變電站建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的問題分析

廣東永光新能源設(shè)計咨詢有限公司 黃德權(quán)

設(shè)計施工環(huán)節(jié)是變電站建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工的重要內(nèi)容，當(dāng)設(shè)計出現(xiàn)問題會對后續(xù)施工建設(shè)造成影響，加劇資源浪費，同時會對客戶用電質(zhì)量造成影響，安全隱患大、危及生命安全。

1 變電站建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計問題

建筑選址問題。按照變電站實際特點可知，變電站內(nèi)部多數(shù)設(shè)備具備大電壓、大電流特點，電路之間容易穿插，外部環(huán)境影響大。如山體滑坡、地震等災(zāi)害都會危及變電站內(nèi)部設(shè)備運行，還會出現(xiàn)線路短路故障，引發(fā)變電站火災(zāi)事故，嚴(yán)重威脅人員人身安全。因此須高度重視變電站設(shè)計選址，將變電站選擇在雷電頻發(fā)地區(qū)會極大影響變電站運行。規(guī)劃設(shè)計期間，多數(shù)變電站建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員并沒有考慮地址特點的影響，設(shè)計前期考察不到位、影響機(jī)電設(shè)備地理位置選擇，從而對變電站正常使用造成影響[1]。

體型設(shè)計問題。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，注重加強(qiáng)抗震效果、合理規(guī)劃建筑體型，保證平面與空間形狀合理性。注重研究建筑地震災(zāi)害，不規(guī)則體型建筑的地震災(zāi)害影響大。不規(guī)則建筑空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地震波對建筑結(jié)構(gòu)的影響非常大，會導(dǎo)致建筑出現(xiàn)晃動問題，致使內(nèi)部結(jié)構(gòu)部件松動及錯位，對建筑結(jié)構(gòu)承載能力影響大。對于規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)地震波也會帶來影響，但由于結(jié)構(gòu)規(guī)整性與穩(wěn)定性，不會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重變形。建筑體型設(shè)計不僅要優(yōu)化平面與空間形狀、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)規(guī)則性，還需減少凹凸造型、確保建筑結(jié)構(gòu)兩端對稱性，維護(hù)結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度，確保受力分布均勻性。

平面布置設(shè)計問題。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，確保平面布置合理能提升建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量：平面布置設(shè)計合理性可準(zhǔn)確劃分建筑結(jié)構(gòu)功能，維護(hù)建筑實用性與有效性；建筑結(jié)構(gòu)梁板與柱子布置時，平面布置設(shè)計屬于基礎(chǔ)內(nèi)容，會直接影響建筑強(qiáng)度與承載能力。所以開展平面布置設(shè)計時應(yīng)聯(lián)合建筑結(jié)構(gòu)功能要求，確保內(nèi)部空間效果規(guī)劃合理，加強(qiáng)空間結(jié)構(gòu)連接堅固性。當(dāng)發(fā)生地震災(zāi)害時可降低地震波對空間結(jié)構(gòu)的影響，維護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，減少危險與損失[2]。

2 變電站建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計措施

2.1 做好前期現(xiàn)場調(diào)查

注重前期準(zhǔn)備工作，可確保工程開展順利性。在設(shè)計變電站建筑結(jié)構(gòu)前應(yīng)當(dāng)收集變電站設(shè)計材料，深入研究和計算變電站線路設(shè)計最優(yōu)化，明確變電站內(nèi)部各環(huán)節(jié)關(guān)系。同時，變電站前期規(guī)劃設(shè)計中注重分析變電站地址選擇，深入分析變電站選址可行性，考慮變電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃總圖，按照實際問題開展科學(xué)化分析。設(shè)計人員注重檢查目標(biāo)建設(shè)地點的地形地質(zhì)，掌握地質(zhì)承載能力，收集建設(shè)資料，驗證變電站建設(shè)可行性，聯(lián)合實際建設(shè)需求選擇適宜地點施工。按照站內(nèi)規(guī)劃情況，獲得當(dāng)?shù)卣畬徟_保變電站順利完工。

2.2 選擇抗震結(jié)構(gòu)方案

我國各地區(qū)情況差異大，所以發(fā)生地震災(zāi)害等級與頻率的差異大。變電站確定抗震指標(biāo)，應(yīng)按照地震災(zāi)害頻率分析選擇可緩解抗震危害的設(shè)計方案。如，地區(qū)地震烈度為7度，變電站丙類建筑采用砌體結(jié)構(gòu)，當(dāng)普通磚最小厚度不小于240mm時應(yīng)當(dāng)確保建筑高度低于21m、層高控制在3m內(nèi)。變電站建筑內(nèi)部設(shè)備比較多、橫墻布置少，應(yīng)確保建筑總高度小于18m，也可采用框架型結(jié)構(gòu)。在設(shè)計結(jié)構(gòu)時，保證建筑層高一致，從而確保變電站建筑各部分結(jié)構(gòu)剛度相同。

2.3 優(yōu)化平面布置

變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時選擇科學(xué)的平面布置。變電站發(fā)生地震災(zāi)害時，由于建筑橫向地震承載力、水平剛度不滿足要求，極易造成建筑倒塌現(xiàn)象，增加變電站經(jīng)濟(jì)損失。針對砌體結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計建筑物橫墻間距、優(yōu)化調(diào)整建筑剛度，在調(diào)整橫墻間距時保證建筑水平高度達(dá)標(biāo)。針對橫墻最大間距，應(yīng)按照不同情況確定，當(dāng)?shù)貐^(qū)抗震設(shè)防為7度時抗震橫墻間距最大為15m。變電站建筑平面設(shè)置時須明確受力狀態(tài)，保證剛度與質(zhì)量對稱性，以確保建筑整體規(guī)整。變電站建筑豎向布置時應(yīng)聯(lián)合橫向布置，使建筑結(jié)構(gòu)高度降低，從而優(yōu)化變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計[3]。

2.4 合理應(yīng)用變電站分體柱

短柱抗彎承載能力、抗剪承載力存在不均勻性特點，當(dāng)發(fā)生地震災(zāi)害時變電站建筑結(jié)構(gòu)抗剪能力不足極易產(chǎn)生損壞問題，無法充分發(fā)揮出抗彎承載能力的作用。在劃分性能時，注重加強(qiáng)抗彎承載能力、抗剪承載能力的協(xié)調(diào)性，在地震作用下，柱子先達(dá)到抗彎強(qiáng)度、呈現(xiàn)延性破壞狀態(tài)，分體柱方法注重系統(tǒng)短柱抗彎承載、抗剪承載。經(jīng)濟(jì)技術(shù)快速發(fā)展加大了建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計研究力度，特別是建筑結(jié)構(gòu)、地基材料性能、計算理論、動力響應(yīng)研究成效，有助于提升建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計水平。

2.5 科學(xué)選擇和計算變電站結(jié)構(gòu)參數(shù)

為確保變電站抗震設(shè)計效果須合理選擇建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)，參數(shù)選擇錯誤會影響建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。規(guī)劃設(shè)計前科學(xué)選擇建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，針對無法確定的參數(shù)則以實驗方式確定。建立地震災(zāi)害模型，實行模擬計算與分析，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)比例建立建筑模型，在震動臺上模擬地震作用，找尋建筑結(jié)構(gòu)抗震薄弱點，確保建筑結(jié)構(gòu)的地震受力合理性[4]。

2.6 注重結(jié)構(gòu)薄弱部分抗震設(shè)計

變電站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，注重優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范，合理設(shè)置封到樓梯間等，全面加強(qiáng)變電站結(jié)構(gòu)抗震效果：在平面布置中，減少轉(zhuǎn)角部位、建筑盡頭部位的樓梯間設(shè)置；選擇現(xiàn)澆板或梁式樓梯，減少內(nèi)部結(jié)構(gòu)空曠，同時在樓板端部位置設(shè)置梯梁；當(dāng)樓層中間位置出現(xiàn)梯段轉(zhuǎn)折點，需在下層樓面設(shè)置梯柱支撐梯梁，減少折板樓體結(jié)構(gòu)設(shè)計，以免在地震災(zāi)害作用下梯板出現(xiàn)折斷問題，阻斷人員逃生路線。

圖1 構(gòu)造柱與圈梁連接圖示

2.7 現(xiàn)有建筑抗震加固設(shè)計建議

早期變電站規(guī)劃設(shè)計時都沒有考慮到抗震設(shè)計，為確保變電站運行安全，對于未抗震設(shè)防變電站實行分批化抗震加固處理時，需針對不同工程情況制定相應(yīng)的加固方案。

原有變電站建筑多為磚混結(jié)構(gòu)，缺乏構(gòu)造柱與圈梁。在現(xiàn)有建筑外墻設(shè)置混凝土柱、拉梁，柱子設(shè)置在建筑四角、橫梁與縱墻交接位置，拉梁沿著建筑全高設(shè)置三道，分別為上部中部和下部，并與原有墻體拉結(jié)，即在柱與梁對應(yīng)墻上植筋，將鋼筋深入到新加梁柱內(nèi)，確保原有墻體與新加梁柱形成一體結(jié)構(gòu)。注重約束原有墻體，提升建筑整體性、抗震能力、韌性。建筑墻體整體性加強(qiáng)后能有效抵抗地基不均勻沉降、總體變形問題；墻體內(nèi)外使用鋼筋網(wǎng)片、混凝土加強(qiáng)墻體，混凝土厚度為50mm，鋼筋網(wǎng)與原有墻體植入筋焊接在一起，從而提升墻體承載能力與變形能力，加強(qiáng)墻體抗剪能力。

變電站配電室跨度大、開間多，為加強(qiáng)外縱墻抗震能力，需在外縱墻之間設(shè)置鋼筋拉桿，以提升縱橫墻整體性；變電站配電室梁下無構(gòu)造柱，墻體局部抗壓強(qiáng)度不足。在建筑梁下加設(shè)混凝土壁柱連接外部新加柱，能滿足梁下墻體強(qiáng)度要求。在優(yōu)化設(shè)計時注重整體抗震設(shè)計，同時優(yōu)化局部位置設(shè)計，以此實現(xiàn)抗震效果，加強(qiáng)建筑主體、局部結(jié)構(gòu)設(shè)計效果；原有建筑大多為預(yù)制板屋頂、抗震性能不足，屋頂保溫與防水不滿足要求。為加強(qiáng)屋頂剛度實現(xiàn)抗震目的，需拆除原有防水層與保溫層，在原有預(yù)制板上設(shè)置雙向鋼筋網(wǎng)澆筑層，加強(qiáng)屋頂整體剛度。

原有配電室基礎(chǔ)為剛性基礎(chǔ)，下方未做好地基處理。為加強(qiáng)基礎(chǔ)整體性，保證新加柱基礎(chǔ)與原有基礎(chǔ)連接，需在原有建筑基礎(chǔ)內(nèi)加設(shè)混凝土彈性帶，從而提升基礎(chǔ)整體性；在原有超過兩米寬的洞口兩側(cè)增加混凝土構(gòu)造柱、底圈梁，保證原有墻體和過梁連接成一體，從而加強(qiáng)剛度。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)不變時構(gòu)造柱數(shù)量須遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實施。針對墻體交叉位置應(yīng)合理設(shè)置構(gòu)造柱，避免墻體材料脆性發(fā)展。

設(shè)置抗震構(gòu)造措施：變電站建筑結(jié)構(gòu)中，抗震構(gòu)造措施的效果顯著，構(gòu)造設(shè)置合理性對結(jié)構(gòu)防震效果影響大。當(dāng)建筑上部主體結(jié)構(gòu)不同則構(gòu)造措施也不同。針對磚混結(jié)構(gòu)建筑，沿樓板標(biāo)高設(shè)置水平圈梁，加強(qiáng)內(nèi)外墻連接度，以提升建筑整體性。圈梁可約束預(yù)制板散落，降低磚墻平面倒塌率。圈梁為邊緣構(gòu)件，能夠加強(qiáng)屋蓋水平剛度。在地震作用下能限制墻體斜裂縫開度與延伸，減輕不均勻沉降對建筑的影響，確保構(gòu)造柱設(shè)置合理性，加強(qiáng)房屋整體性、優(yōu)化改善結(jié)構(gòu)脆性、加大延性。建筑設(shè)置構(gòu)造柱墻體能夠加強(qiáng)變形能力。當(dāng)墻體開裂后，通過塑性變形、滑移、摩擦方式可消耗地震能量。然而，設(shè)置圈梁與構(gòu)造柱后并未明顯改善多層磚混房屋抗裂能力，所以必須做好細(xì)節(jié)設(shè)計控制。

3 結(jié)語

經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開電力能源支持，對社會生產(chǎn)與生活的影響非常大。變電站連接電廠、用電終端。為了確保電力能源可靠性，變電站應(yīng)當(dāng)始終處于安全運行狀態(tài)。變電站設(shè)計中配電室是變電站重要建筑，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化配電室抗震設(shè)計，同時對無抗震設(shè)防變電站配電室、主控室實施抗震加固，以保障電力供應(yīng)安全性，進(jìn)一步提升電力企業(yè)的重視度。