装配式变电站的土建设计

林洁

[摘要]装配式建筑是目前国家及行业推广的方向，建设装配式变电站既符合国家推广绿色节能建筑的要求，也是国家电网推行智能变电站的重要组成部分。如何从源头上创新设计，在结构体系、围护系统等方面突破传统的现浇钢筋混凝土变电站设计，实现建设节能型绿色变电站建筑的目标，是本文探讨的初衷。

[关键词]装配式变电站；结构；维护；系统 文章编号：2095-4085（2018）05-0028-02

装配式建筑，是指建筑的大部分部件部品先在工厂生产预制，再运到施工现场进行组装的建设模式。预制装配式建筑改变了传统的建筑模式，大大减少了现场的作业量，有助于提高建筑质量、缩减建设工期、实现节能环保。推动装配式变电站的实施，将有利于显著提高变电站的建设效率、提升变电站的工程质量，有助于提高电网建设能力。

1 装配式建筑物结构选型

装配式建筑主要分为装配式混凝土结构和装配式钢结构两种形式。

1.1 装配式混凝土结构简介

装配式混凝土结构是指在工厂预制混凝土构件，运到施工现场装配的混凝土结构类房屋建筑。装配式混凝土结构对节点连接的要求非常高，处理稍有不慎可能导致灾难性后果。在变电站的建设中，装配式混凝土结构尚处于研究阶段。

1.2 装配式钢结构简介

预制装配式钢结构是指建筑的结构系统是由钢构件组成的结构体系。钢结构本身就是天然的装配式建筑，通过在钢构厂制作好钢柱、钢梁等构件再运到现场进行节点安装。钢结构相对混凝土建筑比重轻，且便于运输、吊装，可大大减少基础造价，缩短制作周期、抗震性能高，可回收利用，适用于跨度大高度高承重结构，适合变电站的使用要求，所以已建成的装配式变电站大多为钢结构。

2 装配式钢结构

装配式钢结构建筑由四大系统组成：结构系统、外围护系统、设备管线系统、内装系统。土建主要涉及结构及维护系统的设计。

2.1 结构系统

装配式钢结构有两种形式，分别是轻型钢结构和钢框架结构，表述如下。

轻型钢结构主要是指门式刚架，主要受力构件为钢架斜梁和钢架柱。门式刚架具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点。轻钢结构适用于跨度为9～36m，柱距为6m，柱高为4.5～9m，不设吊车或设有起重量较轻吊车的单层工业厂房等。

钢框架是指由钢梁和钢柱组成的能承受垂直和水平荷载的结构。这种体系受力明确，平面布置灵活，构件易于标准化、定型化、装配化，制作安装简单，施工速度较快[1]。钢框架适用于大跨度或高层或荷载较重的工业与民用建筑。

当变电站的主要建筑物主控楼、配电装置楼为单层建筑，基本分压不大于0.7kN/m2时可选用轻型门式钢结构，其余一般应选用钢框架结构。

2.2 围护系统

围护系统对于装配式钢结构是一个关键因素。围护系统与建筑的美观效果、保温隔热效果、防水防火等密切相关。围护系统必须与结构系统配合紧密、和谐统一，要与钢结构轻量化、装配化的特点相适应。应具备质轻、保温、隔热、防水、耐老化等性能。

维护系统主要包括楼（屋）面围护和墙板围护。

2.2.1 装配式钢结构建筑物楼（屋）面

装配式钢结构楼屋面可采用压型钢板、压型钢板混凝土组合楼板、钢筋桁架楼承板等围护。

压型钢板在所有屋面材料中质量最轻，经常与轻钢结构配合使用，可有效节约用钢量，降低基础承重，节约造价。但钢板拼接螺钉容易生锈，影响建筑使用寿命。单纯的压型钢板屋顶管线明敷，既不美观也不满足使用要求。变电站的特性使得建筑的跨度大，设备荷载重，楼板预埋管及预埋件也多，所以楼板不适宜采用装配式轻钢屋面，宜采用现浇组合楼板。

带一定肋高的压型钢板混凝土组合楼板目前在钢结构中应用广泛，压型钢板混凝土组合楼板利用凹凸相间的压型薄钢板做衬板，与现浇混凝土浇筑在一起，支承在钢梁上构成整体型楼板，主要由楼面层、组合板和钢梁三部分组成[2]。压型钢板组合楼板具有现场作业方便、施工周期短等优点，且楼板的整体性好。但该楼板因需设多道小梁且楼板总厚度大而导致净高减少，且楼板下表面不平整，影响美观，防火性能差，需在板底做防火处理。楼板双向刚度不一致，抗震性能差。

钢筋桁架楼承板在压型钢板组合楼板的基础上更进一步改良，将混凝土楼板中的受力钢筋在工厂中加工成鋼筋桁架，桁架模板依靠自身强度和刚度，可承受混凝土自重及施工荷载，无需支模和拆模，亦无需在高空搭设和拆卸任何临时脚手排架[3]，提升了约40%的工作效率。钢筋桁架楼承板已有板的主要配筋，故施工现场只需简单的绑扎钢筋、预埋管线及预留孔洞后便可浇筑混凝土，减少了现场60%～70%的钢筋绑扎量。钢筋桁架楼承板组合楼板受力模式更加合理，可根据需要设计成单向板或双向板，抗震性能好，板底为平板，净高有保证，施工便捷，工期较短。

2.2.2 装配式钢结构建筑物围护墙板

建筑物墙体是降低建筑能耗的关键因素之一，墙板材料及其构造，是模块化装配式建筑推广的关键技术之一。板材建筑因其具备质轻、防火、施工快捷等优点，在当前的装配式钢结构建筑中得到广泛应用。

目前市场常见的预制大板材有：防火石膏板+保温棉、压型钢板复合墙板、ALC板（蒸压轻质加气混凝土板）、铝镁锰板等。

防火石膏板一般用于变电站内主控楼、配电装置楼的内墙板。防火石膏板具有轻质、高强、隔热、防火、加工方便等优点。

压型钢板复合墙板的外板夹芯板系彩色涂层钢板面板及底板与保温芯材通过粘强剂复合而成的保温复合围护板材。该板材保温隔热性优良，但连接件容易出现锈蚀现像、表面涂层易于老化，一般只有5～20年的使用年限，与国家电网提倡的60年全寿命周期变电站要求相差甚远，因此不适合应用于装配式变电站。

ALC板是蒸压加气混凝土板的简称。ALC板材质量较轻，可有效减轻建筑物的自重。该板具有较好的保温隔热性能，适用于内外墙板、屋面板、防火墙等，是一种轻质高强围护结构材料。但缝材易老化，使用过程应注意维护。

铝镁锰合金复合幕墙集成墙板由铝镁锰合金板、型钢龙骨、防火保温棉组合而成。由工厂进行单元幕墙板预制，现场进行模块化吊装，与主体结构使用螺栓固定和挂接。铝镁锰合金是一种轻型、耐候、稳定、环保的新型材料，使用寿命长，是未来装配式变电站着重发展的一种外墙围护材料。

3 结语

变电站项目的装配化设计将会改变变电站电气布局、土建设计和施工模式，尤其适合于解决城市变电站建设普遍面临用地紧张、施工场地狭小等问题。采用钢结构和成品围护作为新型变电站项目高效、标准、节能、环保的建造新模式，有助于解决电网建设所面临的项目分布量大面广，工期紧张，建设人工费用高和政策处理困难等现状。随着装配式技术的不断成熟，装配式变电站将是未来变电站发展的新趋势。

参考文献：

[1]张亮.钢结构住宅体系研究[D].天津：天津大学，2008.

[2]李建，李亚仁，李琴.压型钢板混凝土组合屋面板渗漏防治措施[J].中国新技术新产品，2013，（23）：126-127.

[3]汪文冲.自承式钢筋桁架模板在钢结构工程中的应用[J]，中华民居（下旬刊），2014，（02）.