預制疊合混凝土裝配式建筑在變電站設計中的應用

涂國斌，楊智，朱邦盛，馬可

（1.宜昌電力勘測設計院有限公司 湖北 宜昌 443003）

（2.國網湖北省電力有限公司宜昌供電公司 湖北 宜昌 443003）

（3.宜昌三峽送變電工程有限責任公司 湖北 宜昌 443003）

0 引言

預制混凝土疊合裝配式結構體系是20 世紀70 世紀年代在德國開始應用，中國于20 世紀90年代開始推廣運用這種新型結構體系，隨著國網裝配式變電站建設的持續推進，湖北地區變電站建設開始試點嘗試在變電站建筑中采用這種新型結構體系，通過采用預制混凝土疊合裝配式結構體積技術，提高變電站建設的裝配水平、施工水平及管理水平。。

1 預制疊合混凝土裝配式結構體系的優點

（1） 結構體系簡單，受力模式清晰，現場模濕作業較少，無需搭設整體腳手架，梁、板、柱模板用量少。大范圍取代現澆模板，生產效率高，施工進度快。

（2） 建設周期短，交叉工序少，可有效提高建設工期。濕作業少，可有效減少工地現場的噪聲及粉塵影響，確保變電站建設環境友好。

（3） 內外墻光滑美觀，內墻免抹灰，節省人工和材料。

（4） 構件自重輕，便于運輸和吊裝。

（5） 連接技術施工便捷，質量易保證。

2 預制疊合混凝土裝配式廠房的結構設計

2.1 預制裝配式框架結構整體設計過程

變電站預制裝配式廠房結構主要采用全框架結構，其柱、屋面疊合板、疊合梁、填充墻均為工廠預制，構架現場定位吊裝后再現澆疊合完成全框架結構。

（1） 預制裝配式主廠房框架結構在整體性能上與現澆鋼筋混凝土廠房結構體系相似，主廠房的結構計算、豎向及水平荷載的內力分析、疊合構件的內力計算等可采用PKPM 的結構設計軟件進行計算，疊合構件采用等強設計。

（2） 預制裝配式主廠房框架結構地震工況下的受力分析要進行中震屈服計算和大震彈塑性校核，對薄弱層進行加強設計。

（3） 預制裝配式主廠房框架結構在必要時還應進行施工階段驗算。施工階段計算主要包括承載能力極限狀態驗算、框架梁柱節點抗剪承載力驗算、疊合結合面抗剪驗算等。

（4） 變電站主廠房一般為單層廠房，確定柱計算長度后按偏心受壓構件配筋；疊合屋面梁、板按疊合構件計算配筋，必要時對梁端進行調幅設計；屋面梁與框架柱的節點鋼筋連接與錨固是保證結構安全的關鍵，應注意節點的強化設計。

2.2 預制裝配式主廠房框架結構局部構件設計

預制裝配式主廠房框架結構中的主要構件為預制框架柱、疊合剪力墻、預制屋面梁板等。疊合剪力墻的形式較多，根據受力的區別分為：承重式外墻、承重式內墻、非承重式外墻、非承重式內墻等4 種。承重式外墻主要不同點在于外墻空腔內配置了承擔豎向及水平力所需的豎向及水平分布鋼筋，而非承重式外墻未設置豎向及水平分布鋼筋，只在屋面板及墻板連接處設置構造暗梁即可。內墻受力方面的不同在于非承重式內墻僅在節點處設置暗梁，承重式內墻在中間夾層內現澆混凝土承擔豎向荷載。

（1） 預制柱、疊合屋面梁。采用預制工藝，工廠加工運至現場，框架柱通過杯口與地基連接，柱頭預留鋼筋，與預制疊合梁進行二次澆注混凝土剛接。

（2） 疊合屋面板。疊合屋面板由預制板和疊合層組成，疊合屋面板在現場安裝后，根據設計要求布置分布鋼筋，鋼筋布置完成后以預制混凝土板為模板進行混凝土現場澆筑，按要求養護后形成疊合屋面板共同受力。

（3） 預制非承重外墻板。預制非承重外墻是由兩層50mm 厚的預制墻板+100mm 空腔（必要時灌注混凝土） +鋼筋骨架制作而成的，通過現場安裝并采取一定抗震構造措施保證連接可靠和整體穩定，骨架支撐完成后在空腔內澆筑混凝土，最終形成墻板+鋼筋+空腔混凝土的整體受力狀態共同承擔豎向和水平荷載。

預制裝配式主廠房框架結構抗震性能的發揮主要通過整體設計及局部抗震構造構造來實現。與常規現澆鋼筋混凝土廠房比較，預制裝配式主廠房框架結構的梁、板、柱連接形式的構造有一定特殊要求，通過合理的進行整體受力分析，加強局部構造措施可確保預制裝配式主廠房框架結構的結構安全性滿足變電站運行的要求。

3 預制裝配式主廠房的施工管理

通過在設計過程中引入BIM 三維設計軟件，根據變電站主廠房建設的特點，制定全面細致的施工解決方案，通過三維軟件建模，還施工全過程，從實際出發，在工廠模擬施工全過程，確保現場施工一步到位，避免后期返工。具體施工管理如下：

（1） 合理安排，重點保障，分析變電站主廠房建設的重點時序，根據現場工程要求，把各項資源優先投入到緊急、重點的工作中，滿足項目交叉施工的需要，優先確保各種材料的穩定供應，避免出現施工現場的混亂。同時，注意兼顧一般工作時序，使工程的各項時序能夠較好地結合起來。建設過程中還應注意主要項目與配套項目的銜接；前期準備、施工過程和竣工投產項目的關系應做到主次分明，統籌兼顧。在細化節點時間時，應推行必要的責任承包制，建立獎懲機制，確保工程的質量、工期、安全滿足變電站建設的需要。

（2） 施工過程需嚴格按照現場管控的要求進行流程管理，按照變電站主廠房施工順序組織施工，確保各項施工功率相互銜接，互相促進，避免不必要的重復工作，加快施工進度，提高施工質量。裝配式建筑施工的突出特點是建筑構件的一致性，預制程度越高，施工配合的難度越大，因此現場關系需要考慮相互工種配合，讓各工序有序搭接推進，突出裝配式變電站廠房建設的便捷性。

（3） 預制構件在現場的合理布置能有效減少二次搬運的工作量，提高工作效率，降低運輸成本，具體要求如下：

a．嚴格按照設計圖紙進行順序吊裝。

b．預制構件堆場進行總體規劃，優化吊裝流程。

c．充分考慮現場工作面的便利。

d．嚴格執行堆場的相關安全規定，確保吊裝安全。

4 結語

針對變電站預制裝配式主廠房框架結構還存在的問題，對預制裝配式主廠房框架結構引入技術微創新的機制，探索局部節點的設計優化，充分發揮預制裝配式主廠房框架結構優點，不斷改善其整體性能和優化設計理論。