钢结构在“全寿命配送式”变电站建筑中的应用

钢结构在“全寿命配送式”变电站建筑中的应用

张逴

（中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司河北省石家庄市050031）

摘要：由于变电站自身特性的限制，钢结构建筑在变电站建筑中还处于小范围应用阶段。在钢结构建筑中，承重体系主要是由钢结构完成。从各方面来看，钢结构的各种体系及使用经验都比较成熟，只要精心设计和施工，在安全上不会有太大的问题。在变电站建筑中，技术上主要要解决的是围护墙体系、楼屋盖体系、防火和耐久性等问题，以适应“全寿命配送式”变电站建设的要求。文章重点就钢结构在变电站建筑中的应用进行研究分析，以供参考和借鉴。

关键词：钢结构；全寿命；变电站；应用

随着城市建设及电网的飞速发展，变电站的建设也在不断发展。根据变电站建设中的节能、环保、抗震和标准化的要求，通过研究及应用，钢结构作为一种新型建筑材料，凭借其优越的特性，将逐渐成为变电站建筑发展的一个新方向。我国钢结构建筑市场发展只有十余年，还处于起步阶段，具有广阔的发展前景。美国、英国等国家钢结构建筑已有上百年历史，其工业化程度己经从工业化专用体系走向了大规模通用体系，很值得我们去借鉴学习。

1钢结构在变电站应用的优势

1.1钢结构材料自重轻而承载力高

钢结构材料与钢筋混凝土材料相比，具有自重轻而承载力高特点。据资料显示，钢结构强度重量比的指数是钢筋混凝土的5倍以上。钢材的抗拉、抗压、抗剪强度相对较高，截面的选择可以相对较小，从而可显著减轻结构自重。一般情况下，钢筋混凝土建筑物的自重在1.5～2.0t/m2左右，钢结构建筑自重大多在1.0t/m2以下，相差近2倍，减轻自重的优势明显。在承受荷载条件相同时，钢结构自重轻，基础承担的荷载也相应减少，可降低基础及基础处理造价，一定程度上缩短了建设工期。

1.2抗震性能好

在国外的部分地震区里大部分建筑是以钢结构为主，主要原因就是钢结构具有良好抗震性能。按抗震设计规定，弹性计算阶段的高层结构层间位移限制，对钢筋混凝土结构规定为h/550，而对钢结构则可放宽至h/300，二者相差约1.8倍。可见钢结构建筑整体性好，抗震性能好，与钢筋混凝土相比在强度、韧性、延性、强度质量比上都具有优势。钢结构用于变电站建筑可充分发挥钢结构的优势，使建筑具有优良的抗震抗风性能，大大提高变电站的安全可靠性。钢结构建筑能够满足抵御烈度为8度的强烈地震的破坏，符合我国对变电站抗震《建筑抗震设计规范》、《建筑工程抗震设防分类标准》、《电力设施抗震设计规范》规定的要求。

1.3分割布置灵活，能合理利用空间

传统的钢筋混凝土结构由于材料自重大，限制了空间尺寸，如果跨度过大，就会出现梁高、柱大、板厚的现象。而钢结构柱及轻质围护分隔墙体自身占用面积较小，可以减少房屋结构占用的建筑面积，增加建筑物内有效使用面积，即相同的占地面积产生更多的使用面积，同时利用钢材的高强度重量比特点，采用跨度较大开间设计，使建筑平面能够合理分隔，满足相同结构类型变电站安装不同设备的需要。

1.4环保节能

钢结构建筑构件大多采用工厂化加工、运输到现场装配，构件采用焊接或螺栓连接，如变电站安装电气设备一样，随时购买安装，因此施工占地少，大量减少混凝土等湿式作业，取而代之的干式施工无污染，无燥音，避免了湿式施工造成的环境污染和噪声污染。使用寿命到期时，钢材是可以100％回收再利用资源，旧ASA板材拆除回收经粉碎可以生产新的ASA板材，完全符合当今环保概念的要求。正是因为钢结构与其它结构形式相比具有如上优点，钢结构才能在当今建筑工程中的应用取得突飞猛进的发展。

2钢结构在变电站建筑中的应用

2.1承重体系

2.1.1门式刚架结构体系

根据我国目前情况来看，这种结构由于其用度广、优势明显，已大量应用于单层工业厂房、多层工业厂房等。一般是由实腹型变截面的柱和梁组成。对单层工业厂房而言，通常以H型钢，采用焊接、螺栓连接作为梁柱，以C型或Z型轻钢板作檩条。

2.1.2钢框架结构体系

它将梁柱构件刚接，依靠梁柱受弯来承受竖向荷载和水平荷载。框架结构的平面布置灵活，可为建筑提供较大的室内空间，能充分满足建筑布置上的要求，且结构各部分刚度比较均匀，框架杆件类型少，大部分采用型材，制作安装简单，施工速度较快。其梁柱多为H型截面，所以钢框架体系的抗侧移刚度较小。在受地震作用影响较大的地区，不易满足层间水平位移和总侧移刚度的要求。适用于6层以下的多层建筑相对经济合理，变电站控制楼等多层建筑可采用该结构体系。

2.1.3钢框架-支撑结构体系

纯框架在风、地震荷载作用下，侧移达不到要求时，沿结构的纵、横两个方向布置一定数量的支撑。垂直支撑布置在墙体内，支撑采用角钢、槽钢、圆钢或钢管制作。支撑形式可以灵活采用，如X型、单斜杆型、K型和人型等。另外，采用人字支撑等还可以起到减小梁跨度的作用，从而减小梁的截面。对于外墙开有门窗时，也可在窗台高度范围内布置，形成类似周边带状桁架的结构形式，使结构整体刚度得到加强。该体系竖向承载体系为钢框架，水平承载体系为钢框架和钢支撑共同形成的抗侧力体系。在强震地震区，如果柱子比较细长，因其在地震作用下特别是强震作用下，具有较好的延性和耗能能力。适用于强震地震区变电站多层建筑。

2.2围护墙板体系

2.2.1ALC板

ALC板是一种性能优越的新型轻质绿色建材，它是以水泥、石灰、矿渣、粉煤灰、砂、发气材料等为原料，经磨细、配料、浇注、切割、蒸压养护和铣磨等工序而制成。其密度较一般水泥质材料小，且具有良好的耐火、防火、隔音、隔热、保温等性能。其保温、隔热性好，约是普通混凝土的十倍。ALC板材生产工业化、标准化，安装产业化，可锯、切、刨、钻，施工干作业；气混凝土ALC板为无机物，不会燃烧，同时加气混凝土ALC板导热系数很小，能有效抵制火灾，并保护其结构不受火灾影响。ALC板是一种硅酸盐材料，是一种耐久的建筑材料，其正常使用寿命完全可以和各类永久性建筑物的寿命相匹配。

2.2.2纤维增强水泥板

该板是以低碱水泥、增强纤维为主要原料，加水混合成浆，经制坯、压制而成的薄型平板，板厚10mm左右。以轻刚龙骨为基础，在两板中间灌填充料。应用于钢框架结构的隔墙比较合适，因增加了增强纤维，所以板面平整不易开裂。生产工业化、标准化，现场装配，不受建筑模数影响。在两夹板中间可随意行走电气线路，与电气照明较好配合。在两板中间灌填充料后，能达到防火墙的要求。单板尺寸不大，接缝多，需刮腻子喷涂料；现场灌填充料，湿作业量大。

2.3楼屋盖体系

2.3.1发泡水泥复合板

由钢边框或预应力混凝土边框、钢筋桁架、发泡水泥芯材、上下水泥面层（含玻纤网）复合而成的集承重、保温、轻质、隔热、隔声、耐火等优良性能于一身的新型节能、绿色、环保型建筑板材，其材料自身为憎水性。为国家推广产品，有国家标准图集配套使用。工厂化程度较好，应用广泛。

2.3.2钢筋桁架-混凝土叠合板

将钢筋在工厂加工成钢筋桁架，并将钢筋桁架与彩钢板底模连接成一体的组合模板，施工阶段能承受混凝土及施工荷载。不需立模及加以支撑，可在楼屋面施工时大大缩短工期。其承载力及楼屋面建筑做法与普通现浇楼屋面板一致，适用于变电站建筑的楼屋面。

结束语

综上所述，钢结构具有良好的结构性能，是今后理想建筑材料。随着钢结构技术的不断成熟，提倡环保和节能的今天，钢结构在建筑工程中的应用将得到更大的发展，也必将在变电站建筑中得到很好应用。

参考文献

[1]王英豪，李建辉，张元良，张翼虎.装配式变电站混凝土结构和钢结构的对比分析[J].江苏建筑，2018(01):63-65.

[2]王超.钢结构在变电站建筑的应用[J].农村电气化，2011(12):17-18.