高強鋼在大型變電站聯合構架的應用分析

王鵬

摘 要：變電站中應用高強度鋼筋，可提高變電站結構的抗震性能，增強安全度。文章介紹了變電站中高強鋼筋的使用現狀，對高強鋼筋在變電站中的應用進行了效益分析，對高強鋼筋在變電站結構中推廣應用提出了建議。

關鍵詞：高強鋼；大型變電站；聯合構架；應用

我國大型輸變電工程變電站的主要構筑物——構架普遍存在鋼材材質單一、強度低的缺點，造成我國設計的構架的構件截面偏大、質量偏重、經濟效益低.隨著我國輸變電電壓等級的提高、電網規模逐漸增大，常規的普通鋼材已不能滿足大荷載變電構架的使用要求.高強鋼構架可以充分發揮鋼材強度高的特點，同時又可以減少用鋼量，因此在我國的使用將越來越多。以往構架的研究多針對普通鋼，本文研究高強鋼在大型變電站聯合構架的應用，為以后高強鋼在聯合構架的使用提供堅實可靠的理論依據。

一、應用高強鋼筋的意義

（一）解決工程中有關技術難題

（1）提高建筑安全性、抗震性。在相同設計條件下，使用III級鋼筋，強度提高約20%，由此可知在建筑結構按相同安全等級設計的情況下，采用高強鋼筋可以提高結構的安全性能，從某種程度上說，可延長變電站建筑物的設計使用年限。（2）滿足大跨度、大負荷建筑的優化設計變電站房屋屬工業建筑，電氣設備所需房間的跨度較大，層高較高，設備荷載較大，因此局部梁柱受力較大，當采用II級鋼筋時，配筋數量較多，若混凝土梁柱截面不夠大，很容易造成超筋現象，從而形成梁柱截面較大的設計結果。而使用III級鋼筋，可減少鋼筋數量，同時對梁柱截面進行優化設計。（3）方便施工同樣的，對配筋較多，鋼筋間距太密的結構，施工時給混凝土澆注帶來困難，很難保證混凝土澆筑的密實度，因此適宜采用III級鋼筋以減少鋼筋使用數量。

（二）經濟效益

在結構設計中采用高強鋼筋，最直接的效益就是節約鋼筋的用量，從而降低了變電站的工程造價。若同時能減小梁柱截面尺寸，則會產生間接經濟效益，即增加了建筑使用面積，提高了建筑使用功能。

（三）社會效益

高強鋼筋的研發成功，將加速鋼筋產品的升級換代，減少了資源消耗，推進了技術進步，符合國家環保和可持續發展政策，社會效益顯著。（1）減少自然資源消耗，減少污染物排放，推進可持續發展由于鋼材生產需要大量進口鐵礦并大量消耗水、焦炭、石灰等資源及煤炭、電等能源，同時還大量排放廢水、粉塵、廢氣等污染物，給環境造成不可逆轉的不利影響，因此節約鋼材也是對資源、能源的節約和環境的保護。（2）促進低合金鋼產品結構調整，加速建筑用鋼與國際接軌要使我國由鋼鐵大國成為鋼鐵強國，調整冶金產品結構是冶金工業的重要任務。其中，低合金鋼品種調整起著舉足輕重的作用。我國低合金鋼產量占鋼總產量的20%左右，其中建筑用鋼占低合金鋼70%以上，II級鋼筋又占建筑鋼材80%以上。因此，使用高強鋼筋是調整冶金產品結構的第一步，也是很關鍵的一步。

二、案例分析

本文以某大型330kV變電站工程的聯合構架為例，分析了聯合構架的空間應力。本聯合構架通過對出線構架、中央構架六跨連續，母線構建靠攏聯合進出線構架，主變進線構架靠攏中央構架，這樣就會有巨型鋼結構聯合構架形成。出線構架、中央構架、主變進線構架為三列6孔連續門型構架，每列長度為140米，橫向聯合寬度為73米。出線構架單孔跨度為22米、25米和21米；母線采用的是軟母線。

在荷載工況方面，依據變電站結構設計方面的規定，大風工況、覆冰有風工況以及安裝工況和地震作用工況等都是構架計算的荷載工況。在荷載類型方面，首先是結構自重，依據相關的軟件，結合模型截面規格來計算聯合構架的結構自重；結合建筑結構荷載規范來計算構架風荷載，在大風工況下，風速為每秒30米，覆冰有風工況下風速為每秒10米。在導線荷載方面，電力導線掛設于構架梁，終端構架梁單側掛設三根，中間構架梁兩側各掛設三根，由電氣工藝專業計算后，提供各個荷載工況下的導線荷載。在變電站運行過程中，大風工況為承載能力極限狀態控制工況，在這種情況下，構架的構件有著最大應力，出線構架的人字柱柱底出現了最大應力，比高強鋼的屈服強度要小，說明在各個荷載工況下，聯合構架都可以保持安全狀態。

在變電站運行過程中，大風工況為正常使用極限狀態控制工況，在這種情況，構架有著最大的變形，出線構架的柱頂避雷針出現了最大位移，位移能夠滿足正常使用的變形驗算條件，說明聯合構架整體穩定可以得到保證。在安裝變電站導線的過程中，導線的掛設利用吊車升降機來完成，并且安裝天氣需要保證是無風或者小風，只有較小的導線安裝荷載，構架受力比大風等工況遠遠要小，因此，安裝工況下聯合構架分析就不需要考慮。

對比高強鋼和普通鋼聯合構架用鋼量，在本地區，很多大型變電站的聯合構架都將普通鋼作為材料，將人字柱、三角形斷面梁給應用過來，將圓鋼管作為主材。結合普通鋼建模結合，如果有著不變的構架布置、構架高度和荷載，那么控制工況時，普通鋼多數構件的應力值都大于235MPA，比屈服強度要大，因此，如果將普通鋼應用過來，就需要對構架的構件截面規格進行加大。而將高強鋼應用過來，就可以在較大程度上減小構架柱梁的構件截面和壁厚，鋼材用量可以得到明顯節約，如在13米高母線架柱、梁截面方面，高強鋼和普通鋼用鋼量比為0.83，24米高出線架柱、梁截面高強鋼和普通鋼用鋼量比為0.60；在18.8米高出線架柱、梁截面方面，高強鋼和普通鋼用鋼量比為0.63。

三、結語

通過上文的敘述分析我們可以得知，在大型變電站聯合構架中，大部分依然采用普通鋼，為了滿足荷載要求，就需要對構架截面進行增大，這樣就需要增加施工成本。而將高強鋼應用過來，聯合構架有著安全的結構，整體穩定性得到了提升。通過對比普通鋼構架，將高強鋼應用到聯合構架中，可以促使構件截面得到有效減小，用鋼量也可以得到有效降低，這樣經濟效益和社會效益就可以得到明顯提升。在具體實踐過程中，需要科學的分析，合理設計施工方案，保證變電站能夠穩定的運行。本文簡要分析了高強鋼在大型變電站聯合構架中的實踐，希望可以提供一些有價值的參考意見。

參考文獻

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