淺析變電站施工中鋼結構的應用

【摘 要】隨著對超高壓、特高壓輸變電工程的建設，鋼結構的利用越來越普及。文章介紹了鋼結構在變電站建筑施工中的優點，以及存在的不足和解決方案。

【關鍵詞】變電站；建筑；鋼結構

隨著城市建設及電網的飛速發展，變電站的建設也在不斷發展。根據變電站建設中的節能、環保、抗震、標準化的要求，通過研究及應用，鋼結構作為一種新型建筑材料，憑借其優越的特性，將逐漸成為變電站建筑發展的一個新方向。

1 鋼結構在變電站應用實例

典型鋼結構變電站一般采用主體建筑為鋼結構，地下電纜夾層為鋼筋混凝土結構。工程建筑面積和高度均可視變電站需求取相應數值，院內設有循環道路等附屬設施。要求主廠房耐火等級達到Ⅰ級，抗震滿足防烈度8度，建筑物設計使用年限達到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構形式，地下部分是夾層，采用鋼筋混凝土結構形式。主廠房地上一層設10kV開關室、10kV接地變室、警衛室等附屬房間，主廠房地上二層設主控室、電容器室等。GIS室、主變間為單層鋼結構廠房，與主廠房貼建。

鋼結構部分設計要點：將上部鋼框架結構的嵌固部位設在地下室頂板上，框架鋼柱的柱腳采用基礎預埋螺栓連接，基礎為現澆鋼筋混凝土梁式筏基，應注意基礎螺栓在柱內及頂板梁上預埋時質量控制。結構安裝焊接質量控制采用現場超聲波檢測。變電站工程的樓板采用組合結構，樓板采用壓型鋼板上現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。

2 鋼結構在變電站應用的優勢

鋼結構與鋼筋混凝土結構相比，在使用功能、材料性能、受力特點、設計、施工工藝和工期、環保節能以及綜合經濟方面都具有優勢，變電站建筑應用鋼結構的優勢主要表現在以下幾個方面。

2.1 鋼結構材料自重輕而承載力高

鋼結構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。據資料顯示，鋼結構強度重量比的指數是鋼筋混凝土的5倍以上。鋼材的抗拉、抗壓、抗剪強度相對較高，截面的選擇可以相對較小，從而可顯著減輕結構自重。一般情況下，鋼筋混凝土建筑物的自重在1.5～2.0t/m2左右，鋼結構建筑自重大多在1.0t/m2以下，相差近2倍，減輕自重的優勢明顯。在承受荷載條件相同時，鋼結構自重輕，基礎承擔的荷載也相應減少，可降低基礎及基礎處理造價，一定程度上縮短了建設工期。

2.2 抗震性能好

在國外的部分地震區里大部分建筑是以鋼結構為主，主要原因就是鋼結構具有良好抗震性能。按抗震設計規定：彈性計算階段的高層結構層間位移限制，對鋼筋混凝土結構規定為h/550，而對鋼結構則可放寬至h/300，二者相差約1.8倍?？梢婁摻Y構建筑整體性好，抗震性能好，與鋼筋混凝土相比在強度、韌性、延性、強度質量比上都具有優勢。鋼結構用于變電站建筑可充分發揮鋼結構的優勢，使建筑具有優良的抗震抗風性能，大大提高變電站的安全可靠性。鋼結構建筑能夠滿足抵御烈度為8度的強烈地震的破壞，符合我國對變電站抗震《建筑抗震設計規范》、《建筑工程抗震設防分類標準》、《電力設施抗震設計規范》規定的要求。

2.3 施工實現標準化作業，易于質量控制，并有效減少現場作業工期

鋼結構材料除基礎按照傳統結構形式進行建造外，其它全部實現了工廠預制和現場裝配化施工，實現了工業化運作，影響材料質量因素大大減少，質量監督控制較容易，便于形成標準的建筑體系，實現了構件的工廠化和施工的機械化。變電站一般為2～3層建筑，鋼結構工程可取一個施工段，在現場一次吊裝作業，同時樓板采用鋼板作為澆注混凝土模板的組合式樓板，作業流程簡單，施工快捷，節省搭設腳手架和模板工序，并且各分項工程可以同時進行施工而互不影響，節省了時間和勞動力，現場工作量明顯減少。

2.4 分割布置靈活，能合理利用空間

傳統的鋼筋混凝土結構由于材料自重大，限制了空間尺寸，如果跨度過大，就會出現梁高、柱大、板厚的現象。而鋼結構柱及輕質圍護分隔墻體自身占用面積較小，可以減少房屋結構占用的建筑面積，從而增加建筑物內有效使用面積，即相同的占地面積產生更多的使用面積。同時利用鋼材的高強度重量比特點，采用跨度較大開間設計，使建筑平面能夠合理分隔，靈活方便，滿足相同結構類型變電站安裝不同設備的需要。

2.5 環保節能

鋼結構建筑構件大多采用工廠化加工、運輸到現場裝配，構件采用焊接或螺栓連接，如變電站安裝電氣設備一樣，隨時購買，隨時安裝。因此施工占地少，大量減少混凝土等濕式作業，取而代之的干式施工無污染，無燥音，避免了濕式施工造成的環境污染和噪聲污染。使用壽命到期時，鋼材是可以100%回收再利用資源，完全符合當今環保概念的要求。

正是因為鋼結構與其它結構形式相比具有如上優點，鋼結構才能在當今建筑工程中的應用取得突飛猛進的發展。

3 鋼結構存在的不足及解決方案

鋼結構在建筑應用中盡管有很多優勢，但它仍存在一些弱點，需要采取相應措施予以改進。

3.1 鋼結構的防火問題

耐火性弱決定了鋼結構必須采取防火措施。鋼結構建筑的梁、柱、屋架大多采用鋼材，是建筑的骨架，直接關系到整個建筑的安全，鋼材雖然是不燃材料，但是會隨著溫度的變化，其力學指標會發生很大的改變，承載力和平衡穩定性會隨溫度升高而大幅度下降。鋼結構在溫度達到350℃、500℃、600℃時，其強度分別下降1/3、1/2、2/3，在高溫條件下其內部應力也會發生改變，使鋼結構承重體系出現問題。按照理論計算，在全負荷下，鋼結構失去平衡穩定性的臨界溫度為500℃，一般火場溫度都在800～1000℃左右，在這樣的高溫條件下，無任何保護的鋼結構很快就會出現塑性變形倒塌。

目前鋼結構通常有三種防火保護方法：噴涂法，包敷法，水淋冷卻法，變電站的耐火等級一般為Ⅰ級，可根據具體情況選出最適合的鋼結構防火保護方法，符合《建筑設計防火規范》的要求，做到既安全又經濟。變電站可選用噴涂法達到防火保護作用，但會使鋼結構表面變得粗糙，同時還會增加鋼結構的承重?？梢赃m當考慮包敷法。

3.2 鋼結構的防腐蝕問題

鋼結構不耐腐蝕是另一個主要缺陷，這也是鋼自身特性所決定的。目前鋼結構通常有五種防腐保護方法：耐候鋼、熱浸鋅、熱噴鋁（鋅）復合涂層、涂層法、陰極保護法。由于變電站設計使用年限一般為50年，因此，在選擇鋼結構防腐時一定要考慮長效的防腐方法，熱噴鋁（鋅）復合涂層是一種比較好的變電站防腐解決方法，它是通過一定工藝使鋼結構表面形成一種復合涂層，達到防腐效果。這種工藝的優點是對構件尺寸適應性強，構件形狀尺寸幾乎不受限制。另一個優點是這種工藝的熱影響是局部受約束的，不會產生熱變形。另外，在防腐處理之前應對鋼構件表面進行完全地清理（機械處理法），否則會影響涂層和構件的結合和防腐，影響使用壽命。

3.3 變電站特殊需求決定鋼結構變電站的特殊性

與其它鋼結構建筑物不同，變電站是電力系統中變換電壓、接受和分配電能的電力設施，決定了變電站要設置大量埋件來安裝設備，要有大量線纜、埋管穿梭于各個設備間，要有很多設備開洞等來滿足今后設備的安裝、運行要求。目前主要利用鋼柱、鋼梁設置并可包裹在板材之內的解決方案。在設置較大荷載埋件時須采用混凝土結構形式時，應盡量減少現場混凝土的施工作業。管線敷設可采用在墻體上開槽暗敷埋設，最后進行墻體粉刷，使墻體表面平整，應盡量減少線槽敷設的明敷形式。

4 結束語

實踐證明，鋼結構具有良好的性能，是今后理想的建筑材料。隨著鋼結構技術的不斷成熟，提倡環保和節能的今天，鋼結構在建筑工程中的應用將得到更大的發展，也必將在變電站建筑中得到很好的應用。