寒冷地区变电站建筑墙板设计方法探究

阙智超

摘 要：寒冷地区变电站建筑墙板的设计要在适应寒冷地区气候特征的同时，充分发挥其材料本身特点。当前，我国寒冷地区变电站建筑墙板设计还存在一些问题，为了进一步促进我国寒冷地区变电站的发展，提高材料使用效率，有必要进行寒冷地区变电站建筑墙板设计方法研究。对装配式建筑设计进行了分析，研究了墙板试验以及墙板施工工艺，以具体实例进行了寒冷地区变电站建筑墙板设计方法的效益分析。

关键词：寒冷地区;变电站;建筑墙板设计

中图分类号：TM633;TU741 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）28-0-03

Abstract： The design of substation building wall in cold areas can meet the climate characteristics of cold areas. There are some problems to be solved in cold areas in China. In order to further promote the rapid development of substation in cold areas and improve the use efficiency of Chinese materials， it is necessary to promote the design method of substation building wall in cold areas. To analyze the design research of prefabricated buildings， studies the wall board test and wall board construction process， and analyzes the benefits of the building wall board design method of substation in cold areas.

Keywords： cold area;substation;building wallboard design

在北部寒冷地區变电站的建设中，建筑墙板不仅要具有一定的力学性能，还要具有一定的抗变形能力，在保温和抗寒能力上也需要具有一定的优势。

1 装配式建筑设计研究

1.1 结构选型

在我国，建筑墙板的结构类型可分为木结构、装配式钢结构和装配式混凝土结构。木结构的优点是原材料可再生、无污染、便于采购，安装技术含量相对较小，在施工过程中不会有很大的噪声或其他污染，但存在不耐火、易发霉等缺点。我国钢材施工方法已较为成熟，钢结构本身的抗压强度也比较好，所以钢结构具有很强的适用性，其优点是自重低（与混凝土结构化）和抗震能力强，大部分可以重复使用[1]。预制混凝土结构包括预制建筑系统、外墙安装板和屋顶安装系统，具有与现代钢筋混凝土结构相同的耐久性、较强的耐火性能和较好的结构刚度，技术要求低，适应性强，但对建筑设计人员要求高，混凝土施工难度大。

1.2 墙板材料选择

在进行材料选择时，应注意材料的正常耐久性不得低于建筑物的估计耐久性，并应提前考虑建筑物使用过程中可能出现的维护费用。传统钢结构和养护墙体系的装配式建筑主要为轻质混凝土空心墙和金属板复合墙体系。轻质混凝土空心墙比较简单，但材料较厚，保温效果非常好，价格相对较低;金属板复合墙体系的建筑材料较为复杂，最大的优点是防水性能好，实际施工操作方便。

1.3 基于装配式建筑物的预埋管解决方案

当前，装配式建筑墙板需要在工厂进行加工后再运送到施工现场进行组装。变电站建在室内，可能会有明显的外漏和埋管。因此，推荐采用一体化管道结构，通过调节外壁与内壁之间的预埋管来避免后期的二次加工。

1.4 装配式建筑总体设计方案

采用轻钢结构和钢结构作为成品建筑结构，造价较高，但施工时间更短。此外，装配式建筑的室内、外墙、屋面瓦的成本也相对较高，钢板质量轻，可与轻钢结构配套使用。其主要优点是综合性能好，可预留各种埋管和开口，非常适用于南方多雨地区。

2 墙板试验研究

2.1 试验范畴

为了进一步研究RCP建筑墙板在寒冷地区变电站的应用效果，充分发挥其性能优势，提升寒冷地区变电站建筑墙体应用的有效性，有效保证变电站建筑墙体的质量，进行了相关性能试验。

2.2 试件制作

水泥聚苯乙烯刨花板的重要生产工艺是钢丝网的添加，直接影响到复合涂层的完整性，轻质复合墙板示意图见图1。多次试验发现，采用水泥胶粉添加剂能够有效解决复合涂层完整性问题，并取得理想效果。

该工艺的关键技术是在填充水泥聚苯乙烯轻质材料时避免聚苯乙烯颗粒的空化和流动，填充水泥聚苯乙烯轻质材料后线底用高性能振动器振动3～5 s，制作完成后将墙砖堆成一堆，地板用木板保护，周围用塑料膜覆盖[2]。

2.3 抗弯承载力

2.3.1 试件的规格及数量。每个规格有5个样品。尺寸等参数如表1所示。

2.3.2 加载方式。为了验证试验设备是否正常工作，在试验前对每个样品进行预紧。预压时，试样不得损坏，不得超过正常载荷的20%。正式加载时，每级0.1 kN/m2，加载10 min后记录数据，加到0.5 kN/m2为止，测量此时的变形值。取3个样品的算术平均值作为测量结果，精度为0.01 kN/m2。均布荷载法测试抗弯破坏荷载的装置如图2所示。

2.3.3 试验结果。墙盖抗弯承载力、位移变形试验结果如图3所示。图3中为100 mm厚无筋墙，极限抗弯承载力为8.8 kN（3.76 kN/m）。墙盖抗弯承载力、位移变形试验结果如图4所示。图4中为100 mm厚的覆盖着钢丝网的墙体，其极限抗弯承载力为12.4 kN（5.30 kN/m）。综上所述，墙体弯曲端储能最大为12.4 kN，牵引区钢丝网的布置显著提高了弯曲端部的储能量和结构强度。

2.3.4 试验结论。在复合保温轻质建筑板中加入钢丝网后，强度提高50%，保证了复合保温轻质建筑板的承载能力和抗脆裂能力。作为变电站墙体材料，它能够满足变电站相关使用要求。但是，当前的试验结果与实际情况还存在很大偏差，因为试验忽略了水泥聚苯乙烯的抗拉强度，对RCP墙板抗拉强度的估计相对保守。

2.4 试验结果及分析

通过构件试验分析了RCP墙板的性能指标，根据试验结果充分评价了RCP应用与寒冷地区变电站建筑建筑墙板的效果。从试验结果来看，RCP墙板能够应用在寒冷地区变电站建筑墙板中。

3 墙板施工工艺

3.1 施工流程

①确定装配图。根据外墙尺寸确定面板装配图并绘制布局图，尽量采用标准轻质保温复合墙。②轻型保温复合墙体切割。对于主规格中不能安装的部分，现场使用切割锯将其切割至所需尺寸。③弹线。安装轻阻尼复合墙体前，根据图纸和板材布局重新检查尺寸，确定安装控制线。④安装连接件。将墙体连接件安装在建筑物主体结构上，根据需要调整固定钢缆及其连接件，同时，调整整体轻钢颚的水平方向。⑤拼装轻质保温复合墙板。安装轻质保温复合墙板，使用特殊胶粘剂，龙骨接近榫和螺母轻钢楔，并安装在墙上[3]。⑥拼装缝及阴阳角处理。轻质保温复合墙在装配时应填充专用胶粘剂，内角和外角用聚合物砂浆抹面。为加强裂缝控制，应安装200 mm宽的耐碱光纤片材。

3.2 轻质保温复合墙板拼装施工

①铺设轻质保温复合墙前，应按轻质保温复合墙规范、砂浆格栅、竖龙骨布置及门窗开口尺寸绘制布置图。②保温连接墙敷设前，应将水平位置线断开，按片数垂直对齐，根据设计要求，标注板材规格、砂浆层厚度、板材皮数和竖墙截面数。③安装轻质保温复合墙时，水平缝和垂直缝的宽度应为5～10 mm。④轻质保温复合墙板拼装门窗洞口墙时，应安装墙体的轻钢楔，确保龙骨预埋在保温连接墙边缘[4]。⑤墙的顶部与框架支撑板之间有一定的间隙，缝隙、框架支撑、板材采用高强度弹性填充，并配备建筑密封。⑥穿墙管道必须严格防止渗漏，安装在墙上或沉积在墙上的铁件必须进行防腐处理，管道必须采取措施进行保温。⑦轻阻尼复合墙应尽量按规范安装，接缝应上下错开，搭拼长度一般不小于主要规格的1/3。

4 应用实例

4.1 工程概况

黑河500 V变电站占地面积小，应用面积固定，施工舒适快捷，提高了吊拱安装的效率和安全性。

4.2 效益分析

4.2.1 综合效益高，值得推广应用。装配式建筑的设计目的是将建筑模块、间隙间距、储存高度和跨度宽度统一为标准化的装配式构件，工业生产和机械化现场装配，减少现场湿操作，减少污染。与传统混凝土施工相比，施工工期大大缩短，有助于提高资金使用效率。

4.2.2 机械化程度高，施工成本低，经济效益高。装配式建筑充分利用了机械吊装，与钢-混凝土框架施工相比，节省了大量的施工成本和劳动力，缩短了施工周期。与传统施工方法相比，机械和人力投入少，经济优势明显，降低了总成本，经济效益明显。

4.2.3 安全可靠性高。在传统的建筑结构施工中，由于施工人员数量多、施工队伍大、人员投入集中，施工人员在施工过程中容易遭遇生命危险，而装配式墙板能够有效避免这种情况。

4.2.4 技术先进，社会效益好。采用装配形式，将工业化成品件与传统提升工艺相结合。相比于以往的先浇筑混凝土工艺，装配式构件能够不受天气因素和环境条件的影响，同时减少了工作量和工作时间[5]。

5 结语

目前存在两大制约寒区预制变电所发展的问题。一是板材本身及连接结构不能适应寒区温差，温差引起的变形开裂严重影响冷密度、砂密度、风密度和冷密度桥梁的性能;二是与传统建筑相比，装配式外墙覆盖物的成本明显较高，影响了装配式建筑的经济指标。因此，迫切需要对预制外墙复板进行深入研究，研发适用于寒冷地区环境的预制外墙技术，促进预制建材产业链的健康发展，满足寒冷地区的性能要求，降低成本，提高墙体覆盖材料的工藝质量。

参考文献：

[1]冯凯，林佰春，李阳洋.寒冷地区变电站装配式建筑墙板设计研究[J].电力勘测设计，2020（2）：185-192.

[2]金毅，魏胜波，陈亚琼.变电站装配式建筑设计研究与应用[J].中国房地产业，2021（4）：73.

[3]陈俊杰，盛松源，黄达余.变电站装配式建筑物建筑结构一体化研究[J].电力勘测设计，2018（2）：70-75.

[4]朱明晨，董家源.装配式建筑在变电站中的应用探讨[J].百科论坛电子杂志，2021（10）：2508.

[5]刘忠文，江莹，陆航.PC墙板在变电站中的设计与创新[J].建筑工程技术与设计，2014（19）：675-676.

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