變電站生產(chǎn)綜合樓裝配式方案研究

孫守好

（安徽華電工程咨詢設(shè)計有限公司 安徽合肥 230022）

變電站生產(chǎn)綜合樓裝配式方案研究

孫守好

（安徽華電工程咨詢設(shè)計有限公司 安徽合肥 230022）

鋼結(jié)構(gòu)廠房因其施工速度快、承載力高、整體剛度和抗震性能好，在工業(yè)廠房和民用設(shè)計中逐步代替了笨重的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而得到了普遍應(yīng)用。同時，由于變電站建筑面積小，鋼材指標在建筑工程中所占比例較小，故推薦使用鋼結(jié)構(gòu)。本文主要從抗震、環(huán)保等方面分析了變電站綜合樓裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工的優(yōu)選方案。

裝配式；變電站；結(jié)構(gòu)

1 本站建筑物概況及和位置優(yōu)選

本站僅布置一棟兩層生產(chǎn)綜合樓，主變布置在生產(chǎn)綜合樓的的南側(cè)，一層布置110kV開關(guān)室、35kV開關(guān)室及二次設(shè)備室及輔助用房，二層布置220kV開關(guān)室。調(diào)整后的總建筑面積為2120.40m2，較可研4813.9m2壓縮了56.0%，不僅高效利用了有限的土地資源，更體現(xiàn)了功能至上的工業(yè)建筑精神，建筑物概況詳見表1。

表1 建筑物概況一覽表

通過合理布置房間，使設(shè)計方案實現(xiàn)了在總平面中的占地面積最小化，節(jié)約了建造成本。

1.1 本工程建筑各構(gòu)件防火分析

根據(jù)本工程所處的地理環(huán)境和的重要性確定，生產(chǎn)綜合室使用年限60年，抗震設(shè)防類別為乙類，火災(zāi)危險性類別為丙類，耐火等級為二級。建筑防火設(shè)計符合國家現(xiàn)行《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2006）及相關(guān)設(shè)計規(guī)程的規(guī)定，在防火分區(qū)、防火構(gòu)造、疏散門、通道和構(gòu)件的耐火極限等方面進行設(shè)計。

1.2 建材綜合性能比較

山東地區(qū)為冬冷夏熱地區(qū)，建筑物外墻是降低建筑能耗的關(guān)鍵因素之一，外墻材料及其構(gòu)造，是裝配式建筑推廣的關(guān)鍵技術(shù)之一。在墻板選材方面，隨著科技的不斷進步，各種新材料不斷涌現(xiàn)，并得到了廣泛的應(yīng)用。

裝配式結(jié)構(gòu)外墻的設(shè)計原則：

（1）應(yīng)具備質(zhì)輕、保溫、隔熱、隔聲、防火、防水、耐凍、耐老化、耐侯和環(huán)保等性能；

（2）材料的正常使用壽命應(yīng)與建筑的使用年限相適應(yīng)，并考慮使用壽命全過程的費用，包括板材在使用過程中的維修費用和壽命結(jié)束時的處理費用；

（3）應(yīng)與鋼結(jié)構(gòu)有可靠的連接，以滿足抗震設(shè)防和結(jié)構(gòu)延性的需要；

（4）應(yīng)盡可能模數(shù)化、工廠化、施工快捷，并有配套的連接件、施工機具，更要因地制宜。

1.3 樓面、屋面材料選型及分析

樓面、屋面材料首先應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)荷載的需要，保證建筑物在安裝、運輸、使用期間滿足強度和變形的要求。提高樓面、屋面的保溫隔熱性能，是減少空調(diào)耗能，改善室內(nèi)熱環(huán)境的一個重要措施，其次屋面保溫、防水的設(shè)計，也是確保工藝設(shè)備能正常運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)目前的工程實踐及調(diào)研，本變電站裝配式建筑在樓面及屋面選用壓型鋼板底模現(xiàn)澆板結(jié)構(gòu)。具體論述詳見《裝配式多層建筑樓面及屋面材料選擇專題報告》。

1.4 “綠色”環(huán)保型建筑

1.4.1 外墻做法

作為建筑物外圍護結(jié)構(gòu)的墻體，其所采用的隔熱保溫材料能夠直接影響建筑物的傳熱量。本工程外墻為纖維水泥加壓板復(fù)合墻體，經(jīng)過計算本墻體的傳熱系數(shù)為0.18，而我國對寒冷地區(qū)建筑物外墻傳熱系數(shù)要求不大于0.5，符合國家要求。而且?guī)r棉板具有優(yōu)良的防火、保溫和吸音性能，在生產(chǎn)中加入防水添加劑后，還具有較好的防潮憎水性，這些特性都非常適合本工程建筑外墻采用。

1.4.2 屋頂做法

屋頂作為建筑物最上層的維護結(jié)構(gòu)，在建筑保溫隔熱方面同樣具有極其重要的作用。在寒冷地區(qū)，屋頂構(gòu)造設(shè)計同樣需要滿足冬季保溫的要求，減少室內(nèi)熱量損失。本工程屋面需安裝太陽能光伏電池板，設(shè)備支座較多，屋面防水要求較高，為滿足屋面防水要求，防水采用雙層復(fù)合防水，屋面做法采用倒置式上人屋面。

倒置式上人屋面由上到下做法為：細石混凝土保護層；憎水硬質(zhì)巖棉保溫板；APF改性瀝青防水卷材防水層；噴涂速凝橡膠瀝青防水材料；水泥砂漿找平層；壓型鋼板底?，F(xiàn)澆板結(jié)構(gòu)層。其中巖棉保溫板具有優(yōu)良的防火性，符合公安部（2011）29號文中關(guān)于屋面保溫層不得選用擠塑板等可燃保溫材料的要求。經(jīng)過熱工計算得到屋頂傳熱系數(shù)為0.41，滿足國家關(guān)于寒冷地區(qū)三層以下建筑屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)不大于0.45的要求。

圖1 噴涂速凝橡膠瀝青防水材料施工做法

1.4.3 門窗做法

本設(shè)計中的窗采用斷橋鋁合金窗，玻璃采用保溫節(jié)能較優(yōu)的low-e雙層中空玻璃，窗結(jié)構(gòu)與中空玻璃的完美結(jié)合不僅提高了窗保溫性能，同時也優(yōu)化了建筑立面效果。

2 建筑物抗震設(shè)計及構(gòu)造

2.1 設(shè)計依據(jù)

設(shè)計荷載見表2。

表2 設(shè)計荷載

2.1.1 材料屬性

（1）框架柱、梁、節(jié)點板均采用Q235B鋼；鋼板化學(xué)成分和力學(xué)性能應(yīng)符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》的規(guī)定；

（2）鋼材的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應(yīng)小于1.2；（3）鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺階，且伸長率應(yīng)大于20%。

2.1.2 螺栓及錨栓

高強螺栓為10.9級摩擦型高強螺栓。Q235B鋼摩擦面的抗滑移系數(shù)不小于0.45。

高強螺栓施工應(yīng)遵照《鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接的設(shè)計、施工及驗收規(guī)程》的要求。

普通螺栓均為安裝螺栓，其等級為C級，強度等級4.6級，材質(zhì)為Q235B，錨栓均采用Q345B級鋼。

2.1.3 焊接材料

（1）手工焊接

對Q345B鋼的焊接，采用E50XX低氫型焊條，應(yīng)符合《低合金鋼焊條》的規(guī)定；

（2）自動焊或半自動焊

焊絲和焊劑應(yīng)保證其熔敷金屬的力學(xué)性能不低于現(xiàn)行國家標準《埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑》和《低合金鋼埋弧焊用焊劑》中相關(guān)的規(guī)定。

2.1.4 預(yù)埋件

直錨筋與錨板采用T型焊。錨筋直徑不大于20mm時，采用壓力埋弧焊；錨筋直徑大于20mm時，采用穿孔塞焊。

2.1.5 防火涂料

防火涂料的技術(shù)指標應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。

2.2 抗震構(gòu)造

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》，本工程站內(nèi)綜合建筑滿足最大高度90m、最大高寬比6.0要求，同時應(yīng)符合抗震等級三級的計算和構(gòu)造措施。

（1）梁柱構(gòu)件受壓翼緣應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置側(cè)向支承。

（2）梁柱構(gòu)件在出現(xiàn)塑性鉸的截面，上下翼緣均應(yīng)設(shè)置側(cè)向支承。

（3）相鄰兩側(cè)向支承點間的構(gòu)件長細比，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

（4）梁與柱的連接宜采用柱貫通型。

（5）柱在兩個互相垂直的方向都與梁剛接時宜采用箱形截面，并在梁翼緣連接處設(shè)置隔板；隔板采用電渣焊時，柱壁板厚度不宜小于16mm，小于16mm時可改用工字形柱或采用貫通式隔板。當柱僅在一個方向與梁剛接時，宜采用工字形截面，并將柱腹板置于剛接框架平面內(nèi)。

（6）工字形柱（繞強軸）和箱形柱與梁剛接時（圖2），一層柱頂與二次柱腳連接應(yīng)（圖3），鋼梁與鋼柱節(jié)點圖（圖4）符合下列要求：

圖2 柱與梁剛接

圖3 一層柱頂與二層柱腳連接

圖4 鋼梁與鋼柱節(jié)點圖

①梁翼緣與柱翼緣間應(yīng)采用全熔透坡口焊縫；應(yīng)檢驗焊縫的V形切口沖擊韌性，其夏比沖擊韌性在-20℃時不低于27J。

②柱在梁翼緣對應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置橫向加勁肋（隔板），加勁肋（隔板）厚度不應(yīng)小于梁翼緣厚度，強度與梁翼緣相同；

③梁腹板宜采用摩擦型高強度螺栓與柱連接板連接（經(jīng)工藝試驗合格能確?，F(xiàn)場焊接質(zhì)量時，可用氣體保護焊進行焊接）；腹板角部應(yīng)設(shè)置焊接孔，孔形應(yīng)使其端部與梁翼緣和柱翼緣間的全熔透坡口焊縫完全隔開；

④腹板連接板與柱的焊接，當板厚不大于16mm時應(yīng)采用雙面角焊縫，焊縫有效厚度應(yīng)滿足等強度要求，且不小于5mm；板厚大于16mm時采用K形坡口對接焊縫。該焊縫宜采用氣體保護焊，且板端應(yīng)繞焊；

⑤二級時，宜采用能將塑性鉸自梁端外移的端部擴大形連接、梁端加蓋板或骨形連接。

2.3 計算要點

（1）鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)按本節(jié)規(guī)定調(diào)整地震作用效應(yīng)，其層間變形應(yīng)符合本規(guī)范有關(guān)規(guī)定。構(gòu)件截面和連接抗震驗算時，非抗震的承載力設(shè)計值應(yīng)除以規(guī)范規(guī)定的承載力抗震調(diào)整系數(shù)。

（2）鋼結(jié)構(gòu)抗震計算的阻尼比宜符合下列規(guī)定：

①多遇地震下的計算，高度不大于50m時可取0.04；

②在罕遇地震下的彈塑性分析，阻尼比可取0.05。

（3）鋼結(jié)構(gòu)在地震作用下的內(nèi)力和變形分析，應(yīng)符合下列規(guī)定：

①鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)按本規(guī)范計入重力二階效應(yīng)。進行二階效應(yīng)的彈性分析時，應(yīng)按現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，在每層柱頂附加假想水平力。

②框架梁可按梁端截面的內(nèi)力設(shè)計。對工字形截面柱，宜計入梁柱節(jié)點域剪切變形對結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響；鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換構(gòu)件下的鋼框架柱，地震內(nèi)力應(yīng)乘以增大系數(shù)，其值可采用1.5。

（4）鋼框架梁的上翼緣采用抗剪連接件與組合樓板連接時，可不驗算地震作用下的整體穩(wěn)定。

3 結(jié)論

本本工程建筑設(shè)計全面貫徹了國家電網(wǎng)公司關(guān)于變電站通用設(shè)計、標準配送式智能變電站技術(shù)導(dǎo)則及“兩型一化”的指導(dǎo)思想和設(shè)計原則。從變電站屬于工業(yè)建筑的屬性出發(fā)，明確定位，多方位考慮工藝流程、功能需求、建筑材料、建筑技術(shù)、自然條件等因素，在建筑外形，建筑智能化，建筑裝配形式方面都有自身特色。

[1]張龍飛，楊正.預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用分析[J].江西建材，2016（01）.

[2]肖向東，司為國.用輕型裝配式結(jié)構(gòu)建造“兩型一化”變電站[J].電力建設(shè)，2009（05）.

[3]邊廣生，張玉明，郭正興.某特大橋箱梁新老混凝土結(jié)合面剪切模型試驗研究[J].特種結(jié)構(gòu)，2009（04）.

[4]陳申一，郭正興，邊廣生.預(yù)應(yīng)力裝配式異形柱節(jié)點受力性能試驗研究[J].建筑技術(shù)，2008（11）.

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1004-7344（2016）08-0066-02

2016-3-1