謝軍

（南京電力設計研究院有限公司，江蘇南京 210000）

1 研究背景和意義

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展， 變電站作為電力系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)， 其建設和更新換代也日趨重要。 變電站鋼結構作為變電站的主要承重結構，其設計和施工質量直接影響著變電站的穩(wěn)定性和安全性。 其梁柱節(jié)點連接作為鋼結構中最重要的連接方式之一，對結構的安全性、可靠性、經濟性和施工可行性都起到至關重要的影響。 因此，對變電站鋼結構梁柱節(jié)點連接的優(yōu)化設計， 已經成為當前鋼結構領域中的研究熱點。 然而，現有的研究在節(jié)點連接形式的比選和設計方法等方面存在一些不足之處，需要進一步深入探究。 因此，本研究旨在通過分析和總結現有研究成果， 探究變電站鋼結構梁柱節(jié)點連接的優(yōu)化設計方法和原則， 以期為變電站鋼結構設計提供一定的參考和指導。

2 變電站鋼結構梁柱節(jié)點連接設計方法

2.1 基本步驟

當進行變電站鋼結構梁柱節(jié)點連接設計時，需按照一定的步驟進行。 首先，需確定節(jié)點類型和荷載情況，以明確節(jié)點所受的靜、動荷載和地震作用等。 其次，需根據節(jié)點類型和荷載情況選擇合適的節(jié)點連接方式，如焊接、螺栓連接、栓焊連接等。在節(jié)點尺寸和構造的設計過程中， 需結合節(jié)點類型、荷載情況和材料選擇，確定節(jié)點尺寸和構造，包括節(jié)點板厚、焊縫尺寸、螺栓數量和直徑及節(jié)點域是否加強等。 此外，針對節(jié)點的疲勞和抗震性能要求，需進行相關的計算和分析，確保節(jié)點在長期使用和地震作用下的安全性能。 最后，根據設計計算結果，編制節(jié)點連接設計圖紙，包括節(jié)點立面圖、橫斷面圖、材料清單、焊接或螺栓連接示意圖等。這些步驟在進行變電站鋼結構梁柱節(jié)點連接設計時，都是必須的，可以保證設計出具備可靠性、安全性、經濟性和施工可行性的節(jié)點連接方案。

2.2 帶懸臂段與不帶懸臂段設計方案比選

帶懸臂段與不帶懸臂段比選是結構工程中常用的一種設計方法。 一般情況下，懸臂段是指梁或柱在跨度較大的一側超出支座部分的一段構件。帶懸臂段的結構設計在滿足強度、剛度等要求的基礎上，可更好控制結構的振動和變形，減小結構的動態(tài)響應和震動反應。 同時，帶懸臂段的結構也具有更好的應力分布， 更為合理地分配結構的內力，有利于整個結構的穩(wěn)定性和安全性。 相比之下，不帶懸臂段的結構設計則相對簡單，且較易于施工和維護。 但在跨度較大或荷載較大的情況下，不帶懸臂段的結構易出現較大的變形和振動，影響結構的安全性和使用壽命。 因此，在進行帶懸臂段與不帶懸臂段比選時，需綜合考慮結構的實際情況、使用要求和工程成本等方面因素，選擇更合適的結構設計方案。其中包括：①結構的實際情況。考慮結構的受力特點、支撐條件、節(jié)點連接形式、荷載大小等實際情況，以確保設計的合理性和可行性。②使用要求。包括結構的安全性、穩(wěn)定性、耐久性、維護方便性等因素，選擇最適合的設計方案。③工程成本。結構的設計、 制造和施工等成本要素也需納入考慮范圍。需通過權衡成本和性能間的關系，確定最經濟合理的設計方案。

3 變電站鋼結構梁柱節(jié)點連接的優(yōu)化設計

3.1 選擇合適的節(jié)點連接形式

選擇節(jié)點連接形式應根據受力特點和設計要求選擇適合的節(jié)點連接形式。焊接連接是將構件通過熔合焊接在一起，其連接強度較高，但需進行較復雜的工藝控制。螺栓連接則是采用螺栓將構件連接在一起，其安裝和維護較方便，但需控制螺栓預緊力。此外，在選擇節(jié)點連接形式時，還需考慮構件的布置和空間限制等因素，以保證連接的穩(wěn)定性和可靠性。針對變電站結構的特點，如跨度大、平面不規(guī)則、樓面荷載大等，需考慮結構的受力特點和裝配式施工的因素以選擇節(jié)點連接形式。 例如，多層變電站鋼結構方案，當選用全栓接時，就需重點關注節(jié)點的抗震設計，且全栓接雖然提升了全站裝配率， 但也給組合樓板或樓承板的施工帶來不便，此時就需綜合比選全栓接和焊接兩種型式。 同時，在考慮裝配式施工的因素時，需要優(yōu)先選擇易于安裝和調整的節(jié)點連接形式， 以提高施工效率和質量。因此，在選擇節(jié)點連接形式過程中，需要綜合考慮結構的受力特點、 裝配式施工的因素和設計要求，選擇合適的節(jié)點連接形式進行優(yōu)化設計。

3.2 實例分析

本實例為某110 kV 變電站配電綜合樓， 建筑物為一棟三層建筑物，地下一層，層高3.5 m，地上兩層，地上一層層高5 m，二層層高5 m。 最大柱距9 m，樓板采用壓型鋼板底模式樓板。 主變室和GIS室屬于大空間結構，屋面高度較高，因此梁柱節(jié)點連接的設計對結構安全和穩(wěn)定性至關重要。根據現有的設計方案，鑒于目前變電站的高裝配率和綠色施工的要求， 我們考慮采用全栓接的節(jié)點型式，并對節(jié)點進行了深化設計。 通過實例分析得出：①全栓接施工方便。全栓接的連接方式可以在工廠進行預制，減少現場施工時間和工序，降低了施工難度和風險。②節(jié)約材料。 全栓接的連接方式可以根據實際應力需求和構件尺寸進行優(yōu)化設計，避免了在焊接過程中可能產生的金屬浪費和強度損失。③提高連接質量。全栓接的連接方式可保證連接質量和一致性，避免了焊接過程中可能產生的缺陷和質量問題。 在該實例中，采用全栓接的連接方式可滿足變電站結構的受力要求， 并可實現預制化生產，降低施工難度和風險，提高施工效率和工作質量。 同時， 全栓接的連接方式可避免現場動火的問題，符合綠色施工的要求。 綜合來看，本設計方案選擇全栓接方式，是一種安全、便捷、經濟、實用的節(jié)點連接方案，適合應用于變電站鋼結構梁柱連接的優(yōu)化設計。 全栓接方式便于施工現場的拆卸和更換，方便維修保養(yǎng)，減少了維護成本。

4 結語

本研究通過對變電站鋼結構梁柱節(jié)點連接的優(yōu)化設計方法進行探討，總結了梁柱節(jié)點連接結構的安全性原則、可靠性原則、經濟性原則和施工可行性原則，并提出基于受力特點和設計要求選擇合適的節(jié)點連接形式的設計方法。本次優(yōu)化設計針對配電綜合樓的梁柱節(jié)點連接進行了詳細分析和優(yōu)化設計。通過對節(jié)點受力特點和設計要求的綜合考慮，采用了全栓接的連接方式，使節(jié)點連接更安全可靠，并針對上翼緣螺帽影響組合樓板施工這一問題給出了解決方案。 該設計方案具有結構穩(wěn)定性好、施工方便、綠色環(huán)保、裝配率高等優(yōu)點，為類似大空間結構的節(jié)點連接設計提供了參考和借鑒。