大跨度大空間砌體結構與磚柱跨數的設計研究

周海輝

（河源電力規劃設計院，廣東 河源 517000）

1 35kV九連變電站——單層砌體結構配電樓設計實例分析

連平縣九連鎮位于九連山脈縱深，為紅色革命老區。地形起伏很大，道路彎曲狹窄，縱向坡度達到15%以上，交通極為不方便，建筑材料缺乏。電壓極不穩定，嚴重影響當地人民生活水平。為響應國家號召，推行新農村建設，滿足當地用電負荷需求。結合當地實際情況，按照中國南方電網投資建設精神要求，節約投資，在偏遠山區力求推廣35kV簡易變電站為主。連平供電局立項建設35kV九連簡易戶內變電站，并委托河源電力規劃設計院設計。

河源電力規劃設計院堅持實用、堅固、美觀原則，合理選用結構方案和就地取材。35kV九連簡易變電站按全戶內變電站設計，站內僅布置配電樓一座，為單層砌體結構，主變壓器等設備均布置在室內。配電樓四周為環形道路。配電樓平面圖，尺寸如圖1所示，建筑長度40.5m，寬度16m；建筑高度5.9m，柱截面490mm×620mm，墻厚240mm，墻跺565mm，柱距4.5m，跨度16m。磚強度MU10，砂漿強度M7.5W。屋蓋采用輕鋼屋架、鋼檁條和玻纖瓦。屋蓋自重為0.35kN/m2，風荷載為0.35kN/m2，積灰荷載為0.2kN/m2，抗震設防烈度為Ⅶ度，構造抗震等級與當地設防列度相同，場地類別I類場地，結構阻尼比0.05，曲線下降階衰減指數0.9，地面粗糙度為B，設計地震分組為第一組，特征周期為0.35s。

2 地震作用分析

配電樓結構的質量和剛度分布對稱，計入扭轉影響采用調整地震作用效應的方法，可不計入雙向水平地震作用。水平地震作用應在配電樓建筑結構的兩個主軸方向分別計算，并由該方向的抗側力構件（抗震墻）承擔。各抗側力構件均為正交，故無須計算各抗側力構件水平地震作用。

圖1 首層平面

2.1 橫向抗震分析

2.1.1 基本周期

（1）排架側移柔度

外墻垛按矩形截面計算：

（2）基本周期

4×31.5+0.25×211.4=222.95kN

2.1.2 水平地震作用

一榀排架底部的總水平地震作用計算：

2.1.3 地震作用效應

2.1.4 柱截面抗震驗算

柱截面偏心距驗算

中柱：e0=M/N=13.28/103.19=0.12m＜0.9γ=0.9×0.31=0.279m

邊柱：e0=M/N=13.28/61.74=0.21m＜0.9γ=0.9×0.31=0.279m

柱截面偏心距符合抗震要求，截面抗震承載力驗算省略不計。

2.2 縱向抗震分析

采用柱列法計算，以B柱列為例：進行柱列柔度，自振周期及地震作用分析。

2.2.1 柱列柔度

（1）單根磚柱的縱向柔度

（2）抗震墻的縱向柔度

按“截面積相等”原則確定磚墻折算厚度：

ρ=H/L=5.9/8=0.74＜1，可僅考慮剪切變形。

（3）柱列的側移柔度

2.2.2 自振周期

2.2.3 地震作用

2.2.4 構件地震作用

柱和磚墻分擔的水平地震作用

3 截面抗震驗算

柱子分擔的水平地震作用FC很小，可以不用驗算，只需驗算磚抗震墻抗震承載力。

墻半高處的平均壓應力σ0=83.05kN/m2

根據《砌體規范》查得M7.5砌體fv=0.14MPa=140kN/m2

正應力影響系數ξN=0.91

抗震磚墻半高處的地震作用下承載力驗算：

4 結語

最新推廣的35kV九連簡易戶內變電站按單跨磚柱單層砌體結構設計，結構兩端均設置磚承重山墻。與柱相連并等高的縱墻內隔墻采用實心磚砌體抗震墻。獨立磚柱不設置抗震墻時，應在柱頂設通長水平向壓桿。獨立的縱向內隔墻及橫向內隔墻采取構造措施保證其平面外整體穩定性，沿房屋外墻及承重內墻在柱頂標高處設置閉合的現澆混凝土圈梁，圈梁截面寬度為240mm，高度為240mm，配筋4φ12。屋架與墻頂圈梁或柱頂混凝土墊塊，采用螺栓或焊接連接。場地地基為軟弱黏性土，故設置了條形基礎，圈梁及構造柱等構造措施。

配電樓若采用兩跨的中柱僅為磚柱，則按柱列法中間柱列分配的地震作用相對比較大，就不能滿足抗震驗算要求。根據抗震規范要求，對結構和非結構必須采取細部抗震構造措施。實際上的地震作用在縱向的分配因屋面縱向傳力剛度的大小而不同，屋面縱向剛度大的兩個邊跨分配得要多一些；但對于屋面為輕型鋼屋架其縱向按剛度傳遞地震作用的能力較弱。對于兩跨簡易變電站配電樓的中間榀僅設置為磚柱情況時，會因中間榀的磚柱承載能力弱而先于兩側磚壁柱破壞的情況。因此，對于單層砌體結構磚柱應盡量設置為單跨，使得縱向地震作用的分配較為合理。

項目已通過竣工驗收，設計成果質量達標，投產運營后，取得良好的社會效益。