变电站建筑抗震及抗震加固设计探讨

【摘 要】随着社会经济的快速发展，人们的生活水平日益提高，用电需求也越来越大，这在一定程度上加快了电网覆盖率，并增加了变电站数量。目前变电站主要的建筑物是主控配电室，为避免地震损坏变电站建筑物，造成不必要的生命财产损失，以及影响电力系统正常供电，在变电站建筑设计中需进行科学合理的抗震设计，对于原有的变电站建筑，则需严格按照相关规程规范，制定科学合理的抗震加固设计方案。本文以地震对变电站建筑的影响作为切入点，分析了变电站建筑的抗震设计，提出了对原有变电站建筑的抗震加固设计方案。

【关键词】变电站建筑；抗震；加固设计；方案

0.前言

变电站是电力供应的重要设施，是改变电压的场所，能实现电力系统中高低电压变换，合理控制电流流向，以及适当调整重要电力设备电压[1]。随着地震灾害的频繁发生，如汶川8.0级地震、玉树7.1级地震等，变电站建筑受到了严重破坏，不仅造成了巨大的经济损失，还造成电力系统无法正常供电，加大了抗震救灾难度。因此，必须严格按照国家规范要求，并以安全、适用、抗震为原则，对变电站建筑进行抗震设计及抗震加固设计，尤其是主控配电室，从而有效提高变电站建筑抗震性能。

1.地震对变电站建筑的影响

变电站主要建筑是主控楼、检修楼、各保护小室、通信机房等，多为框架结构，发生地震后这些框架结构会随之一起运动，放大地震效应，以致可靠性降低，极易在地震中被破坏。主控配电室是变电站非常重要的建筑，集中了变电站主变、断路器、电抗器组等设备，对监控、操作和调配电力具有重要作用，若该建筑抗震性能低，发生地震后极易被破坏，以致无法满足供电需求[2]。例如，2008年汶川8.0级地震发生后，共计损毁245座变电站，严重影响了电力系统运行。接近震源的四川钢铁厂5座变电站也是受损较为严重的变电站，尤其是建造于1995年的3座变电站，建设设计时因未考虑地震灾害影响，抗震性能低，地震过后，这3座变电站的建筑和设备被完全损毁，而且无法修复。另外2座建造于2006年的变电站，因主控配电室采用二层框架结构，地震过后，这2座变电站的建筑和设备基本无损毁，而且经抢修后仍能维持正常供电。因此，必须对变电站建筑进行科学合理的抗震及抗震加固设计。

2.变电站建筑的抗震设计

在变电站建筑抗震设计中，抗震理论设计、抗震计算、抗震设防设计是非常重要的部分，这些设计可有效提高变电站建筑抗震性，切实抵抗地震灾害。

2.1变电站建筑抗震理论设计

在变电站建筑抗震理论设计中，主要包括建筑结构体系布置、建筑平面和立面布置，具体为：

建筑结构体系布置：优先应用横墙承重结构体系，并在抗震设计时，特别考虑变电站建筑长度、横墙。为满足抗震要求，变电站建筑通常应用框架结构，将墙体作为填充墙，而且同一建筑应用相同的结构类型。变电站配电室通常和附属建筑合在一起，虽然层高不同，但应应用相同的框架结构，并在层高变化处设置后浇带，以防地基出现不均匀沉降现象。

建筑平面和立面布置：在变电站建筑布置中，片面布置应规则、对称，立面布置应协调、规则，确保建筑整体稳定且结构刚度均匀变化。由于户内变电站功能要求和场地限制，平面布置通常不规则，但为了满足抗震设防要求，可将沉降缝设于不规则处。在立面布置中，为防止刚度突变，需综合考虑变电站建筑墙体刚度，对于不连续的墙体，可将层间梁加于层高较高的层间，并加大该处梁和柱截面，从而确保墙体上下刚度一致。

2.2变电站建筑抗震计算

在变电站建筑抗震设计中，抗震计算是重要组成部分，可通过底部剪力法对建筑砌体结构进行抗震设计。目前，随着科学技术的发展，建筑抗震计算软件越来越多，但只有正确应用科学的软件，才能取得安全、符合实际的抗震计算结果，而且为了尽可能缩小计算结果和建筑实际抗震性间的差异，对变电站建筑进行抗震计算时，必须按实际输入所有荷载，严禁简化荷载[3]。

2.3变电站建筑抗震设防设计

变电站建筑抗震设计不仅要满足《建筑抗震设计规范》相关要求，还应结合抗震设计和施工经验，科学合理的进行抗震设防设计，该设计主要包括应用砖混结构、验算梁抗弯强度、框架柱合理布置和配筋。

应用砖混结构：变电站建筑设计中，由于功能、造价等因素，配电室和附属建筑通常会有错层，因此必须应用砖混结构。分开布置砖混结构时，需严格按照抗震缝宽度要求设计缝宽；若未分开布置砖混结构且共用一面墙时，需将圈梁分别设于墙高、低跨楼板处，而且需严格按照低跨楼板水平地震力，科学合理的计算低跨处圈梁配筋。一般情况下，对于不满足规范要求的砖混结构窗间墙最小宽度和横墙间距，需对平面外抗弯强度进行验算，并合理设置通体构造柱，也可加设适宜的壁柱。为加大砖混结构墙体刚度，需将壁柱设于留设的洞口两侧，并将圈梁设于窗台板下，从而可靠连接过梁和墙体。

验算梁抗弯强度：严格按照地震竖向作用对梁抗弯强度进行验算，可避免跨度较大的梁受地震影响被破坏。由于地震力向上作用时会改变梁正常受力，即由下部受弯变为上部，所以为避免地震作用破坏梁，需在梁跨中截面上部配置受拉钢筋，并将抗扭钢筋设于梁中，以提高梁抗扭强度。

框架柱配筋和合理布置：计算地震力时，柱受力、水平剪力、扭矩会很大，为满足变电站建筑框架柱抗震要求，必须通过计算抗压、抗剪、抗扭，确定框架柱配筋，而且需根据建筑功能要求布置框架柱，尽可能控制柱距，以及适当加大柱截面。

3.原有变电站建筑抗震加固设计方案

改革开放前，我国经济状况较差，但为了向人们提供日常生产生活所需电能，多数变电站建筑未考虑抗震设防，无法抵抗地震灾害，严重的甚至导致变电站建筑在地震后完全被损毁[4]。目前，为保证变电站安全稳定运行，电网公司根据不同变电站建筑具体情况，制定科学合理的抗震加固设计方案，分批抗震加固处理无抗震设防的变电站建筑。为提高原有变电站建筑抗震性能，具体抗震加固设计方案如下：（1）对于以毛石为刚性基础，且未进行地基处理的原有变电站建筑，可将现浇钢筋混凝土弹性带加于原有基础内外，以提高基础整体性。（2）对于砖混结构，且无构造柱和圈梁的原有变电站建筑，可将混凝土柱、拉梁设于原有建筑外墙，即柱设于房屋四角和横梁与纵墙交接处，拉梁则沿全高设于上、中、下部，而且将钢筋植入新加梁柱内，使拉梁可靠拉结原有墙体。另外，还需加强约束变电站建筑原有墙体，即在墙体内外用钢筋网和50mm厚混凝土，并焊接钢筋网和原有建筑墙体内植入的钢筋，从而提高墙体整体性、抗剪能力、抗震能力。（3）对于梁下无构造柱，且墙体局部抗压弱的原有变电站配电室，可将混凝土壁柱加于梁下，并拉接新加柱，以提高梁下墙体强度。（4）对于抗震性、保温、防水等性能差，且屋顶为预制板的原有变电站建筑，可拆除屋顶原有防水和保温层，并将双向钢筋网现浇层设于原有预制板，以提高屋顶整体刚度和抗震性。（5）变电站配电室具有横墙少、跨度大、开间多等特点，为加强外纵墙和墙体抗震能力、整体性，可将钢筋拉杆设于外纵墙间。

4.小结

总之，社会经济的发展和人们的日常生活与电息息相关，而连接电厂和用户终端的纽带是变电站，所以为满足人们日常生产生活用电需求，必须确保变电站安全稳定运行，尤其是发生地震灾害后。在变电站建筑设计中，主控配电室是最主要的建筑，必须高度重视其抗震及抗震加固设计，才能提高变电站建筑抗震性，有效抵抗地震灾害，进而有效确保地震后电力正常且安全的供应。

【参考文献】

[1]刘朗.变电站建筑设计的实践探索[J].中华民居，2012（06）：895-896.

[2]张丑艳，赵飞.简谈变电站的抗震性能及改进措施[J].黑龙江科技信息，2013（20）：107.

[3]蒙坤安.浅谈变电站主控楼结构抗震设计[J].赤子，2014（01）：264.

[4]刘涛.变电站加固技术在改造项目中的研究应用[J].才智，2013（14）：328.