孫守好

（安徽華電工程咨詢設計有限公司 安徽合肥 230022）

變電站生產(chǎn)綜合樓裝配式方案研究

孫守好

（安徽華電工程咨詢設計有限公司 安徽合肥 230022）

鋼結構廠房因其施工速度快、承載力高、整體剛度和抗震性能好，在工業(yè)廠房和民用設計中逐步代替了笨重的鋼筋混凝土結構而得到了普遍應用。同時，由于變電站建筑面積小，鋼材指標在建筑工程中所占比例較小，故推薦使用鋼結構。本文主要從抗震、環(huán)保等方面分析了變電站綜合樓裝配式鋼結構施工的優(yōu)選方案。

裝配式；變電站；結構

1 本站建筑物概況及和位置優(yōu)選

本站僅布置一棟兩層生產(chǎn)綜合樓，主變布置在生產(chǎn)綜合樓的的南側，一層布置110kV開關室、35kV開關室及二次設備室及輔助用房，二層布置220kV開關室。調(diào)整后的總建筑面積為2120.40m2，較可研4813.9m2壓縮了56.0%，不僅高效利用了有限的土地資源，更體現(xiàn)了功能至上的工業(yè)建筑精神，建筑物概況詳見表1。

表1 建筑物概況一覽表

通過合理布置房間，使設計方案實現(xiàn)了在總平面中的占地面積最小化，節(jié)約了建造成本。

1.1 本工程建筑各構件防火分析

根據(jù)本工程所處的地理環(huán)境和的重要性確定，生產(chǎn)綜合室使用年限60年，抗震設防類別為乙類，火災危險性類別為丙類，耐火等級為二級。建筑防火設計符合國家現(xiàn)行《建筑設計防火規(guī)范》（GB50016-2006）及相關設計規(guī)程的規(guī)定，在防火分區(qū)、防火構造、疏散門、通道和構件的耐火極限等方面進行設計。

1.2 建材綜合性能比較

山東地區(qū)為冬冷夏熱地區(qū)，建筑物外墻是降低建筑能耗的關鍵因素之一，外墻材料及其構造，是裝配式建筑推廣的關鍵技術之一。在墻板選材方面，隨著科技的不斷進步，各種新材料不斷涌現(xiàn)，并得到了廣泛的應用。

裝配式結構外墻的設計原則：

（1）應具備質(zhì)輕、保溫、隔熱、隔聲、防火、防水、耐凍、耐老化、耐侯和環(huán)保等性能；

（2）材料的正常使用壽命應與建筑的使用年限相適應，并考慮使用壽命全過程的費用，包括板材在使用過程中的維修費用和壽命結束時的處理費用；

（3）應與鋼結構有可靠的連接，以滿足抗震設防和結構延性的需要；

（4）應盡可能模數(shù)化、工廠化、施工快捷，并有配套的連接件、施工機具，更要因地制宜。

1.3 樓面、屋面材料選型及分析

樓面、屋面材料首先應滿足結構荷載的需要，保證建筑物在安裝、運輸、使用期間滿足強度和變形的要求。提高樓面、屋面的保溫隔熱性能，是減少空調(diào)耗能，改善室內(nèi)熱環(huán)境的一個重要措施，其次屋面保溫、防水的設計，也是確保工藝設備能正常運行的關鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)目前的工程實踐及調(diào)研，本變電站裝配式建筑在樓面及屋面選用壓型鋼板底模現(xiàn)澆板結構。具體論述詳見《裝配式多層建筑樓面及屋面材料選擇專題報告》。

1.4 “綠色”環(huán)保型建筑

1.4.1 外墻做法

作為建筑物外圍護結構的墻體，其所采用的隔熱保溫材料能夠直接影響建筑物的傳熱量。本工程外墻為纖維水泥加壓板復合墻體，經(jīng)過計算本墻體的傳熱系數(shù)為0.18，而我國對寒冷地區(qū)建筑物外墻傳熱系數(shù)要求不大于0.5，符合國家要求。而且?guī)r棉板具有優(yōu)良的防火、保溫和吸音性能，在生產(chǎn)中加入防水添加劑后，還具有較好的防潮憎水性，這些特性都非常適合本工程建筑外墻采用。

1.4.2 屋頂做法

屋頂作為建筑物最上層的維護結構，在建筑保溫隔熱方面同樣具有極其重要的作用。在寒冷地區(qū)，屋頂構造設計同樣需要滿足冬季保溫的要求，減少室內(nèi)熱量損失。本工程屋面需安裝太陽能光伏電池板，設備支座較多，屋面防水要求較高，為滿足屋面防水要求，防水采用雙層復合防水，屋面做法采用倒置式上人屋面。

倒置式上人屋面由上到下做法為：細石混凝土保護層；憎水硬質(zhì)巖棉保溫板；APF改性瀝青防水卷材防水層；噴涂速凝橡膠瀝青防水材料；水泥砂漿找平層；壓型鋼板底?，F(xiàn)澆板結構層。其中巖棉保溫板具有優(yōu)良的防火性，符合公安部（2011）29號文中關于屋面保溫層不得選用擠塑板等可燃保溫材料的要求。經(jīng)過熱工計算得到屋頂傳熱系數(shù)為0.41，滿足國家關于寒冷地區(qū)三層以下建筑屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)不大于0.45的要求。

圖1 噴涂速凝橡膠瀝青防水材料施工做法

1.4.3 門窗做法

本設計中的窗采用斷橋鋁合金窗，玻璃采用保溫節(jié)能較優(yōu)的low-e雙層中空玻璃，窗結構與中空玻璃的完美結合不僅提高了窗保溫性能，同時也優(yōu)化了建筑立面效果。

2 建筑物抗震設計及構造

2.1 設計依據(jù)

設計荷載見表2。

表2 設計荷載

2.1.1 材料屬性

（1）框架柱、梁、節(jié)點板均采用Q235B鋼；鋼板化學成分和力學性能應符合《碳素結構鋼》的規(guī)定；

（2）鋼材的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.2；（3）鋼材應有明顯的屈服臺階，且伸長率應大于20%。

2.1.2 螺栓及錨栓

高強螺栓為10.9級摩擦型高強螺栓。Q235B鋼摩擦面的抗滑移系數(shù)不小于0.45。

高強螺栓施工應遵照《鋼結構高強度螺栓連接的設計、施工及驗收規(guī)程》的要求。

普通螺栓均為安裝螺栓，其等級為C級，強度等級4.6級，材質(zhì)為Q235B，錨栓均采用Q345B級鋼。

2.1.3 焊接材料

（1）手工焊接

對Q345B鋼的焊接，采用E50XX低氫型焊條，應符合《低合金鋼焊條》的規(guī)定；

（2）自動焊或半自動焊

焊絲和焊劑應保證其熔敷金屬的力學性能不低于現(xiàn)行國家標準《埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑》和《低合金鋼埋弧焊用焊劑》中相關的規(guī)定。

2.1.4 預埋件

直錨筋與錨板采用T型焊。錨筋直徑不大于20mm時，采用壓力埋弧焊；錨筋直徑大于20mm時，采用穿孔塞焊。

2.1.5 防火涂料

防火涂料的技術指標應符合《鋼結構防火涂料應用技術規(guī)范》的規(guī)定。

2.2 抗震構造

根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》，本工程站內(nèi)綜合建筑滿足最大高度90m、最大高寬比6.0要求，同時應符合抗震等級三級的計算和構造措施。

（1）梁柱構件受壓翼緣應根據(jù)需要設置側向支承。

（2）梁柱構件在出現(xiàn)塑性鉸的截面，上下翼緣均應設置側向支承。

（3）相鄰兩側向支承點間的構件長細比，應符合現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》的有關規(guī)定。

（4）梁與柱的連接宜采用柱貫通型。

（5）柱在兩個互相垂直的方向都與梁剛接時宜采用箱形截面，并在梁翼緣連接處設置隔板；隔板采用電渣焊時，柱壁板厚度不宜小于16mm，小于16mm時可改用工字形柱或采用貫通式隔板。當柱僅在一個方向與梁剛接時，宜采用工字形截面，并將柱腹板置于剛接框架平面內(nèi)。

（6）工字形柱（繞強軸）和箱形柱與梁剛接時（圖2），一層柱頂與二次柱腳連接應（圖3），鋼梁與鋼柱節(jié)點圖（圖4）符合下列要求：

圖2 柱與梁剛接

圖3 一層柱頂與二層柱腳連接

圖4 鋼梁與鋼柱節(jié)點圖

①梁翼緣與柱翼緣間應采用全熔透坡口焊縫；應檢驗焊縫的V形切口沖擊韌性，其夏比沖擊韌性在-20℃時不低于27J。

②柱在梁翼緣對應位置應設置橫向加勁肋（隔板），加勁肋（隔板）厚度不應小于梁翼緣厚度，強度與梁翼緣相同；

③梁腹板宜采用摩擦型高強度螺栓與柱連接板連接（經(jīng)工藝試驗合格能確?，F(xiàn)場焊接質(zhì)量時，可用氣體保護焊進行焊接）；腹板角部應設置焊接孔，孔形應使其端部與梁翼緣和柱翼緣間的全熔透坡口焊縫完全隔開；

④腹板連接板與柱的焊接，當板厚不大于16mm時應采用雙面角焊縫，焊縫有效厚度應滿足等強度要求，且不小于5mm；板厚大于16mm時采用K形坡口對接焊縫。該焊縫宜采用氣體保護焊，且板端應繞焊；

⑤二級時，宜采用能將塑性鉸自梁端外移的端部擴大形連接、梁端加蓋板或骨形連接。

2.3 計算要點

（1）鋼結構應按本節(jié)規(guī)定調(diào)整地震作用效應，其層間變形應符合本規(guī)范有關規(guī)定。構件截面和連接抗震驗算時，非抗震的承載力設計值應除以規(guī)范規(guī)定的承載力抗震調(diào)整系數(shù)。

（2）鋼結構抗震計算的阻尼比宜符合下列規(guī)定：

①多遇地震下的計算，高度不大于50m時可取0.04；

②在罕遇地震下的彈塑性分析，阻尼比可取0.05。

（3）鋼結構在地震作用下的內(nèi)力和變形分析，應符合下列規(guī)定：

①鋼結構應按本規(guī)范計入重力二階效應。進行二階效應的彈性分析時，應按現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》的有關規(guī)定，在每層柱頂附加假想水平力。

②框架梁可按梁端截面的內(nèi)力設計。對工字形截面柱，宜計入梁柱節(jié)點域剪切變形對結構側移的影響；鋼結構轉換構件下的鋼框架柱，地震內(nèi)力應乘以增大系數(shù)，其值可采用1.5。

（4）鋼框架梁的上翼緣采用抗剪連接件與組合樓板連接時，可不驗算地震作用下的整體穩(wěn)定。

3 結論

本本工程建筑設計全面貫徹了國家電網(wǎng)公司關于變電站通用設計、標準配送式智能變電站技術導則及“兩型一化”的指導思想和設計原則。從變電站屬于工業(yè)建筑的屬性出發(fā)，明確定位，多方位考慮工藝流程、功能需求、建筑材料、建筑技術、自然條件等因素，在建筑外形，建筑智能化，建筑裝配形式方面都有自身特色。

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1004-7344（2016）08-0066-02

2016-3-1