鋼結構在“全壽命配送式”變電站建筑中的應用

朱建慧

（浙江省麗水市正陽電力設計院，浙江 麗水 323000）

浙江省110千伏楊柳變電站，是浙江省首座“全壽命配送式”試點變電站，從2008年10月3日開工，到2008年12月9日投產，總工期77天，工期只有常規變電站的一半。工期的大大縮短，關鍵在于變電站建筑采用了鋼結構建筑，通過標準化設計、模塊化組合、工廠化生產、集約化施工來建設變電站。

由于變電站自身特性的限制，鋼結構建筑在變電站建筑中還處于試驗，小范圍應用階段。在鋼結構建筑中，承重體系主要是由鋼結構完成。從各方面來看，鋼結構的各種體系及使用經驗都比較成熟，只要精心設計和施工，在安全上不會有太大的問題。在變電站建筑中，技術上主要要解決的是圍護墻體系、樓屋蓋體系、防火、耐久性等問題，以適應“全壽命配送式”變電站建設的要求。

1 承重體系

在鋼結構設計的整個過程中都應該強調“概念設計”,所得結構方案應易于計算、概念清晰、定性正確。承重體系的結構要有足夠的強度、剛度和穩定性，整個結構安全可靠；結構首先應滿足建筑物的使用要求，具有良好的耐久性；結構方案選擇上應盡可能節約鋼材，減輕鋼結構重量；方便工廠化生產、集約化施工；結構構件應便于運輸、便于維護。按照上述原則，根據變電站建筑層高，開間進深大，大多為單層建筑的特點，綜合考慮結構的經濟性、建筑設計的特點和施工合理性等因素，可采用門式剛架、鋼框架、鋼框架-支撐等幾種常規的承重體系。

1.1 門式剛架結構體系

根據我國目前情況來看，這種結構由于其用度廣、優勢明顯，已大量應用于單層工業廠房、多層工業廠房等。一般是由實腹型變截面的柱和梁組成。對單層工業廠房而言，通常以H型鋼，采用焊接、螺栓連接作為梁柱，以C型或Z型輕鋼板作檁條。

1.2 鋼框架結構體系

它將梁柱構件剛接，依靠梁柱受彎來承受豎向荷載和水平荷載。框架結構的平面布置靈活，可為建筑提供較大的室內空間,能充分滿足建筑布置上的要求，且結構各部分剛度比較均勻，框架桿件類型少,大部分采用型材,制作安裝簡單,施工速度較快。其梁柱多為H型截面,所以鋼框架體系的抗側移剛度較小。在受地震作用影響較大的地區,不易滿足層間水平位移和總側移剛度的要求。適用于6層以下的多層建筑相對經濟合理，變電站控制樓等多層建筑可采用該結構體系。

1.3 鋼框架-支撐結構體系

純框架在風、地震荷載作用下，側移達不到要求時，沿結構的縱、橫兩個方向布置一定數量的支撐。垂直支撐布置在墻體內，支撐采用角鋼、槽鋼、圓鋼或鋼管制作。支撐形式可以靈活采用，如X型、單斜桿型、K型、、和人型等。另外，采用人字支撐等還可以起到減小梁跨度的作用，從而減小梁的截面。對于外墻開有門窗時,也可在窗臺高度范圍內布置,形成類似周邊帶狀桁架的結構形式,使結構整體剛度得到加強。該體系豎向承載體系為鋼框架,水平承載體系為鋼框架和鋼支撐共同形成的抗側力體系。在強震地震區,如果柱子比較細長,因其在地震作用下特別是強震作用下,具有較好的延性和耗能能力。適用于強震地震區變電站多層建筑。

浙江省110千伏楊柳變電站開關樓為單層結構建筑，長寬42m×9m，開間 6m，高5.1m。根據其建筑結構特點，選擇單層門式剛架作為建筑的承重體系，其建成后結構穩定，美觀大方。

2 圍護墻板體系

在鋼結構建筑中，雖然內外墻體都不再起承重作用，但必須能自承重，而且要滿足使用功能上的各種要求。如輕質、防水、隔聲、防火、環保等，構造要簡單，便于施工，現場濕作業量越少越好。目前市場上墻體的材料、種類及品牌很多，我們根據變電站建筑特性，選擇在住宅及工業建筑市場推廣程度高，利于配送組裝的產品。特別是要選擇在市場上已使用多年的產品，可以了解其使用多年后的接縫處理效果、墻面裝飾效果、墻面防水防火效果等。

2.1 木纖維復合水泥板

是一種以水泥、石英砂和木纖維壓制的板，板厚5－10mm左右，可以預壓成仿石、面磚等多種飾面造型，外形美觀。（1）綠色環保、節能性非常好。（2）主材為硅酸鹽材料，耐久性好，設計使用壽命長，大于50年。（3）防火性能好，能滿足配電裝置室耐火等級的要求。（4）生產工業化、標準化，現場裝配，不受建筑模數影響。（5）無需作外墻面粉刷裝飾，現場濕作業量少。（6）內墻面需刮膩子刷涂料裝飾；缺點是國內生產廠家較少，造價較高。

2.2 ALC 板

ALC板是一種性能優越的新型輕質綠色建材。它是以水泥、石灰、礦渣、粉煤灰、砂、發氣材料等為原料，經磨細、配料、澆注、切割、蒸壓養護和銑磨等工序而制成。其密度較一般水泥質材料小，且具有良好的耐火、防火、隔音、隔熱、保溫等性能。（1）其保溫、隔熱性好，約是普通混凝土的十倍。（2）ALC板材生產工業化、標準化，安裝產業化，可鋸、切、刨、鉆，施工干作業；（3）加氣混凝土ALC板為無機物，不會燃燒；同時，加氣混凝土ALC板導熱系數很小，能有效抵制火災，并保護其結構不受火災影響（4）ALC板是一種硅酸鹽材料，是一種耐久的建筑材料，其正常使用壽命完全可以和各類永久性建筑物的壽命相匹配。（5）接縫不防水，需防水涂料等處理；表面不平整，需刮膩子噴涂料；邊角易損壞需用專門勾縫劑、修補粉、界面劑等修補。

2.3 纖維增強水泥板

該板是以低堿水泥、增強纖維為主要原料，加水混合成漿，經制坯、壓制而成的薄型平板，板厚10mm左右。以輕剛龍骨為基礎，在兩板中間灌填充料。應用于鋼框架結構的隔墻比較合適。（1）因增加了增強纖維，所以板面平整不易開裂。（2）生產工業化、標準化，現場裝配，不受建筑模數影響。（3）在兩夾板中間可隨意行走電氣線路，與電氣照明較好配合。（4）在兩板中間灌填充料后，能達到防火墻的要求。（5）單板尺寸不大,接縫多，需刮膩子噴涂料；現場灌填充料，濕作業量大。

浙江省110千伏楊柳變電站建筑選擇木纖維復合水泥板為圍護墻板，其外墻面預壓成面磚飾面造型。江蘇省110千伏齊梁變電站建筑圍護墻板采用了ALC板。浙江省110千伏登勝變電站建筑圍護墻板采用了纖維增強水泥板。

3 樓屋蓋體系

樓屋蓋結構要有足夠的強度、剛度，結構安全可靠；具有良好的耐久性，對于屋蓋要利于防水處理；要利于標準化生產組裝，現場濕作業工程量少。要與建筑的其它結構相協調，符合建筑的全壽命周期。

3.1 發泡水泥復合板

是由鋼邊框或預應力混凝土邊框、鋼筋桁架、發泡水泥芯材、上下水泥面層（含玻纖網）復合而成的集承重、保溫、輕質、隔熱、隔聲、耐火等優良性能于一身的新型節能、綠色、環保型建筑板材，其材料自身為憎水性。為國家推廣產品，有國家標準圖集配套使用。工廠化程度較好，應用廣泛。

其標準開間尺寸有6m及7.5m，也可定制。調整板厚及內置桁架密度，可獲得1.0～5.0KN/m2承載能力。可滿足一般樓屋面荷載的要求。

3.2 ALC 板

ALC屋面板材料與ALC墻板類似，不同是在屋面板內配置鋼筋，使其獲得0.5~1.0KN/m2承載能力。可滿足一般屋面荷載的要求。其材料本身不防水，需再設置柔性、剛性雙層防水。其標準開間不宜過大，一般小于6m。

3.3 鋼筋桁架－混凝土疊合板

是將鋼筋在工廠加工成鋼筋桁架，并將鋼筋桁架與彩鋼板底模連接成一體的組合模板，施工階段能承受混凝土及施工荷載。不需立模及加以支撐，可在樓屋面施工時大大縮短工期。其承載力及樓屋面建筑做法與普通現澆樓屋面板一致。適用于變電站建筑的樓屋面。

浙江省110千伏楊柳變電站建筑選擇發泡水泥復合板為屋面板。江蘇省110千伏齊梁變電站建筑屋面板采用ALC板。浙江省110千伏登勝變電站建筑屋面板采用鋼筋桁架－混凝土疊合板。都能達到變電站建筑的使用要求。

4 防火設計

鋼結構存在自身不耐火的致命弱點。鋼材雖然是不燃材料，但其耐火性能很差，眾所周知，未加防火保護的承重鋼結構在火災高溫作用下，在550攝氏度左右時，只須約l5分鐘，其各項機械力學性能會迅速下降，鋼結構扭曲變形，導致建筑結構垮塌破壞。因此，鋼結構的防火設計保護是建筑設計中必不可少的一個方面。

根據建筑物的火災危險性，合理確定建筑的耐火等級。各種建筑由于其使用功能和重要性的不同，火災危險性存在差異，我們設計時要根據業主提供的建筑要求，根據《建筑設計防火規范》、《建筑鋼結構防火設計規程》、《火力發電廠與變電站設計防火規范》，確定建筑物的火災危險性，再根據火災危險性，確定建筑的耐火等級，根據耐火等級確定梁 、柱、屋頂承重構件的耐火極限。根據在生產過程中，是否使用或產生易燃、可燃物質等，對配電裝置室內部進行有效的防火分區，防止火勢向其他區域蔓延、擴散。將人員密度指標和鋼結構建筑的特點綜合起來考慮，加強安全疏散的設計，保證人員疏散時間小于建筑構件的耐火極限，確保人員安全逃生，避免人員死傷事故發生。

目前我國鋼結構主要采用三種保護方法，噴涂法、包敷法、水噴淋法。均為通過一定的技術手段來提高鋼結構的耐火極限。噴涂法是在鋼結構表面涂上防火涂料，形成保護膜，涂層對鋼基材起屏蔽作用，使鋼結構不至于直接暴露在火焰高溫下，從而提高建筑構件的耐火極限，在鋼結構表面涂覆防火涂料是最常用的提高承重鋼結構耐火極限的方法，噴涂法是一種最簡單、最經濟、最有效的做法，施工維護方便。采用防火涂料對鋼結構進行防火保護，可將鋼結構的耐火極限從0.25小時提高至3.0小時以上，根據鋼結構的不同型式、不同部位相應的耐火極限要求，選用不同類型的防火涂料加以涂覆保護。鋼結構防火涂料有三種：厚漿隔熱型防火涂料、薄型防火涂料、超薄型防火涂料。一般選用薄涂型的膨脹型鋼結構防火涂料加以保護，尤其是選用可刷涂施工的超薄型鋼結構防火漆；包敷法是采用磚、混凝土、硅鈣板等材料將鋼結構包裹，從而形成保護層，提高構件耐火極限；水淋冷卻法是在鋼結構上部布置自動噴淋系統，發生火災時，啟動噴淋在鋼結構表面形成一層連續的水膜，達到保護作用，大量的水突然噴泄而下，會對電氣設備造成較大的破壞，變電站建筑中一般不使用。我們在設計時.要根據構件對耐火極限的要求，選出最恰當的防火保護方法。達到經濟和安全要求。

浙江省110千伏楊柳變電站建筑采用噴涂法提高結構耐火極限，使配電裝置室的鋼結構達到二級耐火的要求。

5 結論與建議

鋼結構建筑在變電站中推廣應用，在技術上是可行的。鋼結構建筑在解決防火、耐久性等問題后，在經濟指標變化不大的前提下，具有工期短、工廠化程度高、抗震性能好、建筑布局靈活等優點，符合“全壽命配送式”變電站建設的要求。目前國家電網公司已在多個省區試點建成鋼結構配電裝置建筑，國網公司可以對這些變電站分類總結，組建攻關小組，對變電站建筑進行標準化設計，供各省區選用，在此基礎上對建筑組件標準化。真正做到標準化設計、模塊化組合、工廠化生產、集約化施工來建設變電站。

[1]柳國良等.變電站模塊化建設研究綜述[M].電網技術，2008，32（14）.

[2]國家電網公司.《國家電網公司輸變電工程全壽命周期設計建設指導意見》.

[3]趙岱峰.輕質復合墻板在鋼結構住宅中的應用[I].建筑科學，2006，12.