变电站土建结构设计要点及注意问题分析

刘莉莎

摘 要：本文结合工作实践，着重从基础设计、平面结构设计、框架梁设计、框架柱设计以及钢结构构架设计等方面论述了变电站框架结构设计要点，并提出了结构设计中安全性和耐久性问题、防火问题等一些需要注意的问题，以给类似的工程设计提供参考。

关键词：变电站；框架结构；基础设计；梁柱设计

近年来，我国经济的迅速发展，建筑行业建设规划不断扩大，人们对用电需求的也不断提升，新建或扩建的变电站建设数量因此而随之增多，而变电站结构设计质量直接影响到整个电力项目的安全稳定运行。因此，在变电站土建结构设计的过程中，设计人员需要充分考虑到一些因素的影响，如基础、地质以及外在条件等，以确保结构的安全性、可靠性和耐久性。

1 变电站框架结构设计

1.1 基础设计

在天然基础设计过程中，若发现柱下扩展基础下的地基土比较松软等情况，或为防止地基出现不均匀沉降，建议采用柱下条形基础。因为柱下节点处的基础底面积存在重复使用的情况，所以要适当地增加节点处的基础宽度，在条形基础下方也应采用C20混凝土铺设100mm厚的垫层，以保证基础浇筑混凝土的质量达到设计要求。当地基土承载力较差且基础埋深大于3m时，可以考虑建设地下室并采用筏板或桩筏基础，以提升地基承载力，减小地基不均匀沉降现象的发生。在筏板基础设计时，当地基土承载力难以满足设计要求时，应向建筑四周适当扩大地下室筏板以求适当分摊上部荷载。当筏板长度或面筋较大时，尚应按照一定距离设置后浇带，待筏板的混凝土完成浇筑60天后，再用微膨胀混凝土对后浇带进行封堵。在山区建设时应对场区作出必要的工程地质和水文地质评价。对建筑物有潜在威胁或直接危害的滑坡、泥石流、崩塌以及岩溶、土洞强烈发育地段，不应选作建设场地。

1.2 平面结构设计

楼板能在高度方向将建筑物分隔为若干层以满足使用功能的需要，在受力上，也是墙、柱水平方向的支撑及联系杆件，保持墙柱的稳定性，并能承受水平方向传来的荷载（如风载、地震载），并把这些荷载传给墙、柱，再由墙、柱传给基础。板筋应尽量采用二级钢筋或三级钢筋配置，一方面强度较高的钢筋可以满足大跨度或重荷载板的受力需求，另一方此类钢筋刚度较大，支座面筋不易在施工过程被踩趴而造成面筋受力不足。板筋的间距不适宜过大，在满足承载要求的情况下，宜把板筋间距控制在150～200mm之间，若板有防水防裂要求，板筋间距更应控制为不大于150mm。板厚宜先根据跨度大小确定，单向板板厚不小于1/30L，双向板板厚不小于1/35L；在满足受力基础上，普通楼盖厚度不宜小于100mm，天面层楼板由于经常饱受温度应力而发生温度裂缝，其厚度不宜小于120mm，钢筋间距不宜大于150mm。

1.3 框架梁设计

框架梁的作用除了直接承受楼屋盖的荷载并将其传递给框架柱外，还有一个重要作用根，就是它和框架柱刚接形成梁柱抗侧力体系，共同抵抗风荷载和地震作用等水平方向的力。框架梁的截面高度h可按（1/10～1/18）L来确定（L为梁的计算跨度）。梁的截面宽度b不宜小于200mm，梁截面的高宽比不宜大于4。当梁高较小或采用扁梁时，除验算其承载力和受剪截面外，还需满足刚度、挠度和裂缝的有关要求。在计算梁的挠度时，可以扣除梁的合理起拱值；对于现浇梁结构，可考虑梁受压翼缘的有力作用。抗震设计时，梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%；梁端截面的底面和顶面纵向钢筋截面面积的比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5，二、三级不应小于0.3；沿梁全长顶面和底面应至少各配置两根纵向钢筋，一级、二级抗震设计时钢筋直径不应小于14mm，且分别不应小于梁梁端顶面和底面纵向钢筋中较大截面面筋的1/4；三、四级抗震设计和非抗震设计时钢筋直径不应小于12mm。

1.4 框架柱设计

框架柱就是在框架结构中承受梁和板传来的荷载，并将荷载传给基础，是主要的竖向支撑构件。在框架柱设计中，为满足抗震时结构柱所需的延性，柱应满足规范对轴压比的要求，这可以通过增加截面面筋和提高混凝土标号来实现。实验证明，剪跨比不大于2的柱（短柱）的破坏模式是剪切破坏，这是一种脆性破坏模式，因此，工程中应尽量避免短柱的出現，否则须对柱的箍筋进行全高加密布置。

1.5 楼梯设计

楼梯是在地震、火灾等灾害中建筑内部人员的主要逃生通道，而在结构设计中，楼梯又往往作为独立受力构件进行设计，因此，楼梯除满足竖向承载力外，还应满足相应的抗震性能要求。梯梁的布置在不妨碍建筑功能的前提下，应能使梯板受力更加合理，如尽量设计为A型楼梯。梯梁应该满足框架梁的构造要求，梯柱除满足框架柱的构造要求外，其箍筋还应全高加密。楼梯梯板的厚度可为楼梯跨度的1/25～1/30。当楼梯的挠度不满足规范要求时，可以从以下几方面考虑：1.增加梯板厚度；2.增加梯板纵向受力钢筋的面筋，尤其是纵向底筋面筋；3.增加梯板跨中起拱值。当楼梯存在悬挑板休息平台板时，其支座面筋应适当加强，可以按计算配筋增大1.2～1.5倍来配置。

2 变电站土建结构设计中应注意的问题

2.1 结构安全性和耐久性问题

在变电站土建结构设计中，有时为了提升结构的抗风险（抗风、抗震、抗腐蚀等）能力，可采用比规范要求更高的安全系数。对以受弯为主的构件，如梁、板等，其支座负筋由于施工要求不宜过密，可考虑一定幅度的塑性调幅（最大调幅20%）进行折减，但其底筋须按计算结果配置足够，并应考虑支座调幅后的相应增大；对于悬挑构件，如悬挑梁、飘板等，其支座负筋面筋应比计算值提高20%～50%，以防止因支座负筋不足而瞬间破坏；对以受压为主的构件，如柱、桩等，其纵向抗弯钢筋计算值宜为构造配筋或略大，不宜把框架柱设计为纵向配筋很大的受弯构件，以降低柱受力的复杂性。

2.2 防火设计问题

变电站的防火设计也应受到重视。近年来，由于电缆问题发生火灾的现象越来越多，因此，除选用分隔及阻燃的电缆外，在室外的电缆进出口还需要设置一道防火隔墙，用于阻隔火灾的蔓延。另外，变压器作为变电站内的重要设备之一，也通常会引发火灾，因此，在进行变电站结构设计时，要控制好变压器与变压器之间、变压器与其他设备之间的防火间距。如果防火间距达不到设计规范要求时，可采用防火隔墙进行防火。

3 结语

变电站作为供电的重要场所之一，其设计质量直接影响到电网的正常运行。因此，在变电站土建结构设计的过程中，设计人员要结合变电站的地质条件及性能要求，从结构承载力、抗震、抗风、耐久性等方面出发，掌握好土建结构设计要点，善于总结设计中需要注意的问题，提高变电站土建结构设计的水平，以做出具有安全性、可靠性、耐久性，又经济合理的土建结构设计方案。

参考文献

[1]谢淮宁，结构优化设计在工程实践中的应用[J] 山西建筑，2006

[2]龚金京，于滨，定制钢结构与土建技改配套工程深化设计[J] 工业建筑，2008

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