張文超

佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司

摘要：介紹了鋼結(jié)構(gòu)在變電站應(yīng)用實(shí)例，分析了鋼結(jié)構(gòu)在變電站建筑上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)以及存在的不足和解決方案。

關(guān)鍵詞：變電站；建筑；鋼結(jié)構(gòu)；

隨著城市建設(shè)及電網(wǎng)的飛速發(fā)展，變電站的建設(shè)也在不斷發(fā)展。根據(jù)變電站建設(shè)中的節(jié)能、環(huán)保、抗震、標(biāo)準(zhǔn)化的要求，通過(guò)研究及應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)作為一種新型建筑材料，憑借其優(yōu)越的特性，將逐漸成為變電站建筑發(fā)展的一個(gè)新方向。我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑市場(chǎng)發(fā)展只有十余年，還處于起步階段，具有廣闊的發(fā)展前景。美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家鋼結(jié)構(gòu)建筑已有上百年歷史，其工業(yè)化程度己經(jīng)從工業(yè)化專用體系走向了大規(guī)模通用體系，很值得我們?nèi)ソ梃b學(xué)習(xí)。

一、鋼結(jié)構(gòu)在變電站應(yīng)用實(shí)例

典型鋼結(jié)構(gòu)變電站一般采用主體建筑為鋼結(jié)構(gòu)，地下電纜夾層為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。工程建筑面積和高度均可視變電站需求取相應(yīng)數(shù)值，院內(nèi)設(shè)有循環(huán)道路等附屬設(shè)施。要求主廠房耐火等級(jí)達(dá)到Ⅰ級(jí)，抗震滿足防烈度8度，建筑物設(shè)計(jì)使用年限達(dá)到50年。變電站分主廠房、GIS室、主變間。主廠房地上部分采用兩層鋼結(jié)構(gòu)形式，地下部分是夾層，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式。主廠房地上一層設(shè)10 kV開(kāi)關(guān)室、10 kV接地變室、警衛(wèi)室等附屬房間，主廠房地上二層設(shè)主控室、電容器室等。GIS室、主變間為單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，與主廠房貼建。

鋼結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)要點(diǎn)：將上部鋼框架結(jié)構(gòu)的嵌固部位設(shè)在地下室頂板上，框架鋼柱的柱腳采用基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓連接，基礎(chǔ)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁式筏基，應(yīng)注意基礎(chǔ)螺栓在柱內(nèi)及頂板梁上預(yù)埋時(shí)質(zhì)量控制。結(jié)構(gòu)安裝焊接質(zhì)量控制采用現(xiàn)場(chǎng)超聲波檢測(cè)。變電站工程的樓板采用組合結(jié)構(gòu)，樓板采用壓型鋼板上現(xiàn)澆混凝土的組合樓板。外墻采用加氣混凝土砌塊，外墻裝飾材料采用鋁單板，焊接安裝牢固整體性好、不易脫落、美觀大方。

二、鋼結(jié)構(gòu)在變電站應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，在使用功能、材料性能、受力特點(diǎn)、設(shè)計(jì)、施工工藝和工期、環(huán)保節(jié)能以及綜合經(jīng)濟(jì)方面都具有優(yōu)勢(shì)，變電站建筑應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1、鋼結(jié)構(gòu)材料自重輕而承載力高

鋼結(jié)構(gòu)材料與鋼筋混凝土材料相比，具有自重輕而承載力高的特點(diǎn)。據(jù)資料顯示，鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度重量比的指數(shù)是鋼筋混凝土的5倍以上。鋼材的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度相對(duì)較高，截面的選擇可以相對(duì)較小，從而可顯著減輕結(jié)構(gòu)自重。一般情況下，鋼筋混凝土建筑物的自重在1.5～2.0 t/m2左右，鋼結(jié)構(gòu)建筑自重大多在1.0 t/m2以下，相差近2倍，減輕自重的優(yōu)勢(shì)明顯。在承受荷載條件相同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)自重輕，基礎(chǔ)承擔(dān)的荷載也相應(yīng)減少，可降低基礎(chǔ)及基礎(chǔ)處理造價(jià)，一定程度上縮短了建設(shè)工期。

2、抗震性能好

在國(guó)外的部分地震區(qū)里大部分建筑是以鋼結(jié)構(gòu)為主，主要原因就是鋼結(jié)構(gòu)具有良好抗震性能。按抗震設(shè)計(jì)規(guī)定：彈性計(jì)算階段的高層結(jié)構(gòu)層間位移限制，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)定為h/550，而對(duì)鋼結(jié)構(gòu)則可放寬至h/300，二者相差約1.8倍?？梢?jiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑整體性好，抗震性能好，與鋼筋混凝土相比在強(qiáng)度、韌性、延性、強(qiáng)度質(zhì)量比上都具有優(yōu)勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)用于變電站建筑可充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，使建筑具有優(yōu)良的抗震抗風(fēng)性能，大大提高變電站的安全可靠性。鋼結(jié)構(gòu)建筑能夠滿足抵御烈度為8度的強(qiáng)烈地震的破壞，符合我國(guó)對(duì)變電站抗震《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》、《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的要求。

3、施工實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，易于質(zhì)量控制，并有效減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工期

鋼結(jié)構(gòu)材料除基礎(chǔ)按照傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行建造外，其它全部實(shí)現(xiàn)了工廠預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)裝配化施工，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化運(yùn)作，影響材料質(zhì)量因素大大減少，質(zhì)量監(jiān)督控制較容易，便于形成標(biāo)準(zhǔn)的建筑體系，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件的工廠化和施工的機(jī)械化。變電站一般為2-3層建筑，鋼結(jié)構(gòu)工程可取一個(gè)施工段，在現(xiàn)場(chǎng)一次吊裝作業(yè)，同時(shí)樓板采用鋼板作為澆注混凝土模板的組合式樓板，作業(yè)流程簡(jiǎn)單，施工快捷，節(jié)省搭設(shè)腳手架和模板工序，并且各分項(xiàng)工程可以同時(shí)進(jìn)行施工而互不影響，節(jié)省了時(shí)間和勞動(dòng)力，現(xiàn)場(chǎng)工作量明顯減少，現(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)如圖1所示。

4、分割布置靈活，能合理利用空間

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于材料自重大，限制了空間尺寸，如果跨度過(guò)大，就會(huì)出現(xiàn)梁高、柱大、板厚的現(xiàn)象。而鋼結(jié)構(gòu)柱及輕質(zhì)圍護(hù)分隔墻體自身占用面積較小，可以減少房屋結(jié)構(gòu)占用的建筑面積，從而增加建筑物內(nèi)有效使用面積，即相同的占地面積產(chǎn)生更多的使用面積。同時(shí)利用鋼材的高強(qiáng)度重量比特點(diǎn)，采用跨度較大開(kāi)間設(shè)計(jì)，使建筑平面能夠合理分隔，靈活方便，滿足相同結(jié)構(gòu)類型變電站安裝不同設(shè)備的需要。

5、環(huán)保節(jié)能

鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件大多采用工廠化加工、運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)裝配，構(gòu)件采用焊接或螺栓連接，如變電站安裝電氣設(shè)備一樣，隨時(shí)購(gòu)買，隨時(shí)安裝。因此施工占地少，大量減少混凝土等濕式作業(yè)，取而代之的干式施工無(wú)污染，無(wú)燥音，避免了濕式施工造成的環(huán)境污染和噪聲污染。使用壽命到期時(shí)，鋼材是可以100%回收再利用資源，舊ASA板材拆除回收經(jīng)粉碎可以生產(chǎn)新的ASA板材，完全符合當(dāng)今環(huán)保概念的要求。正是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)形式相比具有如上優(yōu)點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)才能在當(dāng)今建筑工程中的應(yīng)用取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

三、鋼結(jié)構(gòu)存在的不足及解決方案

鋼結(jié)構(gòu)在建筑應(yīng)用中盡管有很多優(yōu)勢(shì)，但它仍存在一些弱點(diǎn)，需要采取相應(yīng)措施予以改進(jìn)。

1、鋼結(jié)構(gòu)的防火問(wèn)題

耐火性弱決定了鋼結(jié)構(gòu)必須采取防火措施。鋼結(jié)構(gòu)建筑的梁、柱、屋架大多采用鋼材，是建筑的骨架，直接關(guān)系到整個(gè)建筑的安全，鋼材雖然是不燃材料，但是會(huì)隨著溫度的變化，其力學(xué)指標(biāo)會(huì)發(fā)生很大的改變，承載力和平衡穩(wěn)定性會(huì)隨溫度升高而大幅度下降。鋼結(jié)構(gòu)在溫度達(dá)到350 ℃、500 ℃、600 ℃時(shí)，其強(qiáng)度分別下降1/3、1/2、2/3，在高溫條件下其內(nèi)部應(yīng)力也會(huì)發(fā)生改變，使鋼結(jié)構(gòu)承重體系出現(xiàn)問(wèn)題。按照理論計(jì)算，在全負(fù)荷下，鋼結(jié)構(gòu)失去平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為500 ℃，一般火場(chǎng)溫度都在800～1000 ℃左右，在這樣的高溫條件下，無(wú)任何保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)很快就會(huì)出現(xiàn)塑性變形倒塌。

目前鋼結(jié)構(gòu)通常有三種防火保護(hù)方法：噴涂法，包敷法，水淋冷卻法，變電站的耐火等級(jí)一般為Ⅰ級(jí)，可根據(jù)具體情況選出最適合的鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)方法，符合《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求，做到既安全又經(jīng)濟(jì)。變電站可選用噴涂法達(dá)到防火保護(hù)作用，但會(huì)使鋼結(jié)構(gòu)表面變得粗糙，同時(shí)還會(huì)增加鋼結(jié)構(gòu)的承重?？梢赃m當(dāng)考慮包敷法。

2、鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕問(wèn)題

鋼結(jié)構(gòu)不耐腐蝕是另一個(gè)主要缺陷，這也是鋼自身特性所決定的。目前鋼結(jié)構(gòu)通常有五種防腐保護(hù)方法：耐候鋼、熱浸鋅、熱噴鋁（鋅）復(fù)合涂層、涂層法、陰極保護(hù)法。由于變電站設(shè)計(jì)使用年限一般為50年，因此，在選擇鋼結(jié)構(gòu)防腐時(shí)一定要考慮長(zhǎng)效的防腐方法，熱噴鋁（鋅）復(fù)合涂層是一種比較好的變電站防腐解決方法，它是通過(guò)一定工藝使鋼結(jié)構(gòu)表面形成一種復(fù)合涂層，達(dá)到防腐效果。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)構(gòu)件尺寸適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)件形狀尺寸幾乎不受限制。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是這種工藝的熱影響是局部受約束的，不會(huì)產(chǎn)生熱變形。另外，在防腐處理之前應(yīng)對(duì)鋼構(gòu)件表面進(jìn)行完全地清理（機(jī)械處理法），否則會(huì)影響涂層和構(gòu)件的結(jié)合和防腐，影響使用壽命。

3、變電站特殊需求決定鋼結(jié)構(gòu)變電站的特殊性

與其它鋼結(jié)構(gòu)建筑物不同，變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能的電力設(shè)施，決定了變電站要設(shè)置大量埋件來(lái)安裝設(shè)備，要有大量線纜、埋管穿梭于各個(gè)設(shè)備間，要有很多設(shè)備開(kāi)洞等來(lái)滿足今后設(shè)備的安裝、運(yùn)行要求。目前主要利用鋼柱、鋼梁設(shè)置并可包裹在板材之內(nèi)的解決方案。在設(shè)置較大荷載埋件時(shí)須采用混凝土結(jié)構(gòu)形式時(shí)，應(yīng)盡量減少現(xiàn)場(chǎng)混凝土的施工作業(yè)。管線敷設(shè)可采用在墻體上開(kāi)槽暗敷埋設(shè)，最后進(jìn)行墻體粉刷，使墻體表面平整，應(yīng)盡量減少線槽敷設(shè)的明敷形式。

四、結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，鋼結(jié)構(gòu)具有良好的性能，是今后理想的建筑材料。隨著鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷成熟，提倡環(huán)保和節(jié)能的今天，鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用將得到更大的發(fā)展，也必將在變電站建筑中得到很好的應(yīng)用。