全户内变电站结构设计研究探析

全户内变电站结构设计研究探析

徐鸿嘉 

佛山电力设计院有限公司  广东佛山  528000

摘要：近年来，全户内变电站结构设计得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先介绍全户内变电站框架结构设计重点，对比分析了其结构设计软件的优劣性，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就变电站建筑结构设计过程中应注意的问题展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践展开。

关键词:户内变电站；建筑结构；设计要点

1基础形式

全户内变电站基础一般使用天然基础，当上部结构传至基础的作用力较大或地基承载力较低时，计算得到的柱下独立基础宽度较宽（4米以上）。为避免基础碰撞及预留足够的设备管线空间，此时可考虑则采用联合基础或柱下条基。

在地质条件较差的情况下应优先考虑采用桩基。采用桩基时，应根据现场钻探得到的地质数据，结合施工现场环境，选择不同的桩型，一般选用预应力管桩或钻孔灌注桩。预应力管桩桩径一般采用φ300~φ500，钻孔灌注桩桩径一般采用φ800~φ1200。为避免桩基沉降，可采用端承摩擦桩，且在淤泥厚度较大的情况下，必须考虑负摩擦力。

混凝土地基下面要加垫层，在地下水丰富的情况下要加防水层。变电站如为狭长型，可通过设置后浇带减少混凝土因热胀冷缩带来的温度应力。后浇带的间隔为30~40米，并在2个月内进行微膨化混凝土浇注。全户内变电站一般设置半地下室电缆层，设置半地下室可以减小基础的附加应力，增加地基基础的承载力（特别是在建筑物附近），从而减小地震对建筑物的影响。全户内变电站不建议设置局部地下室，地下室的深度必须保持一致。

地下室外壁采用混凝土时，可以省去对应的楼层梁和地基梁。防震缝、伸缩缝可以不在地面上设置，但其接头要加固，在沉降缝两边的墙体基础一定要分开。如果基础埋深较深，基础之间的净距不得低于基础之间高差的1.5~2倍，否则要设置抗滑桩，以避免对原有结构的损坏。地基底板的混凝强度不宜超过C30，否则容易产生裂缝。

在工程设计优化中，地基设计是关键。常规条形基础在工程总成本中的比重约为15-20%，因此设计人员必须熟悉工程地质资料，尽可能地利用自然地基，进行基础的优化设计。局部超深的地基，可采用换填垫层的方法处理；地基较差的部位，则采用复合地基或夯实地基等地基处理方式预先处理。当地基满足设备的安装要求时，应尽可能地将其埋入地下。在需要用桩的情况下，应尽可能地用直径800~1200 mn的钻孔桩，并尽可能地减少或不用人工挖孔桩。在工程建设中，加强基坑验槽工作，保证基础持力层符合设计单位和勘察单位的承载力要求。对于个别基础地质条件与实际的基础地质条件有出入的，可就地开挖或进行现场试验。在满足设计承载力的条件下，应尽可能地采用自然基础；在不能满足承载能力的情况下，可采取扩大地基或临时进行局部更换。根据工程回填区的要求，采用机械方法分层进行填筑压实，其压实系数为0.91-0.95。地基深度太大时，可采取注浆法扩大地基，尽量降低地基的埋深。对于150 kPa以上的自然地基，可以考虑用换填土来扩大基础：一般换填土是以级配砂石作为扩大地基。对于3~5 m范围内的超深地基，采用注浆法是一种较为经济的方法。

2结构平面设计

全户内变电站普遍采用现浇梁板结构。梁板受力钢筋一般采用三级钢,钢筋的强度标准值应具有不小于95%的保证率。混凝土强度普遍采用C25~C40，且梁板柱可选用统一的混凝土强度。结构板的受力钢筋直径采用φ8~φ12钢筋，构造钢筋可采用φ6或φ8钢筋。结构梁的受力钢筋根据梁自身的受力大小选配，纵向钢筋直径一般采用φ16~φ25钢筋，箍筋直径一般采用φ8~φ12钢筋。屋面使用了现浇楼板，具有良好的防水性能，增强了建筑整体的完整性，屋面楼板钢筋一般采用双层双向钢筋，板内钢筋选用直径小且间距密的设置方式，可减少屋面开裂的可能性。结构梁一般不使用预应力钢筋，而用普通钢筋。内隔墙需按照规范要求设置构造柱。

3楼梯设计

楼梯一般采用现浇板式楼梯。在初步设计阶段，楼梯梯段厚度可按照经验公式估算，一般梯段厚度为100~130。当梯段跨度小于4 m时，梯段厚度为跨度的1/10；当梯段板跨距6 m时，计算系数为1/8。楼梯配筋按照简支斜梁计算得到，且梯段板内受力钢筋，在休息平台与梯段板的平行位置都要拉通，并与梯段面板的配筋对应。在板梯跨度超5米以上的情况下，如果不能很好地满足变形，应注明加大反拱或增大配筋。如果休息台板是悬挑板，其内侧梯段的负筋应该比休息板的板上筋大，并且其长度要比平台板筋长。楼层间休息平台板的配筋应该与楼层板统一考虑，且以板的负筋为主。

楼梯的标高应与结构层标高统一，楼梯按照平法设计并绘制施工图，并在平面图纸图上表示现浇板式楼梯的尺寸和配筋。

4梁设计

在梁上部的次梁（含梁端）应增设箍筋或吊筋，并以附加箍筋为佳。应尽量避免与主梁相邻的次梁搭接，否则，应考虑次梁对主梁抗扭作用，或增设结构抗扭纵筋和箍筋。在使用现浇板的情况下，扭转问题不大。

钢筋选用方面，原则上受力纵筋应选用直径小、间距密的方式布置，有利于梁的抗裂性，但要注意钢筋间距要符合规范规定，且直径大小要符合截面尺寸的要求。箍筋在梁的末端按照规范要求进行加密。在布筋时，要把纵筋的间距等高，而箍筋的间距可以不同。小截面的连续梁或框架梁，其上下纵筋可以相同设置。当端部与框架梁交叉或弹性支撑于墙内时，梁端支撑可以按照简单支护方式进行，但梁端的箍筋必须加密。

结构梁宜设置成等截面梁（不包括大横梁）。与其他楼面恒荷载或活荷载相比，结构梁自重在总荷载中所占的比重非常低，因此，采用变截面法并不能有效地降低结构的自重。而采用变截面的横梁比等截面梁的变形更大。一般的挑梁，在没有足够的承载能力的情况下，不需要在梁的基础上附加斜筋。对于大挑梁，粱下部宜设置受压筋，以减小其变形，而挑梁的配筋要留有一定的空间。在梁上开孔时，不仅要考虑开孔周边的加固，还要考虑梁洞口下的偏拉段的裂缝。梁在结构上应确保不会出现剪切破坏和弯曲变形。尽量避免长高比低于4的短梁，使用时，箍筋要全梁加密，梁上筋要贯通，梁纵筋配筋要加大。框架结构的主梁截面高度可按主梁计算跨度的1/10～1/18确定，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。由于梁宽对结构的刚度影响较小，因此，在计算变形时，可优先对梁高进行调整计算。

5柱设计

根据工程经验，全户内变电站结构柱截面不低于450×450，混凝土不能低于C25，否则在梁柱节点处，梁纵钢筋不能锚固要求，就必须增加横向钢筋。为了达到轴压比极限，减少凸柱的截面尺寸对室内空间造成的影响，柱体应尽可能地选用高强度混凝土。方案设计过程中尽量避免短柱，短柱箍筋必须全高加密，短柱的纵筋不能太大。在单柱上或在柱子中间（半壁处）有横梁时，必须对横梁的长度进行限定。

6结构设计软件对比分析

在使用 PKPM软件进行结构设计计算时，应尽可能使用 TAT或 SATWE软件。就平面构架 PK而言，其结果与真实的受力状况较为相近。例如：地震力、风荷载是按照抗侧移刚度分布的，而非框架的地面附属区域；又例如，由于次梁变位（框架柔度）产生沉降，内力重新分配，挑梁挑梁配筋将会增大。使用三维软件整体运算方便快捷，无需生成单一的结构，无需人工合并，可将整个建筑合并。TAT和 SATWE也可以进行井字型梁的计算，但 PKPM软件在计算梁时只采用了矩形，而井字型梁截面较小，存在超筋的可能性。这时宜将弯矩超限的梁作为 T形梁的补充计算。在设计图纸时，采用机械接头代替焊接，采用大直径的钢筋接头，其成本差别不大，但是机械接头可靠，便于检验。机械连接的位置可以是任意的，但是一次切断的钢筋不得超过50%，并且接头的位置应该间隔70d。

结束语

随着城市化的快速发展，城市用电量的增长和土地资源的紧缺，使得城市的经济发展面临严峻挑战。全户内变电站的设计要充分贯彻国家的基本建设方针、技术和经济政策，明确建筑标准，确保新建户内变电站安全可靠、技术先进、经济适用。户内变电站的设计要有整体的思想，认真调研，注重技术进步，认真进行设计，通过不断的总结，因地制宜地应用新材料、新工艺、新布置，以适应可持续发展的需要。应综合考虑多方面的影响因素，采用多方案技术、经济对比，对设计方案进行优化，以减少项目成本，减少施工时间，营造良好的文明施工环境。

参考文献

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