技术咨询有限公司）

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