变电站装配式钢结构优化设计

潘晨晓

  摘要：随着我国的社会经济获得了急速发展。电能作为社会经济发展必不可少的能源，一直以来都是人们关注的重点。我国电力事业的发展，对于变电站的设计进一步加强，越来越规范化和标准化，我国电力系统的稳定运行也得到了切实的保障。目前我国现有的变电站中，在建筑设计中通常是使用钢管杆和混凝土相结合所制作的框架，这种框架结构大大增强了变电站结构的安全性。

关键词：装配式变电站；建筑结构；优化设计

1 装配式变电站的基本特点分析

  当前，配电装置楼为变电站的核心建筑，通常情况下其楼层主要为 2—3 层，而楼内主要放置电气设备，并且对于其跨度与防火性能等要求相对较高。鉴于半户外变与全户内变而言，其常规站都需要在施 工现场进行相应的作业，当土建作业结束后，还需要根据实际需要，对电气设备进行运输安装调试，同时还需要对通电后的现场区域进行整改与修补。当使用装配式变电站时，需要在地基基础施工前，对工 厂进行预制生产。当基础施工完毕后，需要进行梁柱与墙板安装工作，不需要额外扎筋支模及砌体施工。除浇屋面板与捣楼板以外，基本上无土建湿作业，致使建筑质量的稳定性得到了基本保障。在土建部分 施工过程当中，部分电气设备则可在此阶段完成预制安装与调试工作。然后再将其制作成成品舱，当完成土建完成后，直接运至现场进行吊 装定位。当前这种形式，开辟了新的电气设备安装形式。基于装配式 建筑土建的改进与创新，成功改变了传统电气安装形式，并且在很大 程度增加了变电站的科技含量

2 主要结构形式

  与其他建筑结构形式相比，装配式建筑是一种最符合“绿色建筑” 概念的结构形式。最适用于工厂化生产，可以装配式结构的设计、生产、施工、安装通过平台实现一体化，变“现场建造”为“工厂制造”，提高建筑的工业化和商品化水平。同时，其施工安装便捷，缩短施工周期，且可以实现现场干作业，降低环境污染，材料还可以回收利用， 符合国家倡导的环境保护政策。

  配电综合楼由于工艺布置的需要，具有荷载大、跨度、空间大、防火要求高的特点，荷载等级已远超轻钢结构的适用范围，其结构装 配体系与单层建筑相比有很大差异。目前常用的结构形式主要有现浇钢筋混凝土框架结构、钢框架结构、钢框架 - 支撑体系结构、预制式混凝土框架结构。
2.1 现浇混凝土结构

  现浇混凝土结构指在现场原位支模并整体浇筑而成的混凝土结构。其主要工序：现场绑扎钢筋笼，现场制作构件模板，然后浇捣混凝土，主要为湿作业。现浇混凝土结构缺点主要有必须在现场施工、工序繁多、需要养护、施工工期长，大量使用模板等。同时，钢筋混凝土结构的施工养护受作业人员的水平及天气影响较大，建设质量及工期不易固定，且在混凝土体积大、养护情况不佳的情况下易开裂。

2.2 预制装配式混凝土框架（PC）结构

   预制装配式混凝土框架（PC）结构体系在预制构件设计、连接、制造等领域均有一定的成果和经验但还不成熟，受制于产业化规模偏小、施工技术不成熟等问题的制约，普遍存在“快而不省”的局面， 与传统现浇混凝土结构相比建设成本增加约 10% 左右。预制装配式混凝土框架（PC）结构体系主要结构构件均采用工厂化生产，现场装配，仅梁柱连接节点需现场“湿作业”，可减少建设周期，提高施工质量， 但存在运输、吊装困难等缺点。

2.3 钢结构

  钢结构作为绿色环保产品，与传统的混凝土结构相比较，具有在环保节能、工厂化生产等方面具有明显优势。钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、工业化程度高、外形美观、施工时间短、占地面积小、空间感强等一系列优点。在美国，低层建筑如两层楼以下的非居住型建筑市场已有 70% 以上采用钢结构，多层钢框架典型结构体系， 但是钢结构存在耐火及耐腐蚀性能稍差、造价较高的缺点。

3 装配式变电站的优化设计

   在装配式变电站的整体结构中，要遵循“少占资源、控制造价、提高效率和安全可靠”的原则。通过新技术和新设备来提高变电站以及整个电网的建设水平。对装配式变电站进行优化设计：（1）要对总平面进行合理布局，要明确划分功能区域，最大程度的满足运行管理的要求，建筑结构设计要合理，可以采用新材料来减少建筑能耗。（2） 要结合实际搭建地的情况，合理设计和选材，可以有效降低工程造价并且可以简化运行方式。（3）选用新颖的钢构架设计形式，柱身采用柔性法兰连接，将构架柱脚杯形基础连接方式改进为柱脚与基础法兰连接方式，合理调节节点位置，避免因节点变形导致柱顶变形。（4） 引进全寿命设计的理念，以前都是进行一次性成本控制，全寿命设计理念是从使用过程的全寿命时间段进行成本控制，不仅考虑现阶段的建设规模，还要考虑之后的运行维护以及扩建，加强成本控制。（5） 将典型设计中单梁两回出线方式改进为单回出线方式，可以大大节省用钢量。（6) 建筑结构的设计要充分考虑环保和综合效益，减少对环境的污染。

4 综合技术经济分析

4.1 实现变电站钢结构建筑完全装配化

  变电站主控室和 10kV 配电室，现场门式钢架机械化吊装，安装不动焊、不加耳连接，采用螺栓、自攻螺钉、铆钉连接。通过广泛采 用优化设计、综合考虑、多杆合一组合设计、简化设计，达到“标准 化设计、工业化生产、装配化建设”的目的，提高了工程安全和工艺 质量，建筑规整、美观。配合变电工程装配式钢结构组合墙板技术研 究及《装配式钢结构复合墙板模块化和通用性研究》成果一起，实现 变电站钢结构建筑完全装配化。

4.2 利于结构稳定

  门式钢架梁柱与檩条外平、屋面板和墙面板紧贴钢架梁柱设计，屋面复合钢板从屋脊顶到檐口一整块板、方形薄壁钢管双向弯矩稳定 能力，使取消檩条的拉条成为可能———有利于建筑整洁、美观。

4.3 降低现场安全风险，提高了工程质量

  大大增加了工厂预制比例，标准化制作、工业化、装配化程度高，解决现场焊接质量、加耳连接节点等影响美观的问题；现场整体吊装、 机械化程度高，施工现场作业量减少、生产环境改善，降低现场安全 风险，减少质量安全事故的发生。

4.4 缩短现场工期

  装配式变电站可通过各施工工序同时进行大幅提高施工进度，现 场安装过程中拼装、焊接等工艺较简单、快捷，从而达到减少施工时 间的目的。同时，工厂化生产方式也最大程度地减少了工程的外部制 约因素，间接的缩短了工期。

5 结语

   综上所述，随着社会经济的发展，对电网建设的要求越来越高，装配式变电站因其本身独特的优越性，已经成为变电站建设的发展趋 势。但是装配式变电站的发展时间较短，在建筑结构方面还有待提高，通过采用新技术、新材料，对建设工程进行合理规划，积极探索，创 新建筑方法，使用钢构架形式以及新颖的建筑材料和方式，来使装配 式变电站更加的合理，提高作业效率，为我国的电网电力建设和安全 可靠的供电提供强有力的支撑。

参考文献

[1] 装配式钢结构建筑预制装配率计算准则的比较分析与计算建议  [J]. 万媛媛, 金龙, 舒赣平. 江苏建筑. 2019(03)

[2] 钢结构抗震分析与优化设计[J]. 李少英. 住宅与房地产.2018(34)