浅谈装配式变电站的土建设计

曾琰（中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司　湖南长沙　410000）

浅谈装配式变电站的土建设计

曾琰
（中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司湖南长沙410000）

装配式变电站在一定程度上改变了传统变电站土建设计、施工模式。通过选用全预制装配结构，采取生产预制及现场装配安装来建设变电站，能够大大缩短工程设计与施工时间，减少一定的变电站占地面积，节约土地资源。基于此，本文详细阐述了装配式变电站的土建设计，为我国电力系统的发展奠定了坚实的基础。

装配式变电站；土建设计；特点

1　引言

装配式变电站建设能够满足标准化设计、工厂化加工等方面的需求，并且还能大幅度提高变电站工程施工进度与效率。但是现阶段，我国在装配式变电站建设方面还不是很成熟，有许多部分还存在一些缺陷，因此，必须对其进行深入的研究。

2　装配式变电站建筑物设计

2.1建筑、结构总体设计原则

依据构建标准化要求，为减少构件类型，对建筑柱距、跨度、层高等进行合理归并、统一。建筑设计时，在满足电气专业设备布置及使用功能要求的同时，还应满足建筑模数协调原则，以实现建筑构件在不同变电站之间、同站不同建筑之间、同建筑的不同部位之间的通用性和互换性。大量规格化、定型化构件的生产可稳定部件生产质量、降低生产成本；通用化构件的互换能力，可促进市场的竞争和构件生产水平的提高。

装配式变电站建筑的设计不同于传统建造方式的设计，需要在设计过程综合考虑预制构件的生产工艺、运输条件、安装方法、现场条件等因素，必须结合项目特点和地区资源条件才能确定总体的技术方案，在方案阶段，应根据业主需求、生产、安装单位的实际情况进行综合策划。对于装配式变电站的结构设计，除了正常使用阶段的结构计算之外，还需要对预制构件的脱模、运输、吊装过程等施工阶段进行两阶段验算，同时，对于施工操作要点及施工顺序，也应当具有详细的说明。

在确定装配式变电站结构方案时，应充分考虑到变电站地址条件，并进行站址运输条件、构件堆放场地、吊装场地等条件论证。特别对于建在市区或市郊，占地狭小的全户内变电站，由于预制构件尺度大、自重大、安装作业面要求宽大，构件运输、安装条件将是变电站结构方案选择以及构件拆分的重要依据。

在进行装配式变电站结构设计时，应结合变电站结构自身的特点；500kV变电站主控通信楼等主要结构安全等级为一级；330kV及以上变电站、220kV及以下电压等级重要枢纽变电站的主控通信楼及配电室抗震设防类别为重点设防类（乙类）。应充分考虑结构的可靠度，不宜盲目追求太高的预制化率，不宜采用全装配式结构，宜采用装配整体式结构方案，以增加结构的整体刚度，提高结构抵抗水平荷载的能力和抗震能力。

2.2结构构件拆分原则

对于被拆分的预制构件，应符合模数协调原则，优化预制构件的尺寸，减少预制构件的种类；预制构件的拼接部分应当设置在构件受力较小的部位；预制构件的连接构造应简单，构件传力路线明确，所形成的结构体系承载能力安全可靠；被拆分的预制构件尺度和自重应满足运输条件和施工吊装要求，且便于施工安装和进行质量控制。

2.3结构体系和材料选择

对于装配式变电站建筑物结构，可采用钢框架结构和装配整体式钢筋混凝土框架结构方案。

当采用钢框架结构时，为减少现场焊接，节点处应采用螺检连接，柱应当采用带悬臂梁形式（图1），为减小柱的运输轮廓尺寸，也可将柱、悬臂梁分开制作柱脚刚接、柱梁刚接、梁梁较接、楼（屋）面板现浇的装配整体式方案，为减少楼（屋）面现浇板的脚手架和模板搭设现场工作量、各层平行施工作业、加快施工进度、提高装配化率，应当采用压型钢板作底模的组合楼板，当楼板跨度较大时，应当采用带钢筋析架的压型钢板作底模的组合楼板楼（屋）面现浇板与钢梁之间应设置杭剪连接件，钢梁计算时，应当考虑成楼（屋）板参与共同工作的钢—混凝土组合梁，以降低钢梁的截面降低工程造价。

图1　钢柱

当采用钢筋混凝土框架结构时，应当选用柱脚刚接、梁柱刚接、主次梁刚接、楼（屋）面板半预制半现浇的装配整体式叠合楼（屋）盖方案，为减少楼（屋）面现浇板的脚手架和模板搭设现场工作量、各层平行施工作业、加快施工进度、提高装配化率，梁板预制部分施工阶段结构计算时，应按照不设置临时支撑方案设计，当楼板跨度较大时，楼板预制部分应当采用带钢筋桁架的预制板。叠合梁的预制部分表面应做成凹凸大于6mm的粗糙面，叠合板的预制部分表面应做成大于4mm的粗糙面。为加强预制柱、梁的整体连接，在柱、梁节点区，应当采用钢纤维混凝土浇筑。为增加建构的水平刚度，叠合板的预制部分厚度不宜小于60mm，叠合层厚度不应小于60mm，板缝、梁板交接部位应设置连接钢筋同时，叠合楼（屋）盖的预制构件应特别注重施工阶段的验算。对于建筑物维护墙体材料的选择，传统的小砌块不能够满足装配式变电站的建设需要，可供选择的有压型钢板、蒸压轻质加气混凝土墙板（ALC板）等，由于压型钢板自身耐久性和防欠性能差的缺点，例如220kV敞开式变电站的10kV配电室、110kV敞开式变电站的综合楼靠主变侧，一般采用压型钢板，防火等级不满足要求因此，建筑物维护墙体材料推荐采用加气混凝土预制墙板（ALC板）。

2.4造价比较

根据方案比较发现，钢框架结构较常规变电站造价高出25%左右，钢筋混凝土结构较常规变电站造价高出10%左右。钢筋混凝土装配式结构在工业建筑中应用较少，工程造价是根据定额和小型构件厂询价确定，目前如应用于实际工程，可能会因为预制构件供小于求，自制模板、人工等摊销量较大等原因，造价可能高出钢结构方案，甚至会更高。

由于钢结构防腐、防欠性能差，使用阶段需要维护而影响变电站运行等缺点，常规户外变电站钢筋混凝土装配式结构构件尺度小、自重轻，运偷安装难度不大，钢筋混凝土构件耐久性、防腐、防欠性能优越，随着装配式结构的推广，工业化水平的提高，成本将逐渐降低，并最终低于传统现浇结构因此，户外变电站采用钢筋混凝土装配式结构将更加经济、环保、适用。

3　装配式构筑物设计

3.1构、支架设计

构、支架设计结构形式与传统变电站相同，对于220kV以上的变电站构架柱，一般选用圆形或是多边形钢管构成的钢结构；对于构架横梁，则采用等比边角钢或者是以钢管为主要材料而构成的三角形断面钢结构。同时，对于110kV以下的变电站构架柱，则应当选用混凝土等径环形杆；对于其构架横梁，则应当选用以等边角钢为主要材料构成的三角形断面焊接钢结构。对于构、支架基础，均选用重力式混凝土杯形基础。

此外，对于主要设计，具体如下：构件接头均采用螺栓连接，以此来避免工程现场火情的发生，并且避免对防腐层造成损害，或是使其出现色差，有利于文明建设。对于变电站钢结构防锈防腐设计，应当选用“冷喷锌+面漆”的防腐工艺进行，有利于环境保护。

3.2装配式围墙、防火墙设计

预制式围墙一般由墙板、压顶、钢筋混凝土预制式立柱、柱帽构成。其中，围墙立柱、墙板压顶、柱帽全部选用标准设计工厂化，并且按照清水混凝土施工工艺生产的预制件，墙体则选用工厂预制加工的成品蒸压轻质加气混凝土墙板，也就是所谓的ALC板。同时，对于变电站顶部的一块ALC板，应当选用预制混凝土梁压顶。此外，在进行安装操作时，需要将预制件插入围墙立柱的预留凹槽中，并采用ALC嵌缝剂处理板缝，然后还要对其涂抹一道丙乳密封液，以及涂刷一道护防水腻子、两道外墙防水弹性涂料。对于装配式防火墙设计，与围墙设计基本相同。

3.3装配式电缆沟设计

预制式电缆沟一般由钢筋混凝土预制式电缆沟单体、沟盖板构成，同时，电缆沟单体及沟盖板统一采用标准化设计工厂化生产的钢筋混凝土预制段。对于电缆沟预制长度，也要考虑其能够便于运输、安装，且还需要将每段的自重控制在1500kg以内。为了给现场安装提供便利，并确保满足防水需求，需要在电缆沟单体的一端U形端面上设置凸缘，另一个端面设置相对应的凹槽，连接时，需要使得凹凸槽完全吻合，对于两者之间存在的缝隙，应当采用密封胶进行密封。

此外，还需在预埋在沟壁的扁钢上焊接电缆支架，并在每一个电缆沟的单体底部开设汇水沟槽，有利于增强沟底的排水能力，减少积水。电缆沟单体底面由两侧壁垂直于中间汇水沟槽方向，在工厂预制时设置为斜面。图2为电缆沟（单侧支架）示意图。

图2　电缆沟（单侧支架）

4　装配式变电站建筑装饰及设备管线的集成化设计

当特定的工厂在进行变电站墙板的预制时，可有效结合保温、基层墙板、装饰层，形成一集保温与装饰的一体板，此板材的外表面也用于各种类型的仿石材、仿面砖的图案、机理的制作，内表面则可用于各种内饰涂料的制作。但在进行现场操作时，严禁湿作业，只需要直接将其安装在墙上就可以了，有利于环保、节能。

在进行预制构件设计时，需要对其与电气、暖通等专业的有效结合进行全面的考虑，并预先做好加工图的设计工作，例如电气专业的开关、动力箱等。在进行土建排板操作时，还需确保其能够符合电气等专业的需求，然后将专用的板材设置在相应的部位，例如插座板等，最后在统计好各种专用板具体种类与实际数量之后，进行订货。当这些材料都到货之后，可以直接安装，无需多余的操作。

5　结语

总而言之，近年来，科学技术的发展带动了建筑行业的发展，在此情况下，装配式变电站也获得了进一步发展，但虽然其已进入探索阶段，但依旧存在一些问题亟待解决，例如技术规范的缺失、专业性人才的缺失等，这些都对装配式变电站建设的发展造成了一定的影响与阻碍，因此，必须不断探索相对应的解决措施，推动我国建筑行业的持续发展。

[1]张帆，杨眉，牟宁.装配式变电站与常规变电站的对比研究及建议[J].广东科技，2012（03）：75～75.

[2]陈帆.兴邦110kV装配式变电站与传统变电站土建工程对比浅析[J].建筑知识：学术刊，2014（04）：417～418.

[3]刘静，宋洪涛.装配式变电站在分布式能源项目中的适用性分析[J].华电技术，2014（03）：51～53.

[4]肖向东，司为国，戴阳，等.预制装配式变电站设计和建造技术研究[J].建筑技术，2009，39（12）：939～942.

TU271

A

1673-0038（2015）51-0098-02

2015-12-5

曾琰（1969-），女，工程师，主要从事变电站土建结构设计等工作。