淺談裝配式變電站的土建設計

曾琰（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）

淺談裝配式變電站的土建設計

曾琰
（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）

裝配式變電站在一定程度上改變了傳統變電站土建設計、施工模式。通過選用全預制裝配結構，采取生產預制及現場裝配安裝來建設變電站，能夠大大縮短工程設計與施工時間，減少一定的變電站占地面積，節約土地資源。基于此，本文詳細闡述了裝配式變電站的土建設計，為我國電力系統的發展奠定了堅實的基礎。

裝配式變電站；土建設計；特點

1　引言

裝配式變電站建設能夠滿足標準化設計、工廠化加工等方面的需求，并且還能大幅度提高變電站工程施工進度與效率。但是現階段，我國在裝配式變電站建設方面還不是很成熟，有許多部分還存在一些缺陷，因此，必須對其進行深入的研究。

2　裝配式變電站建筑物設計

2.1建筑、結構總體設計原則

依據構建標準化要求，為減少構件類型，對建筑柱距、跨度、層高等進行合理歸并、統一。建筑設計時，在滿足電氣專業設備布置及使用功能要求的同時，還應滿足建筑模數協調原則，以實現建筑構件在不同變電站之間、同站不同建筑之間、同建筑的不同部位之間的通用性和互換性。大量規格化、定型化構件的生產可穩定部件生產質量、降低生產成本；通用化構件的互換能力，可促進市場的競爭和構件生產水平的提高。

裝配式變電站建筑的設計不同于傳統建造方式的設計，需要在設計過程綜合考慮預制構件的生產工藝、運輸條件、安裝方法、現場條件等因素，必須結合項目特點和地區資源條件才能確定總體的技術方案，在方案階段，應根據業主需求、生產、安裝單位的實際情況進行綜合策劃。對于裝配式變電站的結構設計，除了正常使用階段的結構計算之外，還需要對預制構件的脫模、運輸、吊裝過程等施工階段進行兩階段驗算，同時，對于施工操作要點及施工順序，也應當具有詳細的說明。

在確定裝配式變電站結構方案時，應充分考慮到變電站地址條件，并進行站址運輸條件、構件堆放場地、吊裝場地等條件論證。特別對于建在市區或市郊，占地狹小的全戶內變電站，由于預制構件尺度大、自重大、安裝作業面要求寬大，構件運輸、安裝條件將是變電站結構方案選擇以及構件拆分的重要依據。

在進行裝配式變電站結構設計時，應結合變電站結構自身的特點；500kV變電站主控通信樓等主要結構安全等級為一級；330kV及以上變電站、220kV及以下電壓等級重要樞紐變電站的主控通信樓及配電室抗震設防類別為重點設防類（乙類）。應充分考慮結構的可靠度，不宜盲目追求太高的預制化率，不宜采用全裝配式結構，宜采用裝配整體式結構方案，以增加結構的整體剛度，提高結構抵抗水平荷載的能力和抗震能力。

2.2結構構件拆分原則

對于被拆分的預制構件，應符合模數協調原則，優化預制構件的尺寸，減少預制構件的種類；預制構件的拼接部分應當設置在構件受力較小的部位；預制構件的連接構造應簡單，構件傳力路線明確，所形成的結構體系承載能力安全可靠；被拆分的預制構件尺度和自重應滿足運輸條件和施工吊裝要求，且便于施工安裝和進行質量控制。

2.3結構體系和材料選擇

對于裝配式變電站建筑物結構，可采用鋼框架結構和裝配整體式鋼筋混凝土框架結構方案。

當采用鋼框架結構時，為減少現場焊接，節點處應采用螺檢連接，柱應當采用帶懸臂梁形式（圖1），為減小柱的運輸輪廓尺寸，也可將柱、懸臂梁分開制作柱腳剛接、柱梁剛接、梁梁較接、樓（屋）面板現澆的裝配整體式方案，為減少樓（屋）面現澆板的腳手架和模板搭設現場工作量、各層平行施工作業、加快施工進度、提高裝配化率，應當采用壓型鋼板作底模的組合樓板，當樓板跨度較大時，應當采用帶鋼筋析架的壓型鋼板作底模的組合樓板樓（屋）面現澆板與鋼梁之間應設置杭剪連接件，鋼梁計算時，應當考慮成樓（屋）板參與共同工作的鋼—混凝土組合梁，以降低鋼梁的截面降低工程造價。

圖1　鋼柱

當采用鋼筋混凝土框架結構時，應當選用柱腳剛接、梁柱剛接、主次梁剛接、樓（屋）面板半預制半現澆的裝配整體式疊合樓（屋）蓋方案，為減少樓（屋）面現澆板的腳手架和模板搭設現場工作量、各層平行施工作業、加快施工進度、提高裝配化率，梁板預制部分施工階段結構計算時，應按照不設置臨時支撐方案設計，當樓板跨度較大時，樓板預制部分應當采用帶鋼筋桁架的預制板。疊合梁的預制部分表面應做成凹凸大于6mm的粗糙面，疊合板的預制部分表面應做成大于4mm的粗糙面。為加強預制柱、梁的整體連接，在柱、梁節點區，應當采用鋼纖維混凝土澆筑。為增加建構的水平剛度，疊合板的預制部分厚度不宜小于60mm，疊合層厚度不應小于60mm，板縫、梁板交接部位應設置連接鋼筋同時，疊合樓（屋）蓋的預制構件應特別注重施工階段的驗算。對于建筑物維護墻體材料的選擇，傳統的小砌塊不能夠滿足裝配式變電站的建設需要，可供選擇的有壓型鋼板、蒸壓輕質加氣混凝土墻板（ALC板）等，由于壓型鋼板自身耐久性和防欠性能差的缺點，例如220kV敞開式變電站的10kV配電室、110kV敞開式變電站的綜合樓靠主變側，一般采用壓型鋼板，防火等級不滿足要求因此，建筑物維護墻體材料推薦采用加氣混凝土預制墻板（ALC板）。

2.4造價比較

根據方案比較發現，鋼框架結構較常規變電站造價高出25%左右，鋼筋混凝土結構較常規變電站造價高出10%左右。鋼筋混凝土裝配式結構在工業建筑中應用較少，工程造價是根據定額和小型構件廠詢價確定，目前如應用于實際工程，可能會因為預制構件供小于求，自制模板、人工等攤銷量較大等原因，造價可能高出鋼結構方案，甚至會更高。

由于鋼結構防腐、防欠性能差，使用階段需要維護而影響變電站運行等缺點，常規戶外變電站鋼筋混凝土裝配式結構構件尺度小、自重輕，運偷安裝難度不大，鋼筋混凝土構件耐久性、防腐、防欠性能優越，隨著裝配式結構的推廣，工業化水平的提高，成本將逐漸降低，并最終低于傳統現澆結構因此，戶外變電站采用鋼筋混凝土裝配式結構將更加經濟、環保、適用。

3　裝配式構筑物設計

3.1構、支架設計

構、支架設計結構形式與傳統變電站相同，對于220kV以上的變電站構架柱，一般選用圓形或是多邊形鋼管構成的鋼結構；對于構架橫梁，則采用等比邊角鋼或者是以鋼管為主要材料而構成的三角形斷面鋼結構。同時，對于110kV以下的變電站構架柱，則應當選用混凝土等徑環形桿；對于其構架橫梁，則應當選用以等邊角鋼為主要材料構成的三角形斷面焊接鋼結構。對于構、支架基礎，均選用重力式混凝土杯形基礎。

此外，對于主要設計，具體如下：構件接頭均采用螺栓連接，以此來避免工程現場火情的發生，并且避免對防腐層造成損害，或是使其出現色差，有利于文明建設。對于變電站鋼結構防銹防腐設計，應當選用“冷噴鋅+面漆”的防腐工藝進行，有利于環境保護。

3.2裝配式圍墻、防火墻設計

預制式圍墻一般由墻板、壓頂、鋼筋混凝土預制式立柱、柱帽構成。其中，圍墻立柱、墻板壓頂、柱帽全部選用標準設計工廠化，并且按照清水混凝土施工工藝生產的預制件，墻體則選用工廠預制加工的成品蒸壓輕質加氣混凝土墻板，也就是所謂的ALC板。同時，對于變電站頂部的一塊ALC板，應當選用預制混凝土梁壓頂。此外，在進行安裝操作時，需要將預制件插入圍墻立柱的預留凹槽中，并采用ALC嵌縫劑處理板縫，然后還要對其涂抹一道丙乳密封液，以及涂刷一道護防水膩子、兩道外墻防水彈性涂料。對于裝配式防火墻設計，與圍墻設計基本相同。

3.3裝配式電纜溝設計

預制式電纜溝一般由鋼筋混凝土預制式電纜溝單體、溝蓋板構成，同時，電纜溝單體及溝蓋板統一采用標準化設計工廠化生產的鋼筋混凝土預制段。對于電纜溝預制長度，也要考慮其能夠便于運輸、安裝，且還需要將每段的自重控制在1500kg以內。為了給現場安裝提供便利，并確保滿足防水需求，需要在電纜溝單體的一端U形端面上設置凸緣，另一個端面設置相對應的凹槽，連接時，需要使得凹凸槽完全吻合，對于兩者之間存在的縫隙，應當采用密封膠進行密封。

此外，還需在預埋在溝壁的扁鋼上焊接電纜支架，并在每一個電纜溝的單體底部開設匯水溝槽，有利于增強溝底的排水能力，減少積水。電纜溝單體底面由兩側壁垂直于中間匯水溝槽方向，在工廠預制時設置為斜面。圖2為電纜溝（單側支架）示意圖。

圖2　電纜溝（單側支架）

4　裝配式變電站建筑裝飾及設備管線的集成化設計

當特定的工廠在進行變電站墻板的預制時，可有效結合保溫、基層墻板、裝飾層，形成一集保溫與裝飾的一體板，此板材的外表面也用于各種類型的仿石材、仿面磚的圖案、機理的制作，內表面則可用于各種內飾涂料的制作。但在進行現場操作時，嚴禁濕作業，只需要直接將其安裝在墻上就可以了，有利于環保、節能。

在進行預制構件設計時，需要對其與電氣、暖通等專業的有效結合進行全面的考慮，并預先做好加工圖的設計工作，例如電氣專業的開關、動力箱等。在進行土建排板操作時，還需確保其能夠符合電氣等專業的需求，然后將專用的板材設置在相應的部位，例如插座板等，最后在統計好各種專用板具體種類與實際數量之后，進行訂貨。當這些材料都到貨之后，可以直接安裝，無需多余的操作。

5　結語

總而言之，近年來，科學技術的發展帶動了建筑行業的發展，在此情況下，裝配式變電站也獲得了進一步發展，但雖然其已進入探索階段，但依舊存在一些問題亟待解決，例如技術規范的缺失、專業性人才的缺失等，這些都對裝配式變電站建設的發展造成了一定的影響與阻礙，因此，必須不斷探索相對應的解決措施，推動我國建筑行業的持續發展。

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TU271

A

1673-0038（2015）51-0098-02

2015-12-5

曾琰（1969-），女，工程師，主要從事變電站土建結構設計等工作。