浅谈变电站结构设计

摘要: 随着国民经济和城市建设的发展,在变电站建筑中，在我国大部分地区的构支架已逐渐采用钢管杆代替了水泥杆，而砖混结构的变电站建筑也已由钢筋混凝土框架结构所代替，这些都大大提高了变电站的安全性。文章介绍了变电站框架结构设计,并对钢结构框架结构节点的几种设计方法进行分析探讨。

关键词:变电站;钢结构;节点设计

中图分类号： TU391文献标识码：A文章编号：

0、引言

在变电站建筑中，变电站结构主要指建筑物(如主控楼、配电楼等)和构支架,目前我国南方地区的构支架已逐步采用钢管杆代替了水泥杆,建筑物也已由钢筋混凝土框架结构代替了砖混结构,这些均大大提高了变电站的安全性。

1变电站框架结构设计

目前,我国的变电站已基本实现了标准化,南方电网甚至有标准设计的细化方案,将变电站的主要建筑物———主控楼(综合楼)的平面布置、层数已基本确定下来,设计人员只需根据实际情况进行微调来确定最终的方案。

变电站框架结构的设计主要有以下内容:

(1)有关结构设计的说明。包括主要的设计依据,变电站的地基情况、抗震等级以及承载力、材料等级、活荷载值等,在施工图中没有画出来的而采用说明的方式来表示的信息。

(2)基础设计。当采用天然基础且柱下扩展基础的宽度比较宽时,或地基不均匀时,或者地基比较软时,应当利用柱下条基。并且应考虑到在节点的地方基础底面积由于被双向反复使用而带来的不利影响,应适当地加宽基础。当采用桩基础时,应根据地质资料选用桩型,一般情况下,采用预应力环形杆较多,且为端承摩擦桩,当淤泥层较厚时,还需考虑负摩擦。

(3)平面设计。现浇板的配筋应该使用Ⅱ级钢,除了吊钩以外,不能使用Ⅰ级钢，梁柱钢筋尽可能使用Ⅲ级钢筋（国家建设部推广使用）。钢筋布筋应采用大直径和大间距的方式。板上下的钢筋的间距应该相等,钢筋直径可以不相等,但其直径的类型不宜过多。框架的填充墙大多为轻质隔墙（笔者所在地多为使用灰砂砖或轻质水泥砖）,过梁通常不使用预制混凝土过梁,采用的是现浇梁带。应该注明使用的轻质隔墙的图集和做法,当过梁与柱连接时,柱应当甩筋,过梁应当现浇。由于继保室、通信室等房间电缆较多,可采用活动地板结构。

(4)楼梯的设计。休息平台与梯段板平行方向的上筋均应拉通,并且应与梯段板的配筋互相适应。梯段板的厚度通常采取跨度的1 /25～1 /30。

(5)梁的设计。梁的上面有次梁的地方应附加箍筋和吊筋,并应首先使用附加箍筋。不能将次梁搭建在主梁的支座的附近,如果搭建在主梁支座的附近,就应当考虑由于次梁所引起的主梁抗扭,或者增加抗扭箍筋和纵筋。如果采用现浇板,抗扭问题不严重。理论上梁纵筋应遵循小直径和小间距的原则,这对抗裂有利,但钢筋的间距应满足要求,并且要与梁断面互相适应。挑梁应做成等截面。梁从构造上要避免冲切破坏以及斜截面的受弯破坏等。

(6)柱的设计。柱应采用高强度混凝土来应对轴压比的制约,应减小断面尺寸。应避免柱过短,短柱的箍筋应采取全高加密,短柱的纵筋不应过大。由于竖向地震的影响,对柱的轴压比和配筋应多一些考虑。独立柱的上面或中部有挑梁时,应限制挑梁的长度。绘制施工图时,较大直径的钢筋的连接方式应采用机械连接,而不应采用焊接,两者的造价相差不大,但机械连接更加可靠并且检查方便。

2钢结构构架设计

为了节省投资,一般变电站均采用架空出线,变电站内部导线均采用构架进行连接、跳线,因而构架也是常规变电站必不可少的一部分。目前在南方地区,由于经济较发达,且对变电站的使用要求较高,普遍采用钢管杆构支架,梁采用格构式或钢管梁,使整个变电站更加美观和实用。

2. 1采用空间分析程序计算内力

随着科技的进步,出现了不少可以计算和分析内力的软件。例如美国RE I公司开发的STADD /CH INA2000空间结构分析和设计程序,利用该程序对构架柱进行内力计算和分析,能够更加接近构架的实际受力情况,有利于缩短设计周期。也可采用东北电力设计院编制的构架计算软件( SST)进行简单的计算,根据计算结果分析杆件内力。

2. 2结构节点设计

(1)钢管柱的连接方式。钢管柱的长度受到加工、运输以及热镀锌的影响,一次成型比较困难,所以,要首先分段加工,然后利用剖口对焊进行连接或利用法兰进行连接。钢管利用剖口对焊进行连接,不仅外形美观,还能节省钢材,缺点是焊接需在现场操作,焊缝外还要现场喷锌,质量没有保障,焊缝处钢管内侧的防腐能力比较差。法兰连接所有的焊接工作以及热镀锌可以在工厂完成,只需要进行现场组装。由于不需现场焊缝,钢管的防腐能力很强,安装工作比较方便,可以节省工期,但缺点是耗材大,而且为了使法兰连接的接触面比较平整,对加工精度的要求很高。目前,法兰连接应用较为普遍,有刚性法兰和柔性法兰两种形式。

(2)人字柱的柱头利用钢板焊接。人字柱的柱头的受力情况非常复杂,它需要传递很大的轴力、剪力以及弯距。为了减小人字柱的位移,柱头连接必须保证有充足的刚度,并且应设法减少柱头连接的偏心。综合考虑,人字柱柱头应将两杆连接为整体,利用钢板进行焊接,剪力板、柱头处的顶板以及加劲板的厚度应满足规范的要求。两根人字柱中心线之间的距离一般为100 mm,可基本满足固结假定要求。

(3)人字柱与横撑构件采用刚性连接的方式。当变电构架柱承受水平力时,破坏形式是受压柱的失稳性破坏,这时受拉杆会经过横撑而对受压杆发生约束作用。为了增强这个约束作用,柱与横撑的连接应为刚性连接,而且横撑应具有一定刚度,故横撑使用钢管材料。为了便于热镀锌和安装,横撑钢管分为两部分,分别与相应的人字柱经过剖口进行

对焊刚性连接,然后再由横撑中间的法兰盘刚性连接,以实现横撑构件与人字柱的刚性连接。

(4)人字柱与基础采用杯口插入形式连接。基础与钢管柱的连接适合采用杯口插入形式。钢管插入到杯口的深度是由抗拔决定的,其计算公式为:

H =N / (3. 14D ×FCV ) (1)

式中: H———钢管插到杯口的深度;

N ———受拉杆的轴力设计值;

D———受拉杆的外直径;

FCV ———抗粘剪的强度,如果二次灌浆细石混凝土的强度为C 20,则: FCV = 0. 5MPa。

如果受拉的钢管插入杯口的部分焊有多于或者等于两道钢箍,剪切面可控杯口壁计算,插入杯口的深度根据(2)式进行计算:

H =N / ΣSC ×FCV (2)

式中: ΣSC ———杯口内壁的平均周长。

插入杯口的深度不仅要满足计算的要求,还必须满足: H ≥1. 5D。此外,为了确保柱脚处局部稳定,在构架安装完成后,钢管的柱脚处应灌注C 30细石混凝土。

一般设备支架插入杯口的深度H≮1. 0D,构架H≮1. 5D。

3结束语

总之，在变电站结构设计时，要考虑的因素很多，包括建筑结构的荷载、混凝土的结构设计、抗震性等，同时还应当考虑地方性的建筑规范以及需使用当地建筑市场常规建筑材料，方便就地取材。所以，要综合考虑各种因素，以设计出经济合理的结构体系。

参考文献:

[ 1 ] 龚金京,于滨. 定制钢结构与土建技改配套工程深化设计[ J ]. 工业建筑, 2008, ( S1 ) : 614 - 618.

[2] 李善平. 钢结构厂房安装精度的控制[ J ]. 建设监理,2006, (5) : 50 - 51.