寒冷地區變電站建筑墻板設計方法探究

闕智超

摘 要：寒冷地區變電站建筑墻板的設計要在適應寒冷地區氣候特征的同時，充分發揮其材料本身特點。當前，我國寒冷地區變電站建筑墻板設計還存在一些問題，為了進一步促進我國寒冷地區變電站的發展，提高材料使用效率，有必要進行寒冷地區變電站建筑墻板設計方法研究。對裝配式建筑設計進行了分析，研究了墻板試驗以及墻板施工工藝，以具體實例進行了寒冷地區變電站建筑墻板設計方法的效益分析。

關鍵詞：寒冷地區;變電站;建筑墻板設計

中圖分類號：TM633;TU741 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）28-0-03

Abstract： The design of substation building wall in cold areas can meet the climate characteristics of cold areas. There are some problems to be solved in cold areas in China. In order to further promote the rapid development of substation in cold areas and improve the use efficiency of Chinese materials， it is necessary to promote the design method of substation building wall in cold areas. To analyze the design research of prefabricated buildings， studies the wall board test and wall board construction process， and analyzes the benefits of the building wall board design method of substation in cold areas.

Keywords： cold area;substation;building wallboard design

在北部寒冷地區變電站的建設中，建筑墻板不僅要具有一定的力學性能，還要具有一定的抗變形能力，在保溫和抗寒能力上也需要具有一定的優勢。

1 裝配式建筑設計研究

1.1 結構選型

在我國，建筑墻板的結構類型可分為木結構、裝配式鋼結構和裝配式混凝土結構。木結構的優點是原材料可再生、無污染、便于采購，安裝技術含量相對較小，在施工過程中不會有很大的噪聲或其他污染，但存在不耐火、易發霉等缺點。我國鋼材施工方法已較為成熟，鋼結構本身的抗壓強度也比較好，所以鋼結構具有很強的適用性，其優點是自重低（與混凝土結構化）和抗震能力強，大部分可以重復使用[1]。預制混凝土結構包括預制建筑系統、外墻安裝板和屋頂安裝系統，具有與現代鋼筋混凝土結構相同的耐久性、較強的耐火性能和較好的結構剛度，技術要求低，適應性強，但對建筑設計人員要求高，混凝土施工難度大。

1.2 墻板材料選擇

在進行材料選擇時，應注意材料的正常耐久性不得低于建筑物的估計耐久性，并應提前考慮建筑物使用過程中可能出現的維護費用。傳統鋼結構和養護墻體系的裝配式建筑主要為輕質混凝土空心墻和金屬板復合墻體系。輕質混凝土空心墻比較簡單，但材料較厚，保溫效果非常好，價格相對較低;金屬板復合墻體系的建筑材料較為復雜，最大的優點是防水性能好，實際施工操作方便。

1.3 基于裝配式建筑物的預埋管解決方案

當前，裝配式建筑墻板需要在工廠進行加工后再運送到施工現場進行組裝。變電站建在室內，可能會有明顯的外漏和埋管。因此，推薦采用一體化管道結構，通過調節外壁與內壁之間的預埋管來避免后期的二次加工。

1.4 裝配式建筑總體設計方案

采用輕鋼結構和鋼結構作為成品建筑結構，造價較高，但施工時間更短。此外，裝配式建筑的室內、外墻、屋面瓦的成本也相對較高，鋼板質量輕，可與輕鋼結構配套使用。其主要優點是綜合性能好，可預留各種埋管和開口，非常適用于南方多雨地區。

2 墻板試驗研究

2.1 試驗范疇

為了進一步研究RCP建筑墻板在寒冷地區變電站的應用效果，充分發揮其性能優勢，提升寒冷地區變電站建筑墻體應用的有效性，有效保證變電站建筑墻體的質量，進行了相關性能試驗。

2.2 試件制作

水泥聚苯乙烯刨花板的重要生產工藝是鋼絲網的添加，直接影響到復合涂層的完整性，輕質復合墻板示意圖見圖1。多次試驗發現，采用水泥膠粉添加劑能夠有效解決復合涂層完整性問題，并取得理想效果。

該工藝的關鍵技術是在填充水泥聚苯乙烯輕質材料時避免聚苯乙烯顆粒的空化和流動，填充水泥聚苯乙烯輕質材料后線底用高性能振動器振動3～5 s，制作完成后將墻磚堆成一堆，地板用木板保護，周圍用塑料膜覆蓋[2]。

2.3 抗彎承載力

2.3.1 試件的規格及數量。每個規格有5個樣品。尺寸等參數如表1所示。

2.3.2 加載方式。為了驗證試驗設備是否正常工作，在試驗前對每個樣品進行預緊。預壓時，試樣不得損壞，不得超過正常載荷的20%。正式加載時，每級0.1 kN/m2，加載10 min后記錄數據，加到0.5 kN/m2為止，測量此時的變形值。取3個樣品的算術平均值作為測量結果，精度為0.01 kN/m2。均布荷載法測試抗彎破壞荷載的裝置如圖2所示。

2.3.3 試驗結果。墻蓋抗彎承載力、位移變形試驗結果如圖3所示。圖3中為100 mm厚無筋墻，極限抗彎承載力為8.8 kN（3.76 kN/m）。墻蓋抗彎承載力、位移變形試驗結果如圖4所示。圖4中為100 mm厚的覆蓋著鋼絲網的墻體，其極限抗彎承載力為12.4 kN（5.30 kN/m）。綜上所述，墻體彎曲端儲能最大為12.4 kN，牽引區鋼絲網的布置顯著提高了彎曲端部的儲能量和結構強度。

2.3.4 試驗結論。在復合保溫輕質建筑板中加入鋼絲網后，強度提高50%，保證了復合保溫輕質建筑板的承載能力和抗脆裂能力。作為變電站墻體材料，它能夠滿足變電站相關使用要求。但是，當前的試驗結果與實際情況還存在很大偏差，因為試驗忽略了水泥聚苯乙烯的抗拉強度，對RCP墻板抗拉強度的估計相對保守。

2.4 試驗結果及分析

通過構件試驗分析了RCP墻板的性能指標，根據試驗結果充分評價了RCP應用與寒冷地區變電站建筑建筑墻板的效果。從試驗結果來看，RCP墻板能夠應用在寒冷地區變電站建筑墻板中。

3 墻板施工工藝

3.1 施工流程

①確定裝配圖。根據外墻尺寸確定面板裝配圖并繪制布局圖，盡量采用標準輕質保溫復合墻。②輕型保溫復合墻體切割。對于主規格中不能安裝的部分，現場使用切割鋸將其切割至所需尺寸。③彈線。安裝輕阻尼復合墻體前，根據圖紙和板材布局重新檢查尺寸，確定安裝控制線。④安裝連接件。將墻體連接件安裝在建筑物主體結構上，根據需要調整固定鋼纜及其連接件，同時，調整整體輕鋼顎的水平方向。⑤拼裝輕質保溫復合墻板。安裝輕質保溫復合墻板，使用特殊膠粘劑，龍骨接近榫和螺母輕鋼楔，并安裝在墻上[3]。⑥拼裝縫及陰陽角處理。輕質保溫復合墻在裝配時應填充專用膠粘劑，內角和外角用聚合物砂漿抹面。為加強裂縫控制，應安裝200 mm寬的耐堿光纖片材。

3.2 輕質保溫復合墻板拼裝施工

①鋪設輕質保溫復合墻前，應按輕質保溫復合墻規范、砂漿格柵、豎龍骨布置及門窗開口尺寸繪制布置圖。②保溫連接墻敷設前，應將水平位置線斷開，按片數垂直對齊，根據設計要求，標注板材規格、砂漿層厚度、板材皮數和豎墻截面數。③安裝輕質保溫復合墻時，水平縫和垂直縫的寬度應為5～10 mm。④輕質保溫復合墻板拼裝門窗洞口墻時，應安裝墻體的輕鋼楔，確保龍骨預埋在保溫連接墻邊緣[4]。⑤墻的頂部與框架支撐板之間有一定的間隙，縫隙、框架支撐、板材采用高強度彈性填充，并配備建筑密封。⑥穿墻管道必須嚴格防止滲漏，安裝在墻上或沉積在墻上的鐵件必須進行防腐處理，管道必須采取措施進行保溫。⑦輕阻尼復合墻應盡量按規范安裝，接縫應上下錯開，搭拼長度一般不小于主要規格的1/3。

4 應用實例

4.1 工程概況

黑河500 V變電站占地面積小，應用面積固定，施工舒適快捷，提高了吊拱安裝的效率和安全性。

4.2 效益分析

4.2.1 綜合效益高，值得推廣應用。裝配式建筑的設計目的是將建筑模塊、間隙間距、儲存高度和跨度寬度統一為標準化的裝配式構件，工業生產和機械化現場裝配，減少現場濕操作，減少污染。與傳統混凝土施工相比，施工工期大大縮短，有助于提高資金使用效率。

4.2.2 機械化程度高，施工成本低，經濟效益高。裝配式建筑充分利用了機械吊裝，與鋼-混凝土框架施工相比，節省了大量的施工成本和勞動力，縮短了施工周期。與傳統施工方法相比，機械和人力投入少，經濟優勢明顯，降低了總成本，經濟效益明顯。

4.2.3 安全可靠性高。在傳統的建筑結構施工中，由于施工人員數量多、施工隊伍大、人員投入集中，施工人員在施工過程中容易遭遇生命危險，而裝配式墻板能夠有效避免這種情況。

4.2.4 技術先進，社會效益好。采用裝配形式，將工業化成品件與傳統提升工藝相結合。相比于以往的先澆筑混凝土工藝，裝配式構件能夠不受天氣因素和環境條件的影響，同時減少了工作量和工作時間[5]。

5 結語

目前存在兩大制約寒區預制變電所發展的問題。一是板材本身及連接結構不能適應寒區溫差，溫差引起的變形開裂嚴重影響冷密度、砂密度、風密度和冷密度橋梁的性能;二是與傳統建筑相比，裝配式外墻覆蓋物的成本明顯較高，影響了裝配式建筑的經濟指標。因此，迫切需要對預制外墻復板進行深入研究，研發適用于寒冷地區環境的預制外墻技術，促進預制建材產業鏈的健康發展，滿足寒冷地區的性能要求，降低成本，提高墻體覆蓋材料的工藝質量。

參考文獻：

[1]馮凱，林佰春，李陽洋.寒冷地區變電站裝配式建筑墻板設計研究[J].電力勘測設計，2020（2）：185-192.

[2]金毅，魏勝波，陳亞瓊.變電站裝配式建筑設計研究與應用[J].中國房地產業，2021（4）：73.

[3]陳俊杰，盛松源，黃達余.變電站裝配式建筑物建筑結構一體化研究[J].電力勘測設計，2018（2）：70-75.

[4]朱明晨，董家源.裝配式建筑在變電站中的應用探討[J].百科論壇電子雜志，2021（10）：2508.

[5]劉忠文，江瑩，陸航.PC墻板在變電站中的設計與創新[J].建筑工程技術與設計，2014（19）：675-676.

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