變電站建筑結構抗震設計中的問題分析

劉義娟（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司　湖南長沙　410000）

變電站建筑結構抗震設計中的問題分析

劉義娟
（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司湖南長沙410000）

變電站運行系統相對復雜，內部還有較多的大型電力運行設備，總體建筑面積也相對較大。一旦發(fā)生地震災害，極容易引發(fā)巨大的損失與災害，做好變電站結構抗震設計具有重要的意義。本文簡單介紹了地震災害對變電站結構抗震理論設計，并對變電站結構抗震設計及抗震優(yōu)化設計進行了詳細的闡述。

變電站結構；抗震設計；問題

1　引言

現階段，經濟的快速發(fā)展使得人們對電力的需求逐漸增多，基于此，不斷提高電力運行的穩(wěn)定性與安全性具有非常重要的意義。變電站的穩(wěn)定是確保電力運行穩(wěn)定性的重要基礎，因此，必須對變電站結構抗震設計的相關問題進行深入的分析。

2　變電站建筑結構抗震理論設計2.1建筑結構體系設置

對于變電站建筑結構體系的設置，應當將橫墻承重的結構體系作為首選結構體系。一般情況下，變電站建筑中，配電室的長度要求較高，所以只需要較少的橫墻，這樣一來，就需要重點考慮變電站結構抗震設計。在變電站結構建設過程中，一般采用框架結構，這樣一來，就不需要將墻體作為承重墻來使用，只需要布置填充墻，進而較好的滿足變電站結構抗震要求。對于變電站中相同建筑的結構，應當選用一樣的結構類型，嚴禁選用“混雜”的結構類型。

除此之外，在變電站中的配電室與其它附屬建筑是建設在一起的，但兩者的實際層高還是存在一些差異的，配電室層高通常為4.5m，但其附屬建筑的層高大約為3m，有些建設單位為了節(jié)省成本與費用，會建議選用不同的結構類型，這對變電站結構的抗震效能造成威脅，此種情況應當說服業(yè)主選用統一的結構，保證建筑物的抗震性能。

2.2變電站建筑平面、立面布置

對于變電站建筑的平面布置，應當遵循對稱、規(guī)則的原則，保證整體穩(wěn)定性。同時，對于變電站建筑立面、剖面，需保證其協調與規(guī)則，且結構的側向剛度要能夠均勻的變化，不會發(fā)生突變情況。變電站墻體豎向布置，應當要上下連續(xù)，以此來避免發(fā)生剛度突變情況。對于變電站建筑墻體、柱等的截面、材料強度等級，應當自上而下逐漸變小或是不發(fā)生變化，嚴禁倒置剛度。

此外，建筑物平面布置一般會受到各功能要求以及場地的阻礙或是影響，進而會出現一些不規(guī)則的情況。在此情況下，為了更好的滿足抗震需求，可以在不規(guī)則部位布置變形縫，這樣一來，就能夠將不規(guī)則的建筑劃分成多個規(guī)則的單元，進而更好的滿足變電站結構抗震要求。

在進行立面布置時，需要對其上下墻體的實際剛度進行全面的考慮，避免剛度突變情況的出現。當變電站受到各功能要求的限制時，建筑層高變化會較大，且墻體不連續(xù)，在此情況下，要想滿足變電站結構抗震設計要求，就要在層高層間加設層間梁，并且在不連續(xù)的墻體部位加大梁、柱的截面，確保上下剛度的一致性，不存在剛度突變現象，使得建筑的布置更加的合理。

3　變電站建筑結構抗震設計

一般來說，生產性建筑物是變電站最重要的建筑物，是變電站結構抗震設計的重要部分。對于常規(guī)的變電站的生產性建筑物，通常有變壓器室、電纜間、主控室以及配電裝配室等，這些建筑一般具備層高較大、橫墻較少及跨度較大的特征。對于變電站生產性建筑物結構抗震設計，總體可概括為以下幾點：

3.1選用對抗震有利的結構方案

我國是一個幅員遼闊的國家，而每個地區(qū)的情況也是大不相同的，所以，每個地區(qū)所發(fā)生的地震災害的等級、頻率等也是存在一定的差異的。基于此，對于變電站結構抗震指標的確定，應當依據當地地震災害發(fā)生的具體頻率來進行，并盡可能的選用一些有利于解決或是緩解抗震帶來的危害的結構設計方案。例如：在地震烈度為7度的地區(qū)，變電站的建筑物若采用砌體結構時，房屋高度宜控制在21m范圍內，且其層高也要控制在3m的范圍以內；對于變電站的建筑物因內部布置較多設備，橫墻往往較少，此種情況下房屋總高度應控制在18m內，或選用框架型結構，在進行結構設計時，需要盡可能的確保建筑物層高的一致性，以此來確保變電站建筑物各個部分結構剛度相一致。

3.2合理的平面布置

在進行變電站結構抗震設計時，要盡量選用合理的平面布置。現階段，當變電站發(fā)生地震災害時，因變電站建筑物的橫向地震承載力以及水平剛度無法達到相應的要求，導致整個建筑物發(fā)生倒塌的現象出現，進而給變電站帶來巨大的損失。因此，在進行變電站結構抗震設計時，需要對建筑物的橫向地震承受能力以及水平剛度的要求進行合理的提高。對于砌體結構，一般情況下，通過對變電站建筑物的橫墻間距進行合理的設計，可以對建筑物的剛度進行適當的調整，但在調整橫墻間距時，需要確保建筑物的水平剛度能夠滿足相應要求。對于橫墻間距的最大間距，需要依據不同的情況確定。例如：在7度抗震設防地區(qū)，此時的抗震橫墻最大間距可取24m。

總之，在進行變電站主要建筑物的平面設置時，需要確保其受力的明確，質量與剛度的對稱性，以此來保持建筑物整體的規(guī)整。此外，在進行變電站主建筑物的豎向布置時，需要將其有效結合橫向布置，盡量降低建筑結構高度、中心，確保變電站結構抗震設計的順利進行。

3.3結構抗震薄弱部位設計

在進行變電站結構抗震設計時，不僅要做好建筑物主體結構的抗震設計工作，還要做好樓梯間、風道等平面設置，提升變電站結構抗震性。主要操作步驟如下：①在進行平面布置時，避免在轉角部位或是建筑物的盡頭處設置樓梯間。②盡量選用現澆板式或梁式樓梯，避免內部結構的空曠，還應當在樓板端部位置處設置梯梁。③當梯段轉折處在樓層的中間位置時，應當在下層樓面設置梯柱支承梯梁，并盡量不要選用折板樓梯結構設計方法，避免在遇到地震災害時發(fā)生梯板折斷的情況，進而阻斷維護人員的逃生路線。

3.4建筑物抗震構造措施

建筑物的抗震設計除主體結構應滿足抗震要求外，還應根據不同的結構體系采取相應的構造措施來加強建筑物的整體性。在變電站的建筑物中最常見的結構形式為砌體結構和鋼筋混凝土框架結構，對框架結構體系，應選擇合理的柱、梁截面尺寸，配筋率不要過小，也不宜過大，梁、柱箍筋在端部均應加密，箍筋搭接端做135°彎鉤等構造措施；對于砌體結構體系房屋，應采取設置現澆鋼筋混凝土構造柱和圈梁、加強樓、屋面板與墻體的連接薄弱部位墻體設置鋼筋網片等構造措施。

4　變電站結構優(yōu)化抗震設計

對于變電站結構抗震優(yōu)化設計，需要通過對以往變電站發(fā)生的地震事故及其發(fā)生的原因進行多方面的研究與分析，總結經驗，將其用于優(yōu)化變電站抗震設計，并建立變電站建筑物、室外構筑物地震災害情況數據庫。通過數據模型的建立，并將采集到的關于之前事故有關數據輸入數據模型，可確定變電站結構抗震設計是否能夠滿足相關要求，進而不斷提升變電站結構抗震設計合理性、準確性。除此之外，在進行變電站結構抗震設計時，還要不斷增強對變電站結構抗震安全性評估、新型抗震技術的研究與推廣的力度。

4.1變電站的抗震安全性能評估

4.1.1不斷改善、優(yōu)化評估方法

長期以來，變電站抗震能力標準主要是“大震不倒”，通常采用靜力彈塑性分析法進行變電站抗震安全性能的評估，但在建模過程中，依舊出現了許多具有不確定性的人為假想因素，例如地震波強度的選用、計算機模型的選用等，這些因素的普遍存在限制了評估報告的準確性。因此，需要不斷改善變電站抗震安全評估方法。

4.1.2軟件開發(fā)

就目前我國變電站現狀來看，其通常采用有限元程序來對變電站的抗震性能進行定性分析，但此方法無法進行定量分析。由此可知，采用有限元程度對變電站抗震安全性能進行評估，僅能夠知道變電站結構是否具備抗震性能，但不能知道其實際抗震能力，也無法為變電站抗震性能的加固操作提供一些幫助。基于此，必須加強對目前抗震設計規(guī)范的有限元軟件的研究與開發(fā)，確保變電站抗震設計優(yōu)化工作的順利進行。

4.2隔震、減震設計在變電站中的應用

近幾年來，在我國在結構抗震優(yōu)化設計過程中，隔震、減震設計是兩項較為有用的新技術。其中，隔震設計流程如圖1所示。隔震、抗震設計主要是為了降低地面的劇烈震動，進而降低變電站結構地震反應，確保其上部結構始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。但隔震、減震設計依舊存在一些技術問題，例如無法確保減震技術的穩(wěn)定性、有效性，并且，要想應用減震技術，還需要提供一定程度的經濟支持。基于此，必須不斷增強對隔震、減震技術的研究與探討，使其充分發(fā)揮抗震優(yōu)化作用。

圖1　隔震設計流程圖

5　結語

總而言之，電是確保經濟發(fā)展與人們日常生活的重要基礎，變電站是連接電廠和所有用電終端的介質，因此，為了提高用電可靠性，必須保證變電站能夠安全的、穩(wěn)定的運行，這就要求對變電站結構抗震設計給予高度的關注與重視，確保電力安全供應。

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[2]吳繼宗，孟健，馮向.高地震烈度地區(qū)企業(yè)變電站抗震設計分析[J].煤炭工程，2011（11）：25～26.

[3]許永安.淺談變電站土建設計中的幾個問題[J].山西建筑，2011（37）：7～9.

TM63

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1673-0038（2015）51-0052-02

2015-11-18

劉義娟（1964-），女，高級工程師，本科，主要從事變電站土建結構總圖設計等工作。