钢框架轻钢密支龙骨结构体系在标准配送式变电站应用的探讨

宁宇，郭波，阴崇智

（1.国网山西省电力公司运城供电公司，山西运城044000；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原030001）

钢框架轻钢密支龙骨结构体系在标准配送式变电站应用的探讨

宁宇1，郭波1，阴崇智2

（1.国网山西省电力公司运城供电公司，山西运城044000；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原030001）

阐述了装配式变电站建设是近年电网建设发展的方向，提升变电站建设技术水平，推进变电站实用化、模块化、标准化建设，提升安全稳定供电能力，是有效支撑“调控一体、运维一体”的必然条件。针对标准配送式变电站建筑物，采用钢框架轻钢密支龙骨结构体系，房屋主体及维护材料均为工厂化批量制作，现场快速拼装，地面以上无“湿作业”，现场机械化施工程度高，减少劳动力投入，有效提高工程建设效率，降低安全施工风险，工程施工质量和工艺水平得到有效保障。

钢框架；结构体系；配送式；变电站

0 引言

标准配送式变电站建设的主要技术原则是：“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”。针对装配式变电站高压室建筑物，地基采用钢筋混凝土条形基础，房屋主体采用钢框架轻钢密支龙骨结构体系，通过工厂生产预制、现场装配安装两大阶段来建设变电站房屋，这种建设方式大大减少了变电站在建设期的占地面积，大幅缩减建设工期，提高变电站建设全过程精益化管理和建设效率[1-2]。

1 可行性论证

1.1 建筑物使用寿命

常规钢结构建筑物为普通型钢加彩钢瓦形式，因防腐方面的缺陷，使用年限均不超过30年。根据变电站建筑设计规范要求，站内主建筑物设计使用年限为50年。因此首要是保证主体结构50年的安全使用年限，其次各种选用材料也必需保证50年使用期限。钢框架轻钢密支龙骨采用G550高强镀铝锌钢带，墙体内外围护面板采用0.8mm厚铝镁合金板，连接螺栓为不锈钢螺栓，整体结构耐腐蚀性强，结构体系使用可以达到60年。不但保证使用期限的安全性，还保证了使用期后的可回收性。项目中所使用的大多数材料都是再生的，在它们寿命终结的时候还能继续循环利用，因此对资源的使用和能耗方面更具有效率和可持续性。

1.2 强度和安全性

该体系中钢框架钢材的强度为Q345材质，轻钢龙骨选用G550高强镀铝锌钢带，比目前任何常规使用建材强度都高。因为框架很轻，运输和处理起来也就更加容易，轻钢龙骨为建筑物提供更大的保障。因为结构经过有效设计，即使是处在强风甚至飓风中，房屋也会十分稳固。因为结构轻巧稳固，即便在地震中也非常安全。

1.3 防火、防锈、防蛀性能

本结构体系采用包裹式防火，受力骨架两侧均包裹50mm厚高密度铝箔岩棉板，单面耐火极限超过2 h，可抵抗摄氏1 000℃的过火燃烧。主结构除锈等级为St2，涂刷环氧富锌防锈底漆，轻钢龙骨骨架则采用镀铝锌涂层防护，镀锌量在275 g/m2以上，不易燃，防锈和防蛀，综合安全性极高。

1.4 制造技术的先进性

该轻钢结构体系的设计制造，采用全电脑化数控制作，杆件的精度在0.5mm之内，智能化的设计及精准的制造过程，保证了构件的垂直度和尺寸，使建筑速度更快，安装更简单。因为体系中的每一根杆件都有明确的标志，现场组装快捷而简单，可以比传统的建筑方法要快30%以上。

2 结构体系计算

本结构体系为钢框架轻钢密支龙骨结构体系，结构考虑了蒙皮效应，但也仅作为一项安全储备存在。抗风体系主要由门式钢框架结构承受，竖向受力主要由G550高强镀铝锌轻钢龙骨装配的墙体及屋架承受。

2.1 结构屋架

结构屋架采用0.95mm厚G550高强镀铝锌轻钢龙骨三角形屋架，屋架间距600mm。屋面设计荷载：恒载，0.65 kN/m2；活载，0.5 kN/m2；风载，0.45 kN/m2；吊顶荷载，0.14 kN/m2。

2.2 填充墙体系

填充墙采用0.95mm厚G550高强镀铝锌C型钢，竖向龙骨间距600mm龙骨，和间距600mm的屋架呈一一对应，从而形成有效的密支龙骨体系；横向龙骨间距1 000 mm，除了传递部分风荷载至框架柱外，主要是提供竖向龙骨的安装阶段的稳定。墙体待外维护板安装完毕后会形成应力蒙皮效应，进入整体受力阶段。

2.3 抗风钢架验算

材料：90mm×180mm×5mm Q235矩形管。基本风压：0.45 kN/m2。体形系数：迎风面+0.8，背风面-0.5。换算风压：迎风面+2.6kN/m，背风面-1.62 kN/m。验算结果：抗风钢架结构安全。

2.4 装配式变电站建筑节点构造

a）墙体维护材料节点：墙体材料由外到里分别为：0.8mm厚铝镁合金外墙板，50mm厚铝箔岩棉防火隔热层，轻钢密支龙骨结构，50mm厚铝箔岩棉防火隔热层，0.8mm厚铝镁合金内墙板。

b）屋面构造做法由外至内分别为：屋面1.0mm厚铝镁合金板，屋架外侧50mm厚铝箔岩棉防火保温隔热层，轻钢密支龙骨结构屋架，屋架内侧50 mm厚铝箔岩棉防火隔热层，室内600 mm×600mm铝合金吊顶扣板。节点构造如图1—图3所示。

图1 钢框架建筑物外墙节点二（mm）

图2 钢框架建筑物屋面构造做法（mm）

图3 钢框架建筑物整体结构模型

3 结构优点

a）构件强度高、自重轻，截面尺寸小，有利抗震和增加房屋使用面积。冷弯薄壁轻钢结构墙体重量仅是砖混墙体的1/9～1/10左右。构件自重轻，便于整体运输、安装。构件截面尺寸小、墙体薄，有利提高房屋使用率。与一般混凝土房屋相比，增加房屋使用面积5%～10%。由于房屋整体自重仅为传统房屋的1/3～1/5，对建筑场地及房屋基础处理要求不像传统一样要求苛刻，基础地基费用大大降低。

b）构件采用镀锌或镀铝锌薄钢板，防锈性能好，减少结构维修护理费用。构件地处潮湿环境且裸露状态时，镀锌量要求一般为275 g/m2(相当镀锌厚度为20μm)，根据英国钢铁公司对不同地区、环境的15栋轻钢结构房屋跟踪取样的测试结果：轻钢镀锌构件锈蚀率为3年平均不到0.1μm，也就是说，处于半封闭条件下的8μm厚镀锌冷弯薄壁型钢构件，正常使用条件下，使用寿命可达240年。而一般住宅的设计寿命仅50年。现如今在英美及欧洲海滨城市，已经有镀锌或镀铝锌薄钢板使用超过60年的房屋存在，并且依旧正常使用。

c）工厂制造、工地拼装，施工速度快，实现了房屋建筑产业化的目标。由于构件轻，房屋的墙体、楼面（包括面板，乃至门窗，外装饰面材、保温材料等）基本上均可在工厂制造完成，板块运送至工地，没有焊接等工序，采用自攻螺钉或螺栓连接拼装，房屋现场建造施工速度之快，是其他任何结构体系无可比拟的。

d）钢材回收率为100%，施工干作业，符合国家持续发展和环保、节能要求。冷弯薄壁轻钢结构房屋基本为干作业，节约大量施工用水，改善混凝土结构施工环境脏乱、燥音大的局面；此外，墙体构造有空腔，室内外空气在墙体内可流动，建筑的热工性能、房屋舒适度更好，因综合保温效果是传统建筑的5倍节能，可有效回避因过冷过热引发的电器开关等仪表仪器灵敏度降低的问题。符合国家可持续发展和环保、节能的要求。

e）钢架结构对雷电安全性：事实上，冷弯薄壁轻钢结构钢框架能给房子使用者提供更多的保护，因为在闪电的时候，它直接将闪电引到地面上去。这减少了爆炸或者次生火灾的现象。

f）钢架结构房屋可以改建：因为冷弯薄壁轻钢结构钢架可以在房屋设计的时候允许较大的跨度，较少需要内部承重墙，这就赋予了更多的设计灵活性，未来使用过程中房屋内部变更变得很容易。

g）建筑外观：冷弯薄壁型钢构架体系的板块房屋体系看起来和周围的采用传统建造方式的其他建筑没有任何不同。只是用冷轧钢材骨架取代了木材骨架构件或砖混做法。冷弯薄壁型钢构架体系的板块房屋体系看起来都和当地的砖混或混凝土房屋一样，甚至也能够按照秦砖汉瓦的建筑风格建造。

h）冷弯薄壁型钢房屋的建造建造成本：当传统的建造方法建造的房屋因材料价格不稳定以及人工成本的大幅增加，而使其价格增长率远远快于通货膨胀之际，钢铁的价格仅仅经历了一些小波动的季节性调整。全球的建筑工人已经肯定了冷弯薄壁型钢结构房屋一般比采用传统的结构建造成本造价低的事实[3-4]。

4 结语

电网建设属于一个相对复杂型项目，是关系到国计民生、社会稳定、经济发展的重要工程。在变电站建设过程中，采用冷弯薄壁轻钢结构技术建造，其建筑物抗震性强、防潮透气、保温隔热，而且具备施工周期短、低碳环保等优点，是今后标准配送式变电站建设的重要方式。

［1］钟善桐.钢结构稳定设计［M］.北京：中国建筑工业出版社，1991：21-35.

［2］王锐.钢结构的应用与发展［J］.科学之友，2010（05）：9-13.

［3］杨汉林.温度对超大型钢结构影响研究［D］.河北联合大学，2012.

［4］林错错.高强度钢材焊接截面轴压构件局部稳定性能和设计方法［M］.北京：清华大学，2012：7-29.

The App lication of Steel Framew ith Light Guage Steel Support Structure System in Standard Prefabricated Substation

NING Yu1，GUO Bo1，YIN Chong-zhi2
（1.State Grid Yuncheng Power Supp ly Com oany，Yuncheng，Shanxi 044000，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Prefabricated substation is the development direction of grid construction in recent years.It has become a necessary condition foreffective supportof Integration ofRegulation and Control，Integration ofOperation and Maintenance to enhance the technique level of substation construction，to promote practical，modular and standard construction，and to improve the security and stability of power supply.For standard prefabricated substation，steel frame with light guage steel support structure system is adopted，and the buildingmaterialsare produced in batches.Thus，thematerials can be assembled fastand wetwork isnotneed above ground.High degree ofmechanization is realized，which can improve the construction efficiency and reduce construction risk.The construction quality and technological levelareeffectively guanranteed.

steel frame；structuralsystem；distribution type；substation

TU391

B

1671-0320（2014）05-0065-04

2014-06-06，

2014-07-30

宁宇（1969-），男，山西运城人，1991年毕业于太原电力专科学校工业与民用建筑专业，高级工程师，从事电网建设管理、工程建（构）筑物应用研究工作；

郭波（1982-），男，山西运城人，2005年毕业于西安科技大学自动化专业，工程师，从事电网建设管理工作；

阴崇智（1969-），男，山西中阳人，1998年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，硕士，高级工程师，从事继电保护及电网建设工作。