关于变电站结构设计相关要点研究

邓永强

摘要：在我国变电站框架结构设计中已基本实现了标准化，为此，本文作者主要对变电站框架结构设计中的主要内容进行了详细介绍，同时对变电站钢结构节点的几种设计方法进行了分析研究。

关键词：变电站；建筑结构；钢结构；节点；设计

1.变电站框架结构设计内容

1.1 地基基础设计

变电站结构设计中常用的基础型式有扩展基础和桩基础。根据不同的地基情况采用不同的基础型式。当地质条件不好时，可考虑采用条形基础；若软弱土层较厚和埋置较深时，可考虑采用桩基础，常用的桩基础型式有预制桩基础和钻孔灌注桩基础。

通过大量的工程实践，我们逐渐的认识到地基处理的重要性。一味的追求加大基础断面，加强基础整体性和上部结构的整体刚度，最终结果往往并不理想，由于过大的、不均匀的地基变形，导致基础及上部结构出现问题的工程实例屡见不鲜。所以地基处理方案的确定是基础设计的首要问题。

常用的地基处理方法有：换土法、灰砂桩法（包括灰砂碎石桩、石灰粉煤灰桩）、振冲碎石桩法、水泥土桩法、水泥旋喷桩法、混凝土灌注桩法等。大部分地基处理效果较好，但也有的地基处理不好的，主要是处理方案存在问题，如有的地基软土层较深，采用换土法的，土方量较大，过深的土层夯实，质量难以保证；有的软弱土层埋深较浅，可采用灰砂桩的，却采用了振冲碎石桩，虽然地基承载力提高较多，但造价也增加较多等。地基处理方法较多，但各有其适用条件和使用范围，不可滥用，否则技术上不合理，且达不到预期的效果。

当基础底下有较薄的杂填土等软土层，且软土层下为承载力较高的土层时，可采用换土法。当基底下有7～8m软弱土层且中夹淤泥层时，可采用混凝土灌注桩，但造价较高；若只有5m左右深度时可采用干振碎石桩复合地基，其造价较低，处理后的地基承载力同样可以达到设计要求。所以地基处理方案的选择至关重要，既要在技术上先进合理，又要比较经济，降低工程造价，这样的才是最佳处理方案。

1.2 柱的设计

框架柱使用的混凝土强度等级采用C25，纵向受力钢筋直径不宜小于12 mm，全部纵向受力钢筋的配筋不宜大于5%；箍筋直径不应小于纵向钢筋最大直径的1/4，且不应小于6 mm。

截面尺寸不宜小于350 mm×350 mm，以保证梁纵筋锚入柱内的水平段长度满足相关要求。柱宜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。

1.3 梁的设计

梁的高宽比一般采用：矩形梁为2.0～3.5，T行梁为2.5～3.5。梁的截面高度不大于800mm时取50mm的倍数，大于800mm时取100mm的倍数；主梁截面宽度不应小于200mm，次梁的不应小于150mm。梁使用的混凝土强度等级采用C25。

对于纵向受力钢筋，当梁高不小于300mm时，直径不应小于10mm；当梁高小于300mm时，直径不应小于8mm。当梁端按简支计算但实际受到部分约束时，应在支座区上部设置纵向构造钢筋，其截面面积不应小于梁跨中下部纵向受力钢筋计算所需截面面积的1/4，且不应少于2根。对于架立钢筋，当梁的跨度小于4m时，直径不宜小于8mm，；当梁跨度为4m～6m时，直径不应小于10mm；当梁跨度为6m时，直径不应小于12mm。梁箍筋直径一般采用8mm及以上，间距一般为200mm，加密部分为100mm。梁的腹板高度不小于450mm时，在其两侧应沿高度配置纵向构造钢筋，钢筋间距不宜大于200mm。

1.4 板的设计

现浇板的配筋，尽量用二级钢，其直径不宜小于8mm，直径不小于12的受力钢筋，除吊钩外，一律不应采用一级钢。板中受力钢筋的间距，当板厚不大于150mm时不宜大于200mm；当板厚大于150mm时不宜大于板厚的1.5倍，且不宜大于250mm。

板上下钢筋的分布间距大小应尽量相同；可采用不同的钢筋直径，但直径种类宜少不宜多。在楼板角落，宜沿两个方向正交、斜交平行或放射状布置附加钢筋。结构顶层应采用现浇楼板，一方面有助于防水，另一方面能增强结构物的整体性，从而保证装饰性挑檐的稳定。目前，框架结构一般采用轻质隔墙做填充墙，过梁采用现浇梁带。当柱或构造柱与过梁相接时，过梁应现浇，柱应甩筋。对于主控室、通信室等房间，由于电缆较多，结构楼板下沉，建筑完成地面采用活动地板。

1.5 楼梯的设计

根据建筑图对楼梯的布置，确定楼梯的结构型式，一般采用的有板式和梁式两种基本型式。

梁式楼梯跨步板可按一个踏步作为计算单元，作纵向简支计算，板的折算高度可取梯形截面的平均高度。

梯段斜梁（板）：梁式楼梯的梯段、斜梁一般按简支计算；板式楼梯的斜梁考虑其支座对梯段的嵌固影响，计算时跨中及支座弯矩可近似取为1/10ql2。

平台板与平台梁：平台板为单向板，计算弯矩可取1/8ql2或1/10ql2，视支座嵌固影响而定，平台梁按简支梁计算。

梯板厚度应通过计算确定。当板式楼梯跨度大于5m时，挠度不容易滿足，应注明加大反拱或增大配筋。当休息平台板是悬挑板时，梯段板内负筋不应小于休息平台板的上筋，梯段板内负筋的长度也应大于平台板筋。楼层处休息平台板的配筋应与楼层板统一考虑配筋，主要是板的负筋。

2. 变电站钢结构节点设计

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REI公司开发的STADD/CHINA2000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。

3 结束语

总之，变电站供电区域广泛，对电网的经济、安全运行具有重要作用。在对变电站的框架结构进行设计时，要结合变电站自身的特性及其所处环境，考虑结构耐久性与防火、抗震等要求，从框架结构中的地基基础设计、平面设计、梁柱设计等方面出发，设计出经济合理的框架结构体系。

参考文献：

[1]谢淮宁，结构优化设计在工程实践中的应用[J]山.西建筑，2006

[2]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