裝配式變電站的土建設計

林潔

[摘要]裝配式建筑是目前國家及行業推廣的方向，建設裝配式變電站既符合國家推廣綠色節能建筑的要求，也是國家電網推行智能變電站的重要組成部分。如何從源頭上創新設計，在結構體系、圍護系統等方面突破傳統的現澆鋼筋混凝土變電站設計，實現建設節能型綠色變電站建筑的目標，是本文探討的初衷。

[關鍵詞]裝配式變電站；結構；維護；系統 文章編號：2095-4085（2018）05-0028-02

裝配式建筑，是指建筑的大部分部件部品先在工廠生產預制，再運到施工現場進行組裝的建設模式。預制裝配式建筑改變了傳統的建筑模式，大大減少了現場的作業量，有助于提高建筑質量、縮減建設工期、實現節能環保。推動裝配式變電站的實施，將有利于顯著提高變電站的建設效率、提升變電站的工程質量，有助于提高電網建設能力。

1 裝配式建筑物結構選型

裝配式建筑主要分為裝配式混凝土結構和裝配式鋼結構兩種形式。

1.1 裝配式混凝土結構簡介

裝配式混凝土結構是指在工廠預制混凝土構件，運到施工現場裝配的混凝土結構類房屋建筑。裝配式混凝土結構對節點連接的要求非常高，處理稍有不慎可能導致災難性后果。在變電站的建設中，裝配式混凝土結構尚處于研究階段。

1.2 裝配式鋼結構簡介

預制裝配式鋼結構是指建筑的結構系統是由鋼構件組成的結構體系。鋼結構本身就是天然的裝配式建筑，通過在鋼構廠制作好鋼柱、鋼梁等構件再運到現場進行節點安裝。鋼結構相對混凝土建筑比重輕，且便于運輸、吊裝，可大大減少基礎造價，縮短制作周期、抗震性能高，可回收利用，適用于跨度大高度高承重結構，適合變電站的使用要求，所以已建成的裝配式變電站大多為鋼結構。

2 裝配式鋼結構

裝配式鋼結構建筑由四大系統組成：結構系統、外圍護系統、設備管線系統、內裝系統。土建主要涉及結構及維護系統的設計。

2.1 結構系統

裝配式鋼結構有兩種形式，分別是輕型鋼結構和鋼框架結構，表述如下。

輕型鋼結構主要是指門式剛架，主要受力構件為鋼架斜梁和鋼架柱。門式剛架具有受力簡單、傳力路徑明確、構件制作快捷、便于工廠化加工、施工周期短等特點。輕鋼結構適用于跨度為9～36m，柱距為6m，柱高為4.5～9m，不設吊車或設有起重量較輕吊車的單層工業廠房等。

鋼框架是指由鋼梁和鋼柱組成的能承受垂直和水平荷載的結構。這種體系受力明確，平面布置靈活，構件易于標準化、定型化、裝配化，制作安裝簡單，施工速度較快[1]。鋼框架適用于大跨度或高層或荷載較重的工業與民用建筑。

當變電站的主要建筑物主控樓、配電裝置樓為單層建筑，基本分壓不大于0.7kN/m2時可選用輕型門式鋼結構，其余一般應選用鋼框架結構。

2.2 圍護系統

圍護系統對于裝配式鋼結構是一個關鍵因素。圍護系統與建筑的美觀效果、保溫隔熱效果、防水防火等密切相關。圍護系統必須與結構系統配合緊密、和諧統一，要與鋼結構輕量化、裝配化的特點相適應。應具備質輕、保溫、隔熱、防水、耐老化等性能。

維護系統主要包括樓（屋）面圍護和墻板圍護。

2.2.1 裝配式鋼結構建筑物樓（屋）面

裝配式鋼結構樓屋面可采用壓型鋼板、壓型鋼板混凝土組合樓板、鋼筋桁架樓承板等圍護。

壓型鋼板在所有屋面材料中質量最輕，經常與輕鋼結構配合使用，可有效節約用鋼量，降低基礎承重，節約造價。但鋼板拼接螺釘容易生銹，影響建筑使用壽命。單純的壓型鋼板屋頂管線明敷，既不美觀也不滿足使用要求。變電站的特性使得建筑的跨度大，設備荷載重，樓板預埋管及預埋件也多，所以樓板不適宜采用裝配式輕鋼屋面，宜采用現澆組合樓板。

帶一定肋高的壓型鋼板混凝土組合樓板目前在鋼結構中應用廣泛，壓型鋼板混凝土組合樓板利用凹凸相間的壓型薄鋼板做襯板，與現澆混凝土澆筑在一起，支承在鋼梁上構成整體型樓板，主要由樓面層、組合板和鋼梁三部分組成[2]。壓型鋼板組合樓板具有現場作業方便、施工周期短等優點，且樓板的整體性好。但該樓板因需設多道小梁且樓板總厚度大而導致凈高減少，且樓板下表面不平整，影響美觀，防火性能差，需在板底做防火處理。樓板雙向剛度不一致，抗震性能差。

鋼筋桁架樓承板在壓型鋼板組合樓板的基礎上更進一步改良，將混凝土樓板中的受力鋼筋在工廠中加工成鋼筋桁架，桁架模板依靠自身強度和剛度，可承受混凝土自重及施工荷載，無需支模和拆模，亦無需在高空搭設和拆卸任何臨時腳手排架[3]，提升了約40%的工作效率。鋼筋桁架樓承板已有板的主要配筋，故施工現場只需簡單的綁扎鋼筋、預埋管線及預留孔洞后便可澆筑混凝土，減少了現場60%～70%的鋼筋綁扎量。鋼筋桁架樓承板組合樓板受力模式更加合理，可根據需要設計成單向板或雙向板，抗震性能好，板底為平板，凈高有保證，施工便捷，工期較短。

2.2.2 裝配式鋼結構建筑物圍護墻板

建筑物墻體是降低建筑能耗的關鍵因素之一，墻板材料及其構造，是模塊化裝配式建筑推廣的關鍵技術之一。板材建筑因其具備質輕、防火、施工快捷等優點，在當前的裝配式鋼結構建筑中得到廣泛應用。

目前市場常見的預制大板材有：防火石膏板+保溫棉、壓型鋼板復合墻板、ALC板（蒸壓輕質加氣混凝土板）、鋁鎂錳板等。

防火石膏板一般用于變電站內主控樓、配電裝置樓的內墻板。防火石膏板具有輕質、高強、隔熱、防火、加工方便等優點。

壓型鋼板復合墻板的外板夾芯板系彩色涂層鋼板面板及底板與保溫芯材通過粘強劑復合而成的保溫復合圍護板材。該板材保溫隔熱性優良，但連接件容易出現銹蝕現像、表面涂層易于老化，一般只有5～20年的使用年限，與國家電網提倡的60年全壽命周期變電站要求相差甚遠，因此不適合應用于裝配式變電站。

ALC板是蒸壓加氣混凝土板的簡稱。ALC板材質量較輕，可有效減輕建筑物的自重。該板具有較好的保溫隔熱性能，適用于內外墻板、屋面板、防火墻等，是一種輕質高強圍護結構材料。但縫材易老化，使用過程應注意維護。

鋁鎂錳合金復合幕墻集成墻板由鋁鎂錳合金板、型鋼龍骨、防火保溫棉組合而成。由工廠進行單元幕墻板預制，現場進行模塊化吊裝，與主體結構使用螺栓固定和掛接。鋁鎂錳合金是一種輕型、耐候、穩定、環保的新型材料，使用壽命長，是未來裝配式變電站著重發展的一種外墻圍護材料。

3 結語

變電站項目的裝配化設計將會改變變電站電氣布局、土建設計和施工模式，尤其適合于解決城市變電站建設普遍面臨用地緊張、施工場地狹小等問題。采用鋼結構和成品圍護作為新型變電站項目高效、標準、節能、環保的建造新模式，有助于解決電網建設所面臨的項目分布量大面廣，工期緊張，建設人工費用高和政策處理困難等現狀。隨著裝配式技術的不斷成熟，裝配式變電站將是未來變電站發展的新趨勢。

參考文獻：

[1]張亮.鋼結構住宅體系研究[D].天津：天津大學，2008.

[2]李建，李亞仁，李琴.壓型鋼板混凝土組合屋面板滲漏防治措施[J].中國新技術新產品，2013，（23）：126-127.

[3]汪文沖.自承式鋼筋桁架模板在鋼結構工程中的應用[J]，中華民居（下旬刊），2014，（02）.