韶關(guān)市擎能設(shè)計有限公司 孔德昊 中國內(nèi)燃機(jī)工業(yè)協(xié)會 張鳳香

架空式全戶內(nèi)變電站在電網(wǎng)工程的建設(shè)和運(yùn)行中應(yīng)用，由于其變電站的占地面積較小，再加上對周圍環(huán)境的影響低等特征，使其在當(dāng)前的城市電網(wǎng)建設(shè)與電力工程設(shè)計應(yīng)用十分廣泛。其中變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計作為變電站規(guī)劃與建設(shè)中的重要內(nèi)容，其設(shè)計質(zhì)量和效果對變電站的安全運(yùn)行以及電網(wǎng)工程的穩(wěn)定供電支持都有著十分重要的作用和影響。

1 工程概況分析

某變電站建設(shè)項目的總占地面積約為0.50萬m2，位于城市郊區(qū)，其中圍墻內(nèi)的占地面積約為0.31萬m2，變電站建設(shè)地面的粗糙度屬于B類，距離地面的高度約為10m。該變電站屬于架空式全戶內(nèi)變電站，在具體規(guī)劃設(shè)計中，對其50年一遇基本風(fēng)壓設(shè)計為0.6kN/m2，變電站結(jié)構(gòu)的抗震等級根據(jù)我國建筑物抗震設(shè)計的有關(guān)規(guī)定以及我國地震動參數(shù)區(qū)域劃分情況，將其抗震設(shè)防烈度設(shè)定為6度，而對其基本地震加速度值設(shè)計為0.05g，特征周期設(shè)計為0.35s。根據(jù)該變電站項目規(guī)劃設(shè)計的勘察資料結(jié)果，該變電站建設(shè)地區(qū)的場地土為軟弱土類型，其建筑場地類別屬于Ⅲ類，場地地貌屬于沖積平原地貌，不存在砂土層以及砂土液化情況。

2 架空式全戶內(nèi)變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

由于該變電站項目的建設(shè)位于沖積平原區(qū)，施工地區(qū)的地面高程在3m左右，整體地勢較為平坦，且根據(jù)該地區(qū)的水文地質(zhì)條件與歷史最高內(nèi)洪水文資料，在進(jìn)行該變電站選址的防洪等級設(shè)置中，將其按照50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計洪水水位約為10.4m，對變電站站址的場地設(shè)計標(biāo)高擬定為11m。此外，結(jié)合該變電站項目建設(shè)的巖土工程勘察資料，由于其施工場地為軟弱土層，土體結(jié)構(gòu)主要組成為素填土和淤泥質(zhì)土等，且進(jìn)行鉆孔勘測顯示其淤泥質(zhì)土層的平均層厚達(dá)到7.2m，再加上對該變電站站址場地的標(biāo)高設(shè)計與實(shí)際高程相差約8m，因此在進(jìn)行該變電站的規(guī)劃與設(shè)計中對變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計主要采用架空與填土方案[1]。

對上述兩種方案進(jìn)行綜合對比發(fā)現(xiàn)，與架空方案相比，如采用填土方案進(jìn)行變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用主要存在以下較為突出的問題和不足：需進(jìn)行填土施工的土層厚度較高，導(dǎo)致其工程量大，且填土施工的邊坡面積也比較大，再加上需對新填土地基進(jìn)行有效處理，造成其整體施工開展成本較高；由于變電站站址下覆軟弱土層，導(dǎo)致進(jìn)行填土施工中的工作難度也較高，再加上施工開展中易受天氣等外部因素影響，可能會導(dǎo)致施工期被延誤；采用填土方案會導(dǎo)致站址下覆軟弱土層與上方填土層各自的相互作用，引起地基不均勻沉降發(fā)生，最終影響站址結(jié)構(gòu)的安全性；填土施工中，會因土體的固結(jié)沉降所形成的聯(lián)動作用對鄰近河堤產(chǎn)生影響，造成河堤傾斜或是裂縫等問題發(fā)生，存在較大的危害影響，因此最終選擇采用架空式全戶內(nèi)變電站結(jié)構(gòu)形式（圖1）。

圖1 架空式全戶內(nèi)變電站

圖2 戶外場地設(shè)計與施工中所采用梁板

3 設(shè)計內(nèi)容和要點(diǎn)分析

上述變電站的戶外場地是采用裙樓結(jié)構(gòu)通過伸縮縫使其和配電裝置樓相互隔開，整個變電站的結(jié)構(gòu)部分施工總占地面積約為0.32萬m2，包含變電站主樓的占地面積約為0.12萬m2，變電站內(nèi)新建結(jié)構(gòu)物包含配電裝置樓以及消防水池、事故油池等。因此，在對該變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和要點(diǎn)分析中，應(yīng)注意從配電裝置樓及變電站主變壓器室與電氣設(shè)備室、戶外場地、屋面構(gòu)支架、事故油池、消防水池等設(shè)計上進(jìn)行合理控制。

3.1 配電裝置樓設(shè)計

上述變電站的配電裝置樓為高度約為18.5m、建筑面積約為0.31萬m2的4層建筑樓，其建筑內(nèi)部主要配置有主變壓器室、配電室、接地變室、GIS室、消防泵室、電容器室、蓄電池室等各種配電裝置區(qū)，且在建筑樓內(nèi)配備設(shè)置有兩層的10t橋式起重機(jī)設(shè)施，整個建筑樓采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其中兩層設(shè)計為架空形式，高約為8m。該建筑樓的設(shè)計使用年限為50年，建筑安全等級設(shè)置為一級，抗震設(shè)防類別在乙類以上。

在對該變電站的配電裝置樓設(shè)計和建設(shè)中，由于其建筑上部結(jié)構(gòu)的剛度以及荷載較大，且建筑下部的架空層高度也較突出，易形成建筑結(jié)構(gòu)的薄弱層，在各種作用因素影響下出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)受破壞情況。在具體設(shè)計中，一方面應(yīng)注意增加建筑底部架空層的柱截面及建筑結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度等級，以滿足其建筑結(jié)構(gòu)的荷載要求與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)；另一方面則需加大、加密建筑架空層的柱箍筋，對其建筑結(jié)構(gòu)柱的水平變形形成較好約束，提高其建筑結(jié)構(gòu)柱的抗剪性能。此外還需在實(shí)際其設(shè)計中對上述配電裝置樓增加電纜夾層設(shè)置，并有效降低其建筑結(jié)構(gòu)柱的計算長度與水平位移，促進(jìn)其建筑結(jié)構(gòu)的整體性能與質(zhì)量提升，滿足該變電站配電裝置樓的設(shè)計要求[2]。

3.2 主變壓器與電氣設(shè)備室設(shè)計

對上述變電站項目的主變壓器與電氣設(shè)備室設(shè)計中，根據(jù)其主變壓器室地面與其他室內(nèi)地面標(biāo)高相比較高，以及主變壓器的荷載較大等特點(diǎn)，需在主變壓器的厚板基礎(chǔ)角進(jìn)行支撐柱設(shè)置，以避免局部剛度過大對主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響；此外，對主變油坑則需采用梁板和變壓器厚板以及建筑主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行塑性連接，從而確保對主變壓器室的設(shè)計效果。

在進(jìn)行變電站的其他電氣設(shè)備室設(shè)計中，對設(shè)備基礎(chǔ)和電纜走線所需的結(jié)構(gòu)板面下沉設(shè)計，需在設(shè)備基礎(chǔ)與電纜管道預(yù)埋設(shè)計完成后使用輕質(zhì)材料進(jìn)行填充，以確保其平整性；對電氣設(shè)備室安裝所需的預(yù)埋件以及埋管、開孔等結(jié)構(gòu)部位，均需在設(shè)計環(huán)節(jié)進(jìn)行提前預(yù)留和設(shè)置，避免對變電站結(jié)構(gòu)施工及其質(zhì)量效果產(chǎn)生影響。

3.3 戶外場地設(shè)計

戶外場地設(shè)計主要采用鋼筋混凝土框架梁柱進(jìn)行托起，其柱網(wǎng)設(shè)置需根據(jù)變電站柱網(wǎng)進(jìn)行整體排列設(shè)計，柱間距約控制為5m；在進(jìn)行變電站戶外場地的站內(nèi)道路規(guī)劃設(shè)計中，需進(jìn)行消防車通道與主變運(yùn)輸車等荷載情況進(jìn)行全面分析后設(shè)置；戶外場地設(shè)計與施工中所采用的梁板厚度為200mm（圖2），同時還需在圍墻外的四周進(jìn)行巡視通道挑板圍設(shè)；對場地內(nèi)的排水設(shè)計采用平坡式排水方式，使用強(qiáng)度等級為C20的素混凝土進(jìn)行找坡施工，以滿足其戶外場地的排水需求。

3.4 屋面構(gòu)支架設(shè)計

主要是針對變電站的配電裝置樓設(shè)計要求進(jìn)行的屋面構(gòu)支架以及橫梁設(shè)計。在具體設(shè)計中，需在構(gòu)支架位置進(jìn)行寬梁設(shè)置，以將其作為構(gòu)支架的基礎(chǔ)，同時在寬梁內(nèi)進(jìn)行地腳螺栓預(yù)埋，以為后期進(jìn)行上部構(gòu)支架安裝提供便利。

3.5 消防水池設(shè)計

消防水池主要設(shè)置在變電站配電裝置樓的消防泵室效放，以方便進(jìn)行消防和給排水管道的有效連接。消防水池采用封閉式的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，并在中部延長度的方向進(jìn)行3根等距離中柱設(shè)置，頂板采用框架梁板結(jié)構(gòu)；此外，為避免水池結(jié)構(gòu)剛度過大對變電站結(jié)構(gòu)整體剛度產(chǎn)生影響，在具體設(shè)計中還對消防水池和變電站的配電裝置樓進(jìn)行分離設(shè)計，使其作為獨(dú)立的個體在配電裝置樓內(nèi)部存在[3]。

3.6 事故油池設(shè)計

變電站的事故油池多會采用地埋式結(jié)構(gòu)形式，對架空式的全戶內(nèi)變電站，其事故油池設(shè)計中則會根據(jù)實(shí)際情況將其建設(shè)在地面上，并需嚴(yán)格按照事故油池的防火間距設(shè)計等要求，對其具體位置進(jìn)行合理分析和確定。本文將其設(shè)置在站區(qū)的右上角，整個事故油池的占地面積約為20.3m2，高為5m，油池容積設(shè)計為60m3，主要采用封閉式的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計和施工，并在事故油池中設(shè)置一個檢修孔，以便于后期維修和管理應(yīng)用。此外，對變電站的事故油池和變電站配電裝置樓結(jié)構(gòu)之間呈相互獨(dú)立設(shè)計狀態(tài)，需要通過在戶外場地設(shè)計中，根據(jù)其事故油池分布位置在對應(yīng)的位置板上進(jìn)行檢修孔預(yù)留，從而對其設(shè)計開展與質(zhì)量效果進(jìn)行保證。

總之，架空式全戶內(nèi)變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計作為一種新型變電站結(jié)構(gòu)形式，其在實(shí)踐中的應(yīng)用與研究開展相對較少，因此對架空式全戶內(nèi)變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行研究，以通過對其設(shè)計內(nèi)容和要點(diǎn)的準(zhǔn)確把握，為變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程實(shí)踐積累豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，從而促進(jìn)其設(shè)計質(zhì)量和水平不斷提升，具有十分積極的作用和意義。