叢海超 馬建新

1大慶油田電力工程設(shè)計(jì)院2大慶油田工程有限公司

大慶地區(qū)變電站土建設(shè)計(jì)方案

叢海超1馬建新2

1大慶油田電力工程設(shè)計(jì)院2大慶油田工程有限公司

大慶地處東北嚴(yán)寒地區(qū)，極端溫差大且施工周期短，因此，變電站的建（構(gòu)）筑物在土建設(shè)計(jì)時(shí)，為保證變電站設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行安全，建議：建筑物應(yīng)為節(jié)能型；在變電站設(shè)計(jì)時(shí)，填充墻、隔墻在平面和豎向布置上應(yīng)盡量保證質(zhì)量、剛度均勻?qū)ΨQ，避免上下層剛度變化過大形成薄弱層；為滿足電氣設(shè)計(jì)要求，在確實(shí)無法滿足變電站框架結(jié)構(gòu)層間剛度均勻變化的情況下，可以在電纜層設(shè)置鋼支撐，這樣既能增加底層抗側(cè)剛度，又能滿足電纜層空間的使用要求。

變電站；土建工程；設(shè)計(jì)方案；凍脹；構(gòu)架

前言

大慶作為重要的石油工業(yè)城市,為確保油氣能源的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，對電力保障提出了更高要求。變電站是輸變電系統(tǒng)的重要一環(huán)，對油田電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

大慶地處北溫帶，屬于大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫4.2℃，冬季最低溫度-39.2℃，夏季最高溫度39.8℃，年平均氣壓0.098 MPa，累計(jì)年平均最大風(fēng)速28.28 m/s，冬季主導(dǎo)風(fēng)向西北方向，夏季主導(dǎo)風(fēng)向正西方向，年平均降雨量476.9 mm，最大積雪深度22 cm，最大凍土深度230 cm。

針對大慶地區(qū)的特殊環(huán)境，在總結(jié)以往變電站工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對變電站土建工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)作出幾點(diǎn)分析。

1 建筑物部分

1.1 建筑節(jié)能保溫墻體的設(shè)計(jì)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)從冬季防寒和夏季防熱兩方面綜合考慮節(jié)能問題，同時(shí)創(chuàng)造出良好的電力設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，目前黑龍江省已下發(fā)了推薦建筑節(jié)能保溫墻體的文件和技術(shù)規(guī)定。

采光窗推薦使用1.50 m×1.50 m的雙層中空玻璃窗，既能合理地配置外窗面積，使窗墻比在0.4～0.7之間，將通過窗體進(jìn)行的室內(nèi)外熱交換降到最低，降低建筑能耗，又能使玻璃的可見光透射比不小于0.40，滿足室內(nèi)采光要求。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)所有外窗的氣密性能不應(yīng)低于《建筑外窗氣密性能分級(jí)及其檢測方法（GB 7107—2002）》中規(guī)定的4級(jí)[1]。

外墻挑出構(gòu)件如雨蓬、挑檐等均應(yīng)采取隔斷熱橋和保溫措施，窗口外側(cè)四周墻面，均應(yīng)進(jìn)行保溫處理，外墻的縫隙應(yīng)采用彈性保溫材料加以封閉。

1.2 建筑物的屋面結(jié)構(gòu)與防水層裂縫的預(yù)防措施

為適應(yīng)東北高寒地區(qū)溫差大的特殊環(huán)境，變電站站區(qū)建筑物的挑檐板應(yīng)設(shè)伸縮縫，間距不宜大于10 m。由于平屋面防水層容易出現(xiàn)熱脹冷縮折拉裂縫的現(xiàn)象，因此，設(shè)計(jì)時(shí)建議考慮每隔10 m設(shè)一道弧形突起伸縮節(jié)，推薦平屋面防水材料采用抗褶皺性能良好的三元乙丙防水卷材和自粘橡膠瀝青防水卷材。

1.3 墻體飾面裂縫的預(yù)防措施

為提高圍墻、防火墻、建筑物的飾面工程質(zhì)量，設(shè)計(jì)建議控制外墻裝修時(shí)機(jī)，主墻體含水量不宜大于20%（基本干透），環(huán)境溫度宜控制在5～20℃，大面積抹灰罩面必須控制分縫間距。

1.4 控制最大伸縮縫間距

建（構(gòu)）筑物最大伸縮縫間距宜按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)85%控制，采用雙咬口膠條密封式伸縮縫構(gòu)造。對于不適合設(shè)置伸縮縫的超長建筑物，設(shè)計(jì)中應(yīng)注意控制整體結(jié)構(gòu)伸縮變形的協(xié)調(diào)性。

2 結(jié)構(gòu)部分

2.1 避免結(jié)構(gòu)上剛下柔

由于變電站的功能特性，使得變電站的柱網(wǎng)及填充墻的布置必須滿足電氣設(shè)計(jì)的要求，從而導(dǎo)致變電站的填充墻出現(xiàn)各層布置差別較大，最終出現(xiàn)底部柔弱層的建筑結(jié)構(gòu)。底層薄弱結(jié)構(gòu)在2008年汶川地震中破壞嚴(yán)重[2]，如圖1所示。

變電站設(shè)計(jì)時(shí)，填充墻、隔墻在平面和豎向布置上應(yīng)盡量保證質(zhì)量、剛度均勻?qū)ΨQ，避免上下層剛度變化過大形成薄弱層；為滿足電氣設(shè)計(jì)要求，在確實(shí)無法滿足變電站框架結(jié)構(gòu)層間剛度均勻變化的情況下，可以在電纜層設(shè)置鋼支撐，這樣既能增加底層抗側(cè)剛度，又能滿足電纜層空間的使用要求。

圖1 底部薄弱框架結(jié)構(gòu)破壞

2.2 構(gòu)（支）架部分

2.2.1 戶外鋼結(jié)構(gòu)減少現(xiàn)場焊接量

現(xiàn)場焊接工藝受氣候條件影響，較難保證施工質(zhì)量，因此構(gòu)（支）架及屋外鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場組裝盡量采用螺栓連接，為適應(yīng)70℃極端溫差反復(fù)作用效果，建議所有螺栓配用防松動(dòng)墊圈。戶外鋼結(jié)構(gòu)盡量避免焊接構(gòu)造，必須采用焊接的節(jié)點(diǎn)宜使用Q235D、Q345D級(jí)鋼材，重要焊縫等級(jí)不低于二級(jí)，嚴(yán)格控制焊條、焊劑型號(hào)品牌的選用，嚴(yán)禁使用超長焊縫或應(yīng)力集中的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。

2.2.2 建議構(gòu)（支）架按抗疲勞構(gòu)件設(shè)計(jì)

現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范對于使用壽命期內(nèi)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)超過5×104次的結(jié)構(gòu)，規(guī)定應(yīng)考慮疲勞影響[3]，對于構(gòu)（支）架和避雷針等，建議按抗疲勞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；對于非焊接的戶外鋼結(jié)構(gòu)，選用鋼材抗冷脆技術(shù)指標(biāo)不低于Q235C、Q345C級(jí)鋼材標(biāo)準(zhǔn)，并且優(yōu)先采用Q235D、Q345D級(jí)鋼材。

2.2.3 基礎(chǔ)選型

季節(jié)凍土地區(qū)由于凍脹和融沉破壞，常常會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)凍脹拔出，或者由于基礎(chǔ)發(fā)生凍脹破壞，導(dǎo)致電桿傾斜，從而致使導(dǎo)線懸垂對地安全距離不能滿足，見圖2。

圖2 某110千伏變電所電桿基礎(chǔ)凍脹破壞

借助ABAQUS有限元軟件，分別對土體凍脹和融沉?xí)r桿塔基礎(chǔ)在外荷載作用下的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，得出當(dāng)基礎(chǔ)斜面傾角大于9.5°時(shí)基本沒有位移，基礎(chǔ)穩(wěn)定，因此設(shè)計(jì)中可取最優(yōu)傾角為10°。

2.2.4 構(gòu)架選型

大慶地區(qū)變電站構(gòu)架形式以傳統(tǒng)的鋼筋混凝土環(huán)形桿為主，這種構(gòu)架自重大、組裝和運(yùn)輸困難、易出現(xiàn)裂縫、后期維護(hù)困難?，F(xiàn)在南方一些城市已經(jīng)放棄使用這種構(gòu)架型式，而使用鋼管桿，大慶地區(qū)很多廠家設(shè)備自帶的構(gòu)架也使用鋼管桿。鋼管桿具有安裝簡單、維修方便、強(qiáng)度高、抗震性好等優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中可以采用。

3 預(yù)防環(huán)境破壞影響的措施

3.1 預(yù)防雪災(zāi)影響的措施

進(jìn)站道路路徑選擇應(yīng)避免路面低于路邊自然地面，注意冬季地域主導(dǎo)風(fēng)向，避開低洼地帶和茂密林帶下風(fēng)側(cè)邊緣，盡量減緩寒風(fēng)積雪阻斷交通。為防止春秋季節(jié)雨雪凍融影響交通，站內(nèi)外道路不宜采用光面路面。

對進(jìn)站道路、圍墻、建（構(gòu)）筑物做局部地貌積雪判斷，采取必要的措施，盡量避免形成積雪災(zāi)害對生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)產(chǎn)生安全隱患；構(gòu)（支）架高度按電氣基本要求增加對地距離0.2～0.3 m。

3.2 預(yù)防凍脹破壞的措施

土體凍脹力對于電纜溝、集水井、建筑物基礎(chǔ)等地面以下設(shè)施具有較大的破壞作用，需要采取防凍脹措施?？梢栽诨A(chǔ)凍深范圍內(nèi)，溝道或基礎(chǔ)的外側(cè)貼護(hù)保溫苯板或設(shè)置級(jí)配砂，緩解凍脹壓力?？蚣芙Y(jié)構(gòu)盡量考慮條形聯(lián)合基礎(chǔ)，地基梁下設(shè)架空隔離層，嚴(yán)禁地基梁或墻體直接砌筑在電纜溝或受凍脹影響的土層上。建筑物室內(nèi)隔墻基礎(chǔ)也落在凍土深度以下，防止非采暖期的凍脹破壞。

[1]黑龍江省建筑設(shè)計(jì)研究院．公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)黑龍江省實(shí)施細(xì)則：DB 23/1269—2008[S]．哈爾濱：黑龍江省建設(shè)廳，2008：13-18.

[2]葉列平，曲哲，陸新征，等．建筑結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力—汶川地震建筑震害的教訓(xùn)[J]．建筑結(jié)構(gòu)，2008，29（4）：42-50.

[3]中華人民共和國建設(shè)部．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50017—2003[S]．北京：中國計(jì)劃出版社，2003：60.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.021

2015-01-05