大跨度大空间砌体结构与砖柱跨数的设计研究

周海辉

（河源电力规划设计院，广东 河源 517000）

1 35kV九连变电站——单层砌体结构配电楼设计实例分析

连平县九连镇位于九连山脉纵深，为红色革命老区。地形起伏很大，道路弯曲狭窄，纵向坡度达到15%以上，交通极为不方便，建筑材料缺乏。电压极不稳定，严重影响当地人民生活水平。为响应国家号召，推行新农村建设，满足当地用电负荷需求。结合当地实际情况，按照中国南方电网投资建设精神要求，节约投资，在偏远山区力求推广35kV简易变电站为主。连平供电局立项建设35kV九连简易户内变电站，并委托河源电力规划设计院设计。

河源电力规划设计院坚持实用、坚固、美观原则，合理选用结构方案和就地取材。35kV九连简易变电站按全户内变电站设计，站内仅布置配电楼一座，为单层砌体结构，主变压器等设备均布置在室内。配电楼四周为环形道路。配电楼平面图，尺寸如图1所示，建筑长度40.5m，宽度16m；建筑高度5.9m，柱截面490mm×620mm，墙厚240mm，墙跺565mm，柱距4.5m，跨度16m。砖强度MU10，砂浆强度M7.5W。屋盖采用轻钢屋架、钢檩条和玻纤瓦。屋盖自重为0.35kN/m2，风荷载为0.35kN/m2，积灰荷载为0.2kN/m2，抗震设防烈度为Ⅶ度，构造抗震等级与当地设防列度相同，场地类别I类场地，结构阻尼比0.05，曲线下降阶衰减指数0.9，地面粗糙度为B，设计地震分组为第一组，特征周期为0.35s。

2 地震作用分析

配电楼结构的质量和刚度分布对称，计入扭转影响采用调整地震作用效应的方法，可不计入双向水平地震作用。水平地震作用应在配电楼建筑结构的两个主轴方向分别计算，并由该方向的抗侧力构件（抗震墙）承担。各抗侧力构件均为正交，故无须计算各抗侧力构件水平地震作用。

图1 首层平面

2.1 横向抗震分析

2.1.1 基本周期

（1）排架侧移柔度

外墙垛按矩形截面计算：

（2）基本周期

4×31.5+0.25×211.4=222.95kN

2.1.2 水平地震作用

一榀排架底部的总水平地震作用计算：

2.1.3 地震作用效应

2.1.4 柱截面抗震验算

柱截面偏心距验算

中柱：e0=M/N=13.28/103.19=0.12m＜0.9γ=0.9×0.31=0.279m

边柱：e0=M/N=13.28/61.74=0.21m＜0.9γ=0.9×0.31=0.279m

柱截面偏心距符合抗震要求，截面抗震承载力验算省略不计。

2.2 纵向抗震分析

采用柱列法计算，以B柱列为例：进行柱列柔度，自振周期及地震作用分析。

2.2.1 柱列柔度

（1）单根砖柱的纵向柔度

（2）抗震墙的纵向柔度

按“截面积相等”原则确定砖墙折算厚度：

ρ=H/L=5.9/8=0.74＜1，可仅考虑剪切变形。

（3）柱列的侧移柔度

2.2.2 自振周期

2.2.3 地震作用

2.2.4 构件地震作用

柱和砖墙分担的水平地震作用

3 截面抗震验算

柱子分担的水平地震作用FC很小，可以不用验算，只需验算砖抗震墙抗震承载力。

墙半高处的平均压应力σ0=83.05kN/m2

根据《砌体规范》查得M7.5砌体fv=0.14MPa=140kN/m2

正应力影响系数ξN=0.91

抗震砖墙半高处的地震作用下承载力验算：

4 结语

最新推广的35kV九连简易户内变电站按单跨砖柱单层砌体结构设计，结构两端均设置砖承重山墙。与柱相连并等高的纵墙内隔墙采用实心砖砌体抗震墙。独立砖柱不设置抗震墙时，应在柱顶设通长水平向压杆。独立的纵向内隔墙及横向内隔墙采取构造措施保证其平面外整体稳定性，沿房屋外墙及承重内墙在柱顶标高处设置闭合的现浇混凝土圈梁，圈梁截面宽度为240mm，高度为240mm，配筋4φ12。屋架与墙顶圈梁或柱顶混凝土垫块，采用螺栓或焊接连接。场地地基为软弱黏性土，故设置了条形基础，圈梁及构造柱等构造措施。

配电楼若采用两跨的中柱仅为砖柱，则按柱列法中间柱列分配的地震作用相对比较大，就不能满足抗震验算要求。根据抗震规范要求，对结构和非结构必须采取细部抗震构造措施。实际上的地震作用在纵向的分配因屋面纵向传力刚度的大小而不同，屋面纵向刚度大的两个边跨分配得要多一些；但对于屋面为轻型钢屋架其纵向按刚度传递地震作用的能力较弱。对于两跨简易变电站配电楼的中间榀仅设置为砖柱情况时，会因中间榀的砖柱承载能力弱而先于两侧砖壁柱破坏的情况。因此，对于单层砌体结构砖柱应尽量设置为单跨，使得纵向地震作用的分配较为合理。

项目已通过竣工验收，设计成果质量达标，投产运营后，取得良好的社会效益。