特高压换流站主要装配式建构筑物技术研究

陈 俊，李 志

(中南电力设计院有限公司,武汉 430071)

2016年9月27日，国务院印发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，对发展装配式建筑的概念和必要性，以及主要任务与实施步骤，需要注意和研究解决的问题和相关政策进行了解读，旨在健全装配式标准规范体系，大力推广装配式建筑应用技术。

在特高压直流工程中，换流站是整个直流输电系统的重中之重，特高压换流站建设工期紧张，土建施工工期一般较为紧张，工程设计方案能否优化将直接影响工期；换流站内阀厅、控制楼、防火墙等主要建构筑物，目前标准化、工厂化程度较低，建设效率低；为降低现场作业强度、提高施工质量，换流站内主要建构筑物的装配式设计与建设是未来的发展趋势。

1 装配式结构体系

目前换流站内建构筑物常见的装配式体系有装配式钢结构、装配式混凝土结构和装配式钢-混凝土混合结构[1]。不同结构体系在结构的受力性能、节能环保、预制构件的加工安装以及工程造价等方面各有优劣，如表1所示，在建构筑物结构体系选型时需结合自身建筑的使用性能合理选择。

装配式钢结构的应用非常广泛，整个结构体系由钢柱、钢梁以及钢楼面或钢屋架组成，所有的钢结构构件均在加工厂预制，在现场拼装，工业化程度极高。装配式钢结构具有空间的灵活布置、截面小、轻质高强、节能环保等特点。然而，钢结构在防火、建筑寿命与耐久性以及保温、隔音、等方面都有着天然的缺陷[2]。

装配式混凝土结构是一种将结构梁柱和楼层板在加工厂生产完成，在现场通过湿法连接或干法连接方式拼装的一种装配式体系，装配式混凝土结构保留了混凝土材料防火和耐久性方面的优势，同时省去了混凝土现场浇筑的步骤，弥补了混凝土结构现场施工周期长的缺点[3]。

装配式钢-混凝土组合结构主要是利用预制混凝土和钢结构自身的受力特点，在建筑物的不同部位采取不同结构体系从而充分发挥预制混凝土和钢结构优势的一种混合结构。

表1 不同装配式结构体系特点对比

2 装配式混凝土结构连接节点

节点连接是整个装配式混凝土结构的关键，装配式混凝土结构节点是否能够满足高强度、高延性、拼装速度快等要求是装配式混凝土结构体系的主要研究内容。根据现场节点拼装的施工工艺，目前预制混凝土装配式结构构件之间的连接方式主要有湿法连接和干法连接两种类型[4-6]。

湿法连接指结构梁、柱预制完成后，在现场通过后浇混凝土连接构件的工艺，由于需要现场现浇混凝土，所以被称之为湿法连接。湿法连接结构性能与全现浇结构相似，常用的湿法连接有核心区后浇连接、套筒灌浆连接和榫式连接等。

干法连接主要通过牛腿或者隐藏于梁柱内的剪力件将梁柱连接为整体，连接件起到节点的受力功能，包括牛腿连接、干式刚性企口连接、焊接连接、螺栓连接等[7,8]。这种连接安装方便、竖向承载力高、震后容易修复。

3 特高压换流站主要建构筑物装配式选型

3.1 装配式阀厅

阀厅是换流站内重要建筑物之一，也是控制换流站建设工期的关键路径。采用装配式阀厅可以大幅减少现场混凝土的浇筑，从而缩短整个换流站的建设工期。

综合阀厅空间跨度大且防火要求高的特点，根据第1节的不同体系对比结论可以得出，装配式钢-混凝土混合结构是阀厅的首选结构体系，如图1所示。阀厅屋面和远离换流变侧纵墙及两端山墙均采用钢屋架和钢柱体系，这部分外墙的防火要求不高，因此可利用钢结构的轻质高强特点，构件设计截面小，占用建筑面积少，现场拼装速度快。阀厅靠近换流变侧纵墙以及换流变间防火墙则需采用预制混凝土结构，既能满足此部分因设置有换流变而所需的较高的防火性能，同时还可以避免部分设备防磁范围内导电金属成环的问题。

阀厅混凝土柱约31 m高，整体安装困难，需要分段运输拼装，柱-柱连接节点可采用湿法套筒灌浆连接，如图2所示。预制上柱四角预埋角钢，四角上预制上柱与下柱通过螺栓拼接，内部预制上柱和下柱钢筋通过套筒内二次灌浆连接。套筒灌浆节点的特点在于现场操作简单、施工方便、节点延性高，对阀厅这种荷载大且抗震性能高的结构尤为适用。

阀厅靠近换流变侧防火墙上部还设置有预制混凝土梁，用于支撑钢屋架，预制梁-柱连接可采用干式明牛腿连接，阀厅为工业用房，因此明牛腿对建筑美观性影响不大，且明牛腿安全可靠，现场拼装方便。阀厅防火墙建议采用预制混凝土插入式墙板，预制混凝土上预留插槽，防火墙板通过插槽与柱连接，防火性能好，无需额外防火措施，同时插入式墙板还可以提高防火墙的整体受力性能。

3.2 装配式主控楼

主控楼是换流站内人员流动较大的建筑物之一，一般为3到4层，主要分为设备布置区域和人员办公区域，对结构的保温隔音、美观以及舒适度等要求较高。

主控楼可选用装配式混凝土结构体系，由预制梁柱组成结构的主要承重体系，构件工厂预制，质量高，符合“两型一化”和“绿色施工”要求；梁柱节点可采用干式企口节点，如图3所示，这种连接造型美观，不易被人用肉眼所见，同时传力明确、变形性能良好；楼板可采用预制空心混凝土楼板，预制空心带肋楼板搁置于预制钢筋混凝土框架梁上，预制框架梁顶端预留楼板固定钢筋，楼板安装完成后，在预制楼板上现浇一层混凝土面层，如图4所示；外墙板可以采用外挂式的蒸压轻质加气混凝土板，保证结构的保温隔热隔音性能[9,10]。

3.3 装配式备品库和GIS室

换流站内备品库和GIS室与阀厅结构较为类似，均为大跨度结构，但建筑高度要低于阀厅，因此可以同样选用钢-现浇钢筋混凝土混合结构。主体框架可采用预制混凝土梁柱，备品库高度一般为15 m左右，预制混凝土柱能够满足结构承载力而不占用太多建筑空间；梁柱连接可采用明牛腿；屋面可采用钢梁外加压型钢板组合屋面，屋面恒载小；外墙板也可以采用外挂式的压型钢板组合墙板，与屋面保持一致，满足结构的建筑功能需求，但不参与结构主体的整体计算。

3.4 装配式围墙和电缆沟

装配式围墙主要采用装配式混凝土结构，立柱和墙板均由工厂预制，现场装配，墙板和立柱采用插槽连接。装配式围墙的特点显著，构件在工厂预制成型后统一养护，表面颜色一致，无需二次装饰；由于墙板和立柱间设有插槽，无需单独设伸缩缝；装配式围墙拆除费用低，部分墙板可以重复利用。

换流站电缆沟常规采用钢筋混凝土或砌体结构，施工受气候条件的影响大，工程质量难以保证，工期长。装配式电缆沟可采用钢筋混凝土结构，如图5所示。工厂化统一生产，统一养护，温度、湿度比较恒定，质量稳定。现场组装安装方便快捷，可减少施工人工费和缩短电缆沟施工工期。

4 结 语

鉴于目前国内特高压换流站工程日益紧张的建设周期，站内装配式建构筑物是未来的发展趋势。针对特高压换流站工程，分析了目前常用的几种装配式结构体系，总结了不同体系各自的优缺点及其适用范围；着重强调了装配式构件现场连接节点的关键技术，对比湿法连接节点和干法接节点的现场适用条件；详述了插入式墙板和外挂式墙板的受力特点，从而提出了适用于特高压直流换流站阀厅、主控楼、备品库、GIS室、围墙和电缆沟等主要建构筑物的装配式选型，为装配式建筑在实际工程中的应用奠定了良好的理论基础。