110kV变电站综合变电楼钢结构技改方案分析

叶 斌 邹福来

(1、杭州万国投资管理有限公司，浙江 杭州 310016 2、电联工程技术有限公司，浙江 杭州 310016）

1 工程概况

根据国家电网公司系统内试点建设“资源节约型、环境友好型、工业化”变电站的技术原则和设计要求。在110kV变电站通用设计方案基础上进行优化后的综合变电楼为单层结构，层高4.7m（局部3.3 m），长度42m，跨度 9.5m（局部14.5 m），建筑面积458m2；室内主要功能区域有继电器室、配电装置室、蓄电池室和生活值守室；存放设备有继电器、无含油电气设备、干式变压器。

现行方案适用对象为110kV变电站综合变电楼。由于110kV变电站变电楼工程量不大，且全部使用单层建筑，整体与钢结构建筑的基本优势吻合，故率先在该类变电站使用。

2 实施方案

2.1 设计方案

根据变电站相关设计规范要求，综合楼建筑设计工程考虑10年远景发展计划，采用远近结合、以近期为主，适当考虑扩建需要，坚持节约用地的原则，结合建设地点的实际情况，确定以下建设方案。

变电楼采用钢结构外框和有檩墙、屋面构成；内墙分隔均采用钢结构体系。

2.1.1 外框钢结构

变电楼受力外框由10榀门式钢架组成；钢架间采用刚性系杆、墙屋面檩条连接，两端跨间设置X型柱间支撑，屋面设置水平支撑。在门式刚架中，采用轻型焊接工形柱和分段变截面工形梁并利用腹板屈曲后强度，受力合理且钢材消耗量低。工程方案经钢结构专用软件计算并优化得到，方案安全可靠、经济合理。

2.1.2 维护结构

有檩墙、屋面构成及隔墙使用ALC板（加气混凝土轻质墙板）。加气混凝土板材是以水泥、石灰、硅砂等为主要原料的一种轻质多孔新型的绿色环保建筑材料。

ALC板产品特性

①保温隔热：其保温、隔热性是粘土的三倍、普通混凝土的十倍。

②轻质高强：为普通混凝土的1/4，立方体抗压强度≥4MPa。特别是在钢结构工程中采用ALC板作围护结构就更能发挥其自重轻、强度高、延性好、抗震能力强的优越性。

③耐火、阻燃：加气混凝土为无机物，不会燃烧，而且在高温下也不会产生有害气体；同时，加气混凝土导热系数很小，这使得热迁移慢，能有效抵制火灾，并保护其结构不受火灾影响。

④可加工：可锯、可钻、可磨、可钉，更容易地体现设计意图。

⑤吸声、隔音：以其厚度不同可降低30～50分贝噪音。

⑥承载能力：能满足风荷载、雪荷载及动荷载的使用要求。

⑦耐久性好：ALC板是一种硅酸盐材料，不存在老化问题，也不易风化，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。

⑧绿色环保材料：ALC板没有放射性，也没有有害物质溢出。

2.1.3 防火处理

钢结构通常在高温下就会失去承载能力、发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为1/4小时左右。这一时间的长短还与构件吸热的速度有关。

要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足，必须进行防火处理。其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围，防止钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落。

钢结构防火保护措施较多，有包裹法、涂装法。涂装法有厚型、薄型、超薄型防火涂料，但由于厚型、薄型钢结构防火涂料喷涂厚度较厚、装饰性能较差，本工程针对不同结构件使用超薄型钢结构膨胀防火涂料和包裹法两套不同方案。

第一套方案：根据不同构件的耐火极限要求，对结构件实施不同的表面涂层厚度，从而达到相应的防火要求。

第二套方案：对框架柱构件采用包裹法，即使用S50ALC板将结构柱完全屏蔽起来，能阻止外界对其进行的热传导，根据检验该设防能使构件的耐火时间提高到4小时以上，故能满足该工程的使用要求。

2.1.4 屋面防水处理

屋面防水二级，通过在屋面板上面铺设防水卷材，达到设防要求。彩钢瓦专用防水卷材能适应金属屋面的热胀冷缩，可随彩钢屋面的凸凹起伏而实贴屋面，达到金属屋面与空气隔离，既能达到防水功能又能起到防腐蚀效果。

2.2 工程造价

2.2.1 防火成本估算公式

第一套方案：每吨钢材防火成本=每平方钢材涂料用量x每吨钢材面积x每公斤涂料价格

成本估算按防火二级要求设计，人工费另计 350 元/t。

第二套方案：每吨钢材防火成本=每平方钢材ALC板用量x ALC板价格

2.2.2 项目造价基本分析

该造价与《国家电网公司输变电工程典型设计》110kV变电站分册（2005版）内提供的标准单方工程造价1100元/m2节省了20%，显然是有利于基建标准化工作推广。

3 综合评价

3.1 轻钢结构体系优点

3.1.1 高强度、自重轻、适应性强

钢结构具有强度高的特点，建筑构件截面相对单薄，因而自重较轻；另外钢材具有较好的延性，故其能够满足沿海多风多震地区的要求，具有较强的适应性。

3.1.2 节能环保

房屋自重轻约为钢筋混凝土结构的1/4左右，对地基承载力要求相应降低，可大幅减少能源消耗。另外钢结构房屋可达到100%的回收，其他配套材料也可大部分实现回收，是名副其实的绿色环保产品。

3.1.3 工业化程度高

轻钢结构房屋所有构件均可实行工厂化生产，并且质量稳定，有利于产品标准化推广。

3.1.4 现场作业方便安全

所有构件全部采用高强镀锌螺栓连接，实现全过程干作业，施工不受季节影响，可大大降低施工周期且安全度高，有利提高经济效益。

3.1.5 墙体厚度小，增加使用面积

所有管线可暗埋在墙体及楼板结构中，建筑内部实际使用面积大幅增加，可比传统砖混结构增加使用面积至少10%。

3.1.6 配套围护材料性能好

使轻钢结构在隔音、保温等性能方面比传统混凝土结构优越。

3.2 ALC板产品优越性

3.2.1 经济：能增加使用面积，降低地基造价，缩短建设工期，减少暖气、空调成本，达到节能效果。

3.2.2 施工方便：加气混凝土产品尺寸准确、重量轻，可大大地减少人力物力投入。板材在安装时多采用干式施工法，工艺简便、效率高，可有效地缩短建设工期。

3.2.3 环保：在生产过程中，没有污染和危险废物产生。使用时，也绝没有放射性物质和有害气体产生，即使在高温下和火灾中。ALC板是国家重点推荐的绿色环保建材产品。

4 结论

结合以上可行性初步分析和钢结构建筑体系自身的优点，拟实施方案符合“两型一化”变电站的“以用为先、简洁适用，创新优化、节约资源，以人为本、环境友好”建设原则。

技改方案同时达到了省电力公司要以理念、管理、科技创新为动力，以“两型一化”为载体，提升标准化建设水平的基建目的；通过“两型一化”变电站的建设，深化和完善变电站典型设计，符合变电站工程建设的方向，实现电网建设方式转变的目标。

[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，2008-06-20.