变电站生产综合楼装配式方案研究

孙守好

（安徽华电工程咨询设计有限公司 安徽合肥 230022）

变电站生产综合楼装配式方案研究

孙守好

（安徽华电工程咨询设计有限公司 安徽合肥 230022）

钢结构厂房因其施工速度快、承载力高、整体刚度和抗震性能好，在工业厂房和民用设计中逐步代替了笨重的钢筋混凝土结构而得到了普遍应用。同时，由于变电站建筑面积小，钢材指标在建筑工程中所占比例较小，故推荐使用钢结构。本文主要从抗震、环保等方面分析了变电站综合楼装配式钢结构施工的优选方案。

装配式；变电站；结构

1 本站建筑物概况及和位置优选

本站仅布置一栋两层生产综合楼，主变布置在生产综合楼的的南侧，一层布置110kV开关室、35kV开关室及二次设备室及辅助用房，二层布置220kV开关室。调整后的总建筑面积为2120.40m2，较可研4813.9m2压缩了56.0%，不仅高效利用了有限的土地资源，更体现了功能至上的工业建筑精神，建筑物概况详见表1。

表1 建筑物概况一览表

通过合理布置房间，使设计方案实现了在总平面中的占地面积最小化，节约了建造成本。

1.1 本工程建筑各构件防火分析

根据本工程所处的地理环境和的重要性确定，生产综合室使用年限60年，抗震设防类别为乙类，火灾危险性类别为丙类，耐火等级为二级。建筑防火设计符合国家现行《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）及相关设计规程的规定，在防火分区、防火构造、疏散门、通道和构件的耐火极限等方面进行设计。

1.2 建材综合性能比较

山东地区为冬冷夏热地区，建筑物外墙是降低建筑能耗的关键因素之一，外墙材料及其构造，是装配式建筑推广的关键技术之一。在墙板选材方面，随着科技的不断进步，各种新材料不断涌现，并得到了广泛的应用。

装配式结构外墙的设计原则：

（1）应具备质轻、保温、隔热、隔声、防火、防水、耐冻、耐老化、耐侯和环保等性能；

（2）材料的正常使用寿命应与建筑的使用年限相适应，并考虑使用寿命全过程的费用，包括板材在使用过程中的维修费用和寿命结束时的处理费用；

（3）应与钢结构有可靠的连接，以满足抗震设防和结构延性的需要；

（4）应尽可能模数化、工厂化、施工快捷，并有配套的连接件、施工机具，更要因地制宜。

1.3 楼面、屋面材料选型及分析

楼面、屋面材料首先应满足结构荷载的需要，保证建筑物在安装、运输、使用期间满足强度和变形的要求。提高楼面、屋面的保温隔热性能，是减少空调耗能，改善室内热环境的一个重要措施，其次屋面保温、防水的设计，也是确保工艺设备能正常运行的关键环节。根据目前的工程实践及调研，本变电站装配式建筑在楼面及屋面选用压型钢板底模现浇板结构。具体论述详见《装配式多层建筑楼面及屋面材料选择专题报告》。

1.4 “绿色”环保型建筑

1.4.1 外墙做法

作为建筑物外围护结构的墙体，其所采用的隔热保温材料能够直接影响建筑物的传热量。本工程外墙为纤维水泥加压板复合墙体，经过计算本墙体的传热系数为0.18，而我国对寒冷地区建筑物外墙传热系数要求不大于0.5，符合国家要求。而且岩棉板具有优良的防火、保温和吸音性能，在生产中加入防水添加剂后，还具有较好的防潮憎水性，这些特性都非常适合本工程建筑外墙采用。

1.4.2 屋顶做法

屋顶作为建筑物最上层的维护结构，在建筑保温隔热方面同样具有极其重要的作用。在寒冷地区，屋顶构造设计同样需要满足冬季保温的要求，减少室内热量损失。本工程屋面需安装太阳能光伏电池板，设备支座较多，屋面防水要求较高，为满足屋面防水要求，防水采用双层复合防水，屋面做法采用倒置式上人屋面。

倒置式上人屋面由上到下做法为：细石混凝土保护层；憎水硬质岩棉保温板；APF改性沥青防水卷材防水层；喷涂速凝橡胶沥青防水材料；水泥砂浆找平层；压型钢板底模现浇板结构层。其中岩棉保温板具有优良的防火性，符合公安部（2011）29号文中关于屋面保温层不得选用挤塑板等可燃保温材料的要求。经过热工计算得到屋顶传热系数为0.41，满足国家关于寒冷地区三层以下建筑屋面传热系数不大于0.45的要求。

图1 喷涂速凝橡胶沥青防水材料施工做法

1.4.3 门窗做法

本设计中的窗采用断桥铝合金窗，玻璃采用保温节能较优的low-e双层中空玻璃，窗结构与中空玻璃的完美结合不仅提高了窗保温性能，同时也优化了建筑立面效果。

2 建筑物抗震设计及构造

2.1 设计依据

设计荷载见表2。

表2 设计荷载

2.1.1 材料属性

（1）框架柱、梁、节点板均采用Q235B钢；钢板化学成分和力学性能应符合《碳素结构钢》的规定；

（2）钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.2；（3）钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率应大于20%。

2.1.2 螺栓及锚栓

高强螺栓为10.9级摩擦型高强螺栓。Q235B钢摩擦面的抗滑移系数不小于0.45。

高强螺栓施工应遵照《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》的要求。

普通螺栓均为安装螺栓，其等级为C级，强度等级4.6级，材质为Q235B，锚栓均采用Q345B级钢。

2.1.3 焊接材料

（1）手工焊接

对Q345B钢的焊接，采用E50XX低氢型焊条，应符合《低合金钢焊条》的规定；

（2）自动焊或半自动焊

焊丝和焊剂应保证其熔敷金属的力学性能不低于现行国家标准《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》和《低合金钢埋弧焊用焊剂》中相关的规定。

2.1.4 预埋件

直锚筋与锚板采用T型焊。锚筋直径不大于20mm时，采用压力埋弧焊；锚筋直径大于20mm时，采用穿孔塞焊。

2.1.5 防火涂料

防火涂料的技术指标应符合《钢结构防火涂料应用技术规范》的规定。

2.2 抗震构造

根据《建筑抗震设计规范》，本工程站内综合建筑满足最大高度90m、最大高宽比6.0要求，同时应符合抗震等级三级的计算和构造措施。

（1）梁柱构件受压翼缘应根据需要设置侧向支承。

（2）梁柱构件在出现塑性铰的截面，上下翼缘均应设置侧向支承。

（3）相邻两侧向支承点间的构件长细比，应符合现行国家标准《钢结构设计规范》的有关规定。

（4）梁与柱的连接宜采用柱贯通型。

（5）柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时宜采用箱形截面，并在梁翼缘连接处设置隔板；隔板采用电渣焊时，柱壁板厚度不宜小于16mm，小于16mm时可改用工字形柱或采用贯通式隔板。当柱仅在一个方向与梁刚接时，宜采用工字形截面，并将柱腹板置于刚接框架平面内。

（6）工字形柱（绕强轴）和箱形柱与梁刚接时（图2），一层柱顶与二次柱脚连接应（图3），钢梁与钢柱节点图（图4）符合下列要求：

图2 柱与梁刚接

图3 一层柱顶与二层柱脚连接

图4 钢梁与钢柱节点图

①梁翼缘与柱翼缘间应采用全熔透坡口焊缝；应检验焊缝的V形切口冲击韧性，其夏比冲击韧性在-20℃时不低于27J。

②柱在梁翼缘对应位置应设置横向加劲肋（隔板），加劲肋（隔板）厚度不应小于梁翼缘厚度，强度与梁翼缘相同；

③梁腹板宜采用摩擦型高强度螺栓与柱连接板连接（经工艺试验合格能确保现场焊接质量时，可用气体保护焊进行焊接）；腹板角部应设置焊接孔，孔形应使其端部与梁翼缘和柱翼缘间的全熔透坡口焊缝完全隔开；

④腹板连接板与柱的焊接，当板厚不大于16mm时应采用双面角焊缝，焊缝有效厚度应满足等强度要求，且不小于5mm；板厚大于16mm时采用K形坡口对接焊缝。该焊缝宜采用气体保护焊，且板端应绕焊；

⑤二级时，宜采用能将塑性铰自梁端外移的端部扩大形连接、梁端加盖板或骨形连接。

2.3 计算要点

（1）钢结构应按本节规定调整地震作用效应，其层间变形应符合本规范有关规定。构件截面和连接抗震验算时，非抗震的承载力设计值应除以规范规定的承载力抗震调整系数。

（2）钢结构抗震计算的阻尼比宜符合下列规定：

①多遇地震下的计算，高度不大于50m时可取0.04；

②在罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取0.05。

（3）钢结构在地震作用下的内力和变形分析，应符合下列规定：

①钢结构应按本规范计入重力二阶效应。进行二阶效应的弹性分析时，应按现行国家标准《钢结构设计规范》的有关规定，在每层柱顶附加假想水平力。

②框架梁可按梁端截面的内力设计。对工字形截面柱，宜计入梁柱节点域剪切变形对结构侧移的影响；钢结构转换构件下的钢框架柱，地震内力应乘以增大系数，其值可采用1.5。

（4）钢框架梁的上翼缘采用抗剪连接件与组合楼板连接时，可不验算地震作用下的整体稳定。

3 结论

本本工程建筑设计全面贯彻了国家电网公司关于变电站通用设计、标准配送式智能变电站技术导则及“两型一化”的指导思想和设计原则。从变电站属于工业建筑的属性出发，明确定位，多方位考虑工艺流程、功能需求、建筑材料、建筑技术、自然条件等因素，在建筑外形，建筑智能化，建筑装配形式方面都有自身特色。

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TM63

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1004-7344（2016）08-0066-02

2016-3-1