110kV變電站綜合變電樓鋼結構技改方案分析

葉 斌 鄒福來

(1、杭州萬國投資管理有限公司，浙江 杭州 310016 2、電聯工程技術有限公司，浙江 杭州 310016）

1 工程概況

根據國家電網公司系統內試點建設“資源節約型、環境友好型、工業化”變電站的技術原則和設計要求。在110kV變電站通用設計方案基礎上進行優化后的綜合變電樓為單層結構，層高4.7m（局部3.3 m），長度42m，跨度 9.5m（局部14.5 m），建筑面積458m2；室內主要功能區域有繼電器室、配電裝置室、蓄電池室和生活值守室；存放設備有繼電器、無含油電氣設備、干式變壓器。

現行方案適用對象為110kV變電站綜合變電樓。由于110kV變電站變電樓工程量不大，且全部使用單層建筑，整體與鋼結構建筑的基本優勢吻合，故率先在該類變電站使用。

2 實施方案

2.1 設計方案

根據變電站相關設計規范要求，綜合樓建筑設計工程考慮10年遠景發展計劃，采用遠近結合、以近期為主，適當考慮擴建需要，堅持節約用地的原則，結合建設地點的實際情況，確定以下建設方案。

變電樓采用鋼結構外框和有檁墻、屋面構成；內墻分隔均采用鋼結構體系。

2.1.1 外框鋼結構

變電樓受力外框由10榀門式鋼架組成；鋼架間采用剛性系桿、墻屋面檁條連接，兩端跨間設置X型柱間支撐，屋面設置水平支撐。在門式剛架中，采用輕型焊接工形柱和分段變截面工形梁并利用腹板屈曲后強度，受力合理且鋼材消耗量低。工程方案經鋼結構專用軟件計算并優化得到，方案安全可靠、經濟合理。

2.1.2 維護結構

有檁墻、屋面構成及隔墻使用ALC板（加氣混凝土輕質墻板）。加氣混凝土板材是以水泥、石灰、硅砂等為主要原料的一種輕質多孔新型的綠色環保建筑材料。

ALC板產品特性

①保溫隔熱：其保溫、隔熱性是粘土的三倍、普通混凝土的十倍。

②輕質高強：為普通混凝土的1/4，立方體抗壓強度≥4MPa。特別是在鋼結構工程中采用ALC板作圍護結構就更能發揮其自重輕、強度高、延性好、抗震能力強的優越性。

③耐火、阻燃：加氣混凝土為無機物，不會燃燒，而且在高溫下也不會產生有害氣體；同時，加氣混凝土導熱系數很小，這使得熱遷移慢，能有效抵制火災，并保護其結構不受火災影響。

④可加工：可鋸、可鉆、可磨、可釘，更容易地體現設計意圖。

⑤吸聲、隔音：以其厚度不同可降低30～50分貝噪音。

⑥承載能力：能滿足風荷載、雪荷載及動荷載的使用要求。

⑦耐久性好：ALC板是一種硅酸鹽材料，不存在老化問題，也不易風化，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。

⑧綠色環保材料：ALC板沒有放射性，也沒有有害物質溢出。

2.1.3 防火處理

鋼結構通常在高溫下就會失去承載能力、發生很大的形變，導致鋼柱、鋼梁彎曲，結果因過大的形變而不能繼續使用，一般不加保護的鋼結構的耐火極限為1/4小時左右。這一時間的長短還與構件吸熱的速度有關。

要使鋼結構材料在實際應用中克服防火方面的不足，必須進行防火處理。其目的就是將鋼結構的耐火極限提高到設計規范規定的極限范圍，防止鋼結構在火災中迅速升溫發生形變塌落。

鋼結構防火保護措施較多，有包裹法、涂裝法。涂裝法有厚型、薄型、超薄型防火涂料，但由于厚型、薄型鋼結構防火涂料噴涂厚度較厚、裝飾性能較差，本工程針對不同結構件使用超薄型鋼結構膨脹防火涂料和包裹法兩套不同方案。

第一套方案：根據不同構件的耐火極限要求，對結構件實施不同的表面涂層厚度，從而達到相應的防火要求。

第二套方案：對框架柱構件采用包裹法，即使用S50ALC板將結構柱完全屏蔽起來，能阻止外界對其進行的熱傳導，根據檢驗該設防能使構件的耐火時間提高到4小時以上，故能滿足該工程的使用要求。

2.1.4 屋面防水處理

屋面防水二級，通過在屋面板上面鋪設防水卷材，達到設防要求。彩鋼瓦專用防水卷材能適應金屬屋面的熱脹冷縮，可隨彩鋼屋面的凸凹起伏而實貼屋面，達到金屬屋面與空氣隔離，既能達到防水功能又能起到防腐蝕效果。

2.2 工程造價

2.2.1 防火成本估算公式

第一套方案：每噸鋼材防火成本=每平方鋼材涂料用量x每噸鋼材面積x每公斤涂料價格

成本估算按防火二級要求設計，人工費另計 350 元/t。

第二套方案：每噸鋼材防火成本=每平方鋼材ALC板用量x ALC板價格

2.2.2 項目造價基本分析

該造價與《國家電網公司輸變電工程典型設計》110kV變電站分冊（2005版）內提供的標準單方工程造價1100元/m2節省了20%，顯然是有利于基建標準化工作推廣。

3 綜合評價

3.1 輕鋼結構體系優點

3.1.1 高強度、自重輕、適應性強

鋼結構具有強度高的特點，建筑構件截面相對單薄，因而自重較輕；另外鋼材具有較好的延性，故其能夠滿足沿海多風多震地區的要求，具有較強的適應性。

3.1.2 節能環保

房屋自重輕約為鋼筋混凝土結構的1/4左右，對地基承載力要求相應降低，可大幅減少能源消耗。另外鋼結構房屋可達到100%的回收，其他配套材料也可大部分實現回收，是名副其實的綠色環保產品。

3.1.3 工業化程度高

輕鋼結構房屋所有構件均可實行工廠化生產，并且質量穩定，有利于產品標準化推廣。

3.1.4 現場作業方便安全

所有構件全部采用高強鍍鋅螺栓連接，實現全過程干作業，施工不受季節影響，可大大降低施工周期且安全度高，有利提高經濟效益。

3.1.5 墻體厚度小，增加使用面積

所有管線可暗埋在墻體及樓板結構中，建筑內部實際使用面積大幅增加，可比傳統磚混結構增加使用面積至少10%。

3.1.6 配套圍護材料性能好

使輕鋼結構在隔音、保溫等性能方面比傳統混凝土結構優越。

3.2 ALC板產品優越性

3.2.1 經濟：能增加使用面積，降低地基造價，縮短建設工期，減少暖氣、空調成本，達到節能效果。

3.2.2 施工方便：加氣混凝土產品尺寸準確、重量輕，可大大地減少人力物力投入。板材在安裝時多采用干式施工法，工藝簡便、效率高，可有效地縮短建設工期。

3.2.3 環保：在生產過程中，沒有污染和危險廢物產生。使用時，也絕沒有放射性物質和有害氣體產生，即使在高溫下和火災中。ALC板是國家重點推薦的綠色環保建材產品。

4 結論

結合以上可行性初步分析和鋼結構建筑體系自身的優點，擬實施方案符合“兩型一化”變電站的“以用為先、簡潔適用，創新優化、節約資源，以人為本、環境友好”建設原則。

技改方案同時達到了省電力公司要以理念、管理、科技創新為動力，以“兩型一化”為載體，提升標準化建設水平的基建目的；通過“兩型一化”變電站的建設，深化和完善變電站典型設計，符合變電站工程建設的方向，實現電網建設方式轉變的目標。

[1]龔金京，于濱.定制鋼結構與土建技改配套工程深化設計[J].工業建筑，2008-06-20.