寧宇，郭波，陰崇智

（1.國網(wǎng)山西省電力公司運(yùn)城供電公司，山西運(yùn)城044000；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原030001）

鋼框架輕鋼密支龍骨結(jié)構(gòu)體系在標(biāo)準(zhǔn)配送式變電站應(yīng)用的探討

寧宇1，郭波1，陰崇智2

（1.國網(wǎng)山西省電力公司運(yùn)城供電公司，山西運(yùn)城044000；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原030001）

闡述了裝配式變電站建設(shè)是近年電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的方向，提升變電站建設(shè)技術(shù)水平，推進(jìn)變電站實(shí)用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，提升安全穩(wěn)定供電能力，是有效支撐“調(diào)控一體、運(yùn)維一體”的必然條件。針對標(biāo)準(zhǔn)配送式變電站建筑物，采用鋼框架輕鋼密支龍骨結(jié)構(gòu)體系，房屋主體及維護(hù)材料均為工廠化批量制作，現(xiàn)場快速拼裝，地面以上無“濕作業(yè)”，現(xiàn)場機(jī)械化施工程度高，減少勞動力投入，有效提高工程建設(shè)效率，降低安全施工風(fēng)險，工程施工質(zhì)量和工藝水平得到有效保障。

鋼框架；結(jié)構(gòu)體系；配送式；變電站

0 引言

標(biāo)準(zhǔn)配送式變電站建設(shè)的主要技術(shù)原則是：“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、裝配式建設(shè)”。針對裝配式變電站高壓室建筑物，地基采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，房屋主體采用鋼框架輕鋼密支龍骨結(jié)構(gòu)體系，通過工廠生產(chǎn)預(yù)制、現(xiàn)場裝配安裝兩大階段來建設(shè)變電站房屋，這種建設(shè)方式大大減少了變電站在建設(shè)期的占地面積，大幅縮減建設(shè)工期，提高變電站建設(shè)全過程精益化管理和建設(shè)效率[1-2]。

1 可行性論證

1.1 建筑物使用壽命

常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)建筑物為普通型鋼加彩鋼瓦形式，因防腐方面的缺陷，使用年限均不超過30年。根據(jù)變電站建筑設(shè)計規(guī)范要求，站內(nèi)主建筑物設(shè)計使用年限為50年。因此首要是保證主體結(jié)構(gòu)50年的安全使用年限，其次各種選用材料也必需保證50年使用期限。鋼框架輕鋼密支龍骨采用G550高強(qiáng)鍍鋁鋅鋼帶，墻體內(nèi)外圍護(hù)面板采用0.8mm厚鋁鎂合金板，連接螺栓為不銹鋼螺栓，整體結(jié)構(gòu)耐腐蝕性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)體系使用可以達(dá)到60年。不但保證使用期限的安全性，還保證了使用期后的可回收性。項(xiàng)目中所使用的大多數(shù)材料都是再生的，在它們壽命終結(jié)的時候還能繼續(xù)循環(huán)利用，因此對資源的使用和能耗方面更具有效率和可持續(xù)性。

1.2 強(qiáng)度和安全性

該體系中鋼框架鋼材的強(qiáng)度為Q345材質(zhì)，輕鋼龍骨選用G550高強(qiáng)鍍鋁鋅鋼帶，比目前任何常規(guī)使用建材強(qiáng)度都高。因?yàn)榭蚣芎茌p，運(yùn)輸和處理起來也就更加容易，輕鋼龍骨為建筑物提供更大的保障。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)經(jīng)過有效設(shè)計，即使是處在強(qiáng)風(fēng)甚至颶風(fēng)中，房屋也會十分穩(wěn)固。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)輕巧穩(wěn)固，即便在地震中也非常安全。

1.3 防火、防銹、防蛀性能

本結(jié)構(gòu)體系采用包裹式防火，受力骨架兩側(cè)均包裹50mm厚高密度鋁箔巖棉板，單面耐火極限超過2 h，可抵抗攝氏1 000℃的過火燃燒。主結(jié)構(gòu)除銹等級為St2，涂刷環(huán)氧富鋅防銹底漆，輕鋼龍骨骨架則采用鍍鋁鋅涂層防護(hù)，鍍鋅量在275 g/m2以上，不易燃，防銹和防蛀，綜合安全性極高。

1.4 制造技術(shù)的先進(jìn)性

該輕鋼結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計制造，采用全電腦化數(shù)控制作，桿件的精度在0.5mm之內(nèi)，智能化的設(shè)計及精準(zhǔn)的制造過程，保證了構(gòu)件的垂直度和尺寸，使建筑速度更快，安裝更簡單。因?yàn)轶w系中的每一根桿件都有明確的標(biāo)志，現(xiàn)場組裝快捷而簡單，可以比傳統(tǒng)的建筑方法要快30%以上。

2 結(jié)構(gòu)體系計算

本結(jié)構(gòu)體系為鋼框架輕鋼密支龍骨結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)考慮了蒙皮效應(yīng)，但也僅作為一項(xiàng)安全儲備存在?？癸L(fēng)體系主要由門式鋼框架結(jié)構(gòu)承受，豎向受力主要由G550高強(qiáng)鍍鋁鋅輕鋼龍骨裝配的墻體及屋架承受。

2.1 結(jié)構(gòu)屋架

結(jié)構(gòu)屋架采用0.95mm厚G550高強(qiáng)鍍鋁鋅輕鋼龍骨三角形屋架，屋架間距600mm。屋面設(shè)計荷載：恒載，0.65 kN/m2；活載，0.5 kN/m2；風(fēng)載，0.45 kN/m2；吊頂荷載，0.14 kN/m2。

2.2 填充墻體系

填充墻采用0.95mm厚G550高強(qiáng)鍍鋁鋅C型鋼，豎向龍骨間距600mm龍骨，和間距600mm的屋架呈一一對應(yīng)，從而形成有效的密支龍骨體系；橫向龍骨間距1 000 mm，除了傳遞部分風(fēng)荷載至框架柱外，主要是提供豎向龍骨的安裝階段的穩(wěn)定。墻體待外維護(hù)板安裝完畢后會形成應(yīng)力蒙皮效應(yīng)，進(jìn)入整體受力階段。

2.3 抗風(fēng)鋼架驗(yàn)算

材料：90mm×180mm×5mm Q235矩形管。基本風(fēng)壓：0.45 kN/m2。體形系數(shù)：迎風(fēng)面+0.8，背風(fēng)面-0.5。換算風(fēng)壓：迎風(fēng)面+2.6kN/m，背風(fēng)面-1.62 kN/m。驗(yàn)算結(jié)果：抗風(fēng)鋼架結(jié)構(gòu)安全。

2.4 裝配式變電站建筑節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

a）墻體維護(hù)材料節(jié)點(diǎn)：墻體材料由外到里分別為：0.8mm厚鋁鎂合金外墻板，50mm厚鋁箔巖棉防火隔熱層，輕鋼密支龍骨結(jié)構(gòu)，50mm厚鋁箔巖棉防火隔熱層，0.8mm厚鋁鎂合金內(nèi)墻板。

b）屋面構(gòu)造做法由外至內(nèi)分別為：屋面1.0mm厚鋁鎂合金板，屋架外側(cè)50mm厚鋁箔巖棉防火保溫隔熱層，輕鋼密支龍骨結(jié)構(gòu)屋架，屋架內(nèi)側(cè)50 mm厚鋁箔巖棉防火隔熱層，室內(nèi)600 mm×600mm鋁合金吊頂扣板。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖1—圖3所示。

圖1 鋼框架建筑物外墻節(jié)點(diǎn)二（mm）

圖2 鋼框架建筑物屋面構(gòu)造做法（mm）

圖3 鋼框架建筑物整體結(jié)構(gòu)模型

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

a）構(gòu)件強(qiáng)度高、自重輕，截面尺寸小，有利抗震和增加房屋使用面積。冷彎薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)墻體重量僅是磚混墻體的1/9～1/10左右。構(gòu)件自重輕，便于整體運(yùn)輸、安裝。構(gòu)件截面尺寸小、墻體薄，有利提高房屋使用率。與一般混凝土房屋相比，增加房屋使用面積5%～10%。由于房屋整體自重僅為傳統(tǒng)房屋的1/3～1/5，對建筑場地及房屋基礎(chǔ)處理要求不像傳統(tǒng)一樣要求苛刻，基礎(chǔ)地基費(fèi)用大大降低。

b）構(gòu)件采用鍍鋅或鍍鋁鋅薄鋼板，防銹性能好，減少結(jié)構(gòu)維修護(hù)理費(fèi)用。構(gòu)件地處潮濕環(huán)境且裸露狀態(tài)時，鍍鋅量要求一般為275 g/m2(相當(dāng)鍍鋅厚度為20μm)，根據(jù)英國鋼鐵公司對不同地區(qū)、環(huán)境的15棟輕鋼結(jié)構(gòu)房屋跟蹤取樣的測試結(jié)果：輕鋼鍍鋅構(gòu)件銹蝕率為3年平均不到0.1μm，也就是說，處于半封閉條件下的8μm厚鍍鋅冷彎薄壁型鋼構(gòu)件，正常使用條件下，使用壽命可達(dá)240年。而一般住宅的設(shè)計壽命僅50年?，F(xiàn)如今在英美及歐洲海濱城市，已經(jīng)有鍍鋅或鍍鋁鋅薄鋼板使用超過60年的房屋存在，并且依舊正常使用。

c）工廠制造、工地拼裝，施工速度快，實(shí)現(xiàn)了房屋建筑產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)。由于構(gòu)件輕，房屋的墻體、樓面（包括面板，乃至門窗，外裝飾面材、保溫材料等）基本上均可在工廠制造完成，板塊運(yùn)送至工地，沒有焊接等工序，采用自攻螺釘或螺栓連接拼裝，房屋現(xiàn)場建造施工速度之快，是其他任何結(jié)構(gòu)體系無可比擬的。

d）鋼材回收率為100%，施工干作業(yè)，符合國家持續(xù)發(fā)展和環(huán)保、節(jié)能要求。冷彎薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)房屋基本為干作業(yè)，節(jié)約大量施工用水，改善混凝土結(jié)構(gòu)施工環(huán)境臟亂、燥音大的局面；此外，墻體構(gòu)造有空腔，室內(nèi)外空氣在墻體內(nèi)可流動，建筑的熱工性能、房屋舒適度更好，因綜合保溫效果是傳統(tǒng)建筑的5倍節(jié)能，可有效回避因過冷過熱引發(fā)的電器開關(guān)等儀表儀器靈敏度降低的問題。符合國家可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保、節(jié)能的要求。

e）鋼架結(jié)構(gòu)對雷電安全性：事實(shí)上，冷彎薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)鋼框架能給房子使用者提供更多的保護(hù)，因?yàn)樵陂W電的時候，它直接將閃電引到地面上去。這減少了爆炸或者次生火災(zāi)的現(xiàn)象。

f）鋼架結(jié)構(gòu)房屋可以改建：因?yàn)槔鋸澅”谳p鋼結(jié)構(gòu)鋼架可以在房屋設(shè)計的時候允許較大的跨度，較少需要內(nèi)部承重墻，這就賦予了更多的設(shè)計靈活性，未來使用過程中房屋內(nèi)部變更變得很容易。

g）建筑外觀：冷彎薄壁型鋼構(gòu)架體系的板塊房屋體系看起來和周圍的采用傳統(tǒng)建造方式的其他建筑沒有任何不同。只是用冷軋鋼材骨架取代了木材骨架構(gòu)件或磚混做法。冷彎薄壁型鋼構(gòu)架體系的板塊房屋體系看起來都和當(dāng)?shù)氐拇u混或混凝土房屋一樣，甚至也能夠按照秦磚漢瓦的建筑風(fēng)格建造。

h）冷彎薄壁型鋼房屋的建造建造成本：當(dāng)傳統(tǒng)的建造方法建造的房屋因材料價格不穩(wěn)定以及人工成本的大幅增加，而使其價格增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于通貨膨脹之際，鋼鐵的價格僅僅經(jīng)歷了一些小波動的季節(jié)性調(diào)整。全球的建筑工人已經(jīng)肯定了冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)房屋一般比采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)建造成本造價低的事實(shí)[3-4]。

4 結(jié)語

電網(wǎng)建設(shè)屬于一個相對復(fù)雜型項(xiàng)目，是關(guān)系到國計民生、社會穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要工程。在變電站建設(shè)過程中，采用冷彎薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)建造，其建筑物抗震性強(qiáng)、防潮透氣、保溫隔熱，而且具備施工周期短、低碳環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是今后標(biāo)準(zhǔn)配送式變電站建設(shè)的重要方式。

［1］鐘善桐.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1991：21-35.

［2］王銳.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展［J］.科學(xué)之友，2010（05）：9-13.

［3］楊漢林.溫度對超大型鋼結(jié)構(gòu)影響研究［D］.河北聯(lián)合大學(xué)，2012.

［4］林錯錯.高強(qiáng)度鋼材焊接截面軸壓構(gòu)件局部穩(wěn)定性能和設(shè)計方法［M］.北京：清華大學(xué)，2012：7-29.

The App lication of Steel Framew ith Light Guage Steel Support Structure System in Standard Prefabricated Substation

NING Yu1，GUO Bo1，YIN Chong-zhi2
（1.State Grid Yuncheng Power Supp ly Com oany，Yuncheng，Shanxi 044000，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Prefabricated substation is the development direction of grid construction in recent years.It has become a necessary condition foreffective supportof Integration ofRegulation and Control，Integration ofOperation and Maintenance to enhance the technique level of substation construction，to promote practical，modular and standard construction，and to improve the security and stability of power supply.For standard prefabricated substation，steel frame with light guage steel support structure system is adopted，and the buildingmaterialsare produced in batches.Thus，thematerials can be assembled fastand wetwork isnotneed above ground.High degree ofmechanization is realized，which can improve the construction efficiency and reduce construction risk.The construction quality and technological levelareeffectively guanranteed.

steel frame；structuralsystem；distribution type；substation

TU391

B

1671-0320（2014）05-0065-04

2014-06-06，

2014-07-30

寧宇（1969-），男，山西運(yùn)城人，1991年畢業(yè)于太原電力?？茖W(xué)校工業(yè)與民用建筑專業(yè)，高級工程師，從事電網(wǎng)建設(shè)管理、工程建（構(gòu)）筑物應(yīng)用研究工作；

郭波（1982-），男，山西運(yùn)城人，2005年畢業(yè)于西安科技大學(xué)自動化專業(yè)，工程師，從事電網(wǎng)建設(shè)管理工作；

陰崇智（1969-），男，山西中陽人，1998年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，高級工程師，從事繼電保護(hù)及電網(wǎng)建設(shè)工作。