摘要：变电站是我国电力输送的核心环节，是电力输送的基础保障。变电站配电楼是整个变电站建设工程的重要组成部分，配电楼结构设计是整个变电站建设工程设计的重中之重。本文从配电楼结构设计的角度出发，通过对配电装置楼框架结构设计中几个要点进行分析，希望对从事电力工程建设的结构设计人员有所帮助和启发。
关键词：变电站；配电楼；结构设计；要点分析
引言：
配电楼作为变电工程中的重要建筑，是变电站配电设备运作的场所，其结构设计质量直接关系到变电站运行的可靠性。本文主要从变电站配电楼结构设计的结构计算分析、电气设备对结构构件的要求和结构体系抗震设计要点等方面入手，让大家了解变电站配电建筑的结构设计特点。
1. 配电楼结构设计要点分析及优化
下面从三个方面谈谈配电装置楼结构设计过程中需要特别注意的地方：
（1）构件截面尺寸的选择
梁、柱的截面尺寸的选择是框架结构设计的前提，除应满足规范所要求的取值范围，还应注意尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1，以达到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性铰时，柱端处于非弹性工作状态而没有屈服，节点仍处于弹性工作阶段的目的，即规范所要求的“强柱弱梁强节点”。
（2）框架计算简图的合理选择
无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋，独立基础埋置较深时，在0.05m左右设有基础拉梁，应将基础拉梁按层1输入。以110kV某变电站配电综合楼为例，该项目为3层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地为ll类：层高分别为3.0m、5.0m、10.0m，基础埋深2.0m 基础高度0.8m，室内外高差0.30m。通常设计者按3层框架房屋计算，首层层高取3.05m，即假定框架房屋嵌固在0.05m处的基础拉梁顶面基础拉梁的断面和配筋按构造设计，基础按中心受压计算。显然，选取这样的计算简图是不妥当的。
因为，第一、按构造设计的拉梁无法平衡柱脚弯矩；第二、《混规》规定，框架结构底柱的高度应取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。考虑到地基土的约束作用，对这样的计算简图，在电算程序总信息输入中，可填写地下室层数为1，并复算一次，按两次计算结果的包络图进行框架结构底层柱的配筋。
（3）框架柱配筋的调整
框架柱的配筋率一般都很低，有时电算结果存在仅为构造配筋，但是实际工程中均不会按此配筋，因为在地震作用下的框架柱，尤其是角柱，所受的扭转剪力最大，同时又受双向弯矩作用，而横梁的约束又较小，工作状态下又处于双向偏心受压状态，所以其震害重于内柱，对于质量分布不均匀的框架尤为明显，因此应选择最不利的方向进行框架计算，另外也可分别从纵、横两个方向计算后比较同一侧面的配筋，取其较大值，并采用对称配筋的原则，为了满足框架柱在多种内力组合作用下其强度要求，在配筋计算时应注意以下问题：
角柱、边柱及抗震墙端柱在地震作用组合下会产生偏心受拉时，其柱内纵筋总截面面积应比计算值增大25%；框架柱的配筋可放大1.2～1.6倍，其中角柱1.4倍，边柱1.3倍，中柱1.2倍；框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形复合箍，以增强箍筋对混凝土的约束；对于二、三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接，且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时，箍筋的直径不应小于8，并应焊接。
2.电气设备对结构设计的要求
变电站配电装置楼作为电气设备运行的场地，对设备房间内结构构件的特殊要求需要电气专业提供准确的厂家资料，包括提供设备荷载、设备基础埋件及定位尺寸、电缆孔洞大小等详细资料。所以变电工程建筑结构设计人员与电气专业设计人员需要紧密配合才能保证配电楼结构设计的顺利进行。
2.1 电气设备基础埋件及楼板孔洞开设
以海南110kV某变电站设计为例，配电楼建筑平面布置是按南方电网标准模块组合而成的三层工业建筑。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中，一层为地下电缆层；二层为10kV配电装置室、接地变室和10kV电容器室；三层为110kVGIS设备室、主控室和通信室等。
电缆层需要预埋钢板作为电缆支架安装的基础。10kV配电室内的高压屏柜的电缆需要连通电缆层，楼板必须开孔，同时楼面放置柜子需要埋设槽钢并与地网连接。控室楼板需要下沉400毫米作为铺设静电地板的空间同时作为二次屏柜电缆通道层，主控室通过电缆竖井与电缆层相连接，因此该房间需要设电缆竖井连接电缆层。楼板面开孔一般都要对楼板洞口周边采取加强措施，对大于1米的洞口需要在周边加边梁，而小于1米的孔洞主要是在洞口四周的板上下层各加2φ12加强钢筋。电气设备基础预埋件必须与楼面混凝土一起浇筑，因此其定位准确性非常重要，一旦设计图纸中定位尺寸出错，不仅影响设备的正常安装，而且无法保证工程质量。
2.2 GIS室排架柱牛腿及吊车梁的设计
变电站配电楼GIS设备室排架柱牛腿一般设置为实腹短牛腿。牛腿是桥式吊车厂房结构的重要部件，它所承受的荷载比较大，同时有动力作用，柱牛腿承受竖向力和水平力共同作用，因此牛腿的强度是由纵向钢筋强度和混凝土斜压强度同时控制的。牛腿如果出现斜裂缝，将会引起使用者的不安全感。所以，牛腿截面尺寸的确定，应以控制在正常使用阶段不出现裂缝，或即使出现也只是极微小的斜裂缝为宜。
变电站配电楼GIS设备室的桥式吊车属于轻级工作制，承受轻级工作制吊车的吊车梁，可不验算重复荷载作用下的疲劳强度。吊车梁的初步尺寸选定后，按吊车梁实际布置情况选择多跨梁计算其荷载、内力及配筋并复核梁截面尺寸。吊车梁的内力计算包括①承受垂直轮压的内力计算；②承受横向水平力的计算；③扭矩计算。这些就算完成后应验算梁的挠度和裂缝是否满足《混凝土结构设计规范》的允许值。
2.3 电气设备之间的防火措施
变电站内带油设备的防火要求是比较高的，主变压器是变电站内最重要的电气设备，它是带油量最多的电气设备，因此他的防火要求更高，设计人员应该引起重视，在设计过程中要严格检查主变压器之间、主变压器与其他充油设备之间以及主变压器与建筑物之间的防火安全距离是否满足规范要求。当防火净距不满足要求时就需要设置防火隔墙同时检查其材料是否满足防火墙的耐火等级。
3. 结构体系抗震设计要点
3.1 钢筋混凝土框架按延性框架设计
在抗震结构中，延性框架宜设计成全现浇框架，或至少是现浇柱方案。钢筋混凝土框架可以设计成具有较好塑性变形能力的延性框架。震害调查分析和结构试验研究表明，钢筋混凝土结构的“塑性铰控制”理论在抗震结构设计中发挥着愈来愈重要的作用。根据以上理论及研究试验结果，钢筋混凝土延性框架的基本措施是：①塑性铰应尽可能出在梁的两端，设计成强柱弱梁框架；②避免梁、柱构件过早剪坏，在可能出现塑性铰的区段内，应设计成强剪弱弯；③避免出现节点区破坏及钢筋的锚固破坏，要设计成强节点、弱锚固。强柱弱梁的概念主要是针对小震不坏，中震可修，大震不倒的抗震设防目标而提出的。
3.2 楼梯构件抗震等级应与框架结构一致
框架结构中，钢筋混凝土楼梯自身的刚度对结构地震作用和地震反应有着较大的影响。若楼梯布置不当会造成结构平面不规则，抗震设计时应尽量避免出现这种情况。震害调查中发现框架结构中的楼梯板破坏特别严重，被拉断的情况非常普遍，因此应进行抗震设计，并加强构造措施，宜采取双排配筋。抗震设计时，楼梯间为主要疏散通道，其结构应有足够的抗倒塌能力，楼梯应作为结构构件进行设计。框架结构中楼梯构件的组合内力设计值应包括地震作用效应的组合，楼梯梁、柱的抗震等级应与所在的框架结构相同。
4. 结论
变电工程建筑结构设计工程师，在进行变电站配电装置楼这种多层框架房屋结构设计时，不仅要掌握变电站和建筑结构设计规范，还应根据自己在工程设计实践中积累的经验，结合设计计算结果选择合理的结构体系，正确的处理结构设计中出现的问题，从而提高变电站建筑结构设计的质量。
参考文献：
[1]《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）
[2]《建筑结构抗震设计》（GB 50010-2010），中国建筑工业出版社
[3]《变电站建筑结构设计技术规程》（DL/T 5457-2012）
论文作者:钟汉强
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/25
标签：变电站论文; 框架论文; 结构设计论文; 结构论文; 基础论文; 吊车论文; 电缆论文; 《基层建设》2017年第12期论文;