(国网西安供电公司)
摘要:在社会发展速度不断加快的背景下,国民经济水平得到了有效地提高,因此,资源节约型社会的建设成为未来重要发展方向。装配式钢结构的运用,对传统变电站建筑进行了有效地改善,施工周期有所缩短,对周围环境的影响也有所降低,所以,在变电站建设方面备受关注。文章对已建“陂西110kV变电站工程”钢结构主厂房展开了讨论与分析,对钢结构在变电站设计中的应用进行了详细地阐述。
关键词:钢结构;装配式变电站;建筑设计
引 言
在国内钢材产量不断增加的背景下,工业和民用建筑当中的钢结构应用也逐渐增加。其中,在低层或者是多层住宅建筑中,钢结构的应用都十分广泛,而在工业建筑当中,则是将大跨度钢结构的厂房作为重点。而在多种结构形式当中,因为钢结构自身的优势明显,所以,在单层变电站新建与改建工程中得到了广泛地应用。
一、钢结构优势简述
针对国家电网公司在输电点工程项目全寿命周期文件的要求,将全寿命周期管理理念及方法进行了全面优化与创新,对新的技术与材料,包括工艺等进行了充分地利用,降低了湿作业,有效保护生态环境,降低了污染[1]。其中,在装配式钢结构变电站中,钢结构本身呈现出以下特点与优势:
第一,钢结构的强度比较高,且自重较轻,属于柔性结构,具有理想的抗震性能;
第二,钢结构施工的速度较快,其建设工期不长,能够在冬期开展施工;
第三,在生产工业化与定型化方面十分便捷;
第四,建筑空间在布置方面十分灵活,所以,可以针对变电站的多功能要求进行施工;
第五,钢结构的施工噪声小,且施工材料可以回收再次利用[2];
第六,采用钢结构的建筑本体质量不大,且基础小,能够降低建筑基础所使用的土石方量,使得土地利用率有效提升,节省了地下空间,使得隧道的出口位置更为灵活;
第七,钢结构施工中的湿作业有效减少,且能够节省水资源使用量。
二、工程实例分析
在“陂西110kV变电站工程”主厂房设计方面,提出了两种不同的设计方案:第一,钢筋混凝土的框架结构;第二,装配式钢结构。经过预算对比,因为装配式钢结构的结构更为简单,而且施工的速度比较快,在施工中的费用不多,具有一定的经济性,所以,最终选择使用钢结构方案[3]。站在受力特征角度进行分析,因为钢结构变电站是框架结构,而传统框架结构主要是利用混凝土浇筑,或者是使用不同类型的砌块进行砌筑。但是,钢结构受力的部位主要是利用螺栓将钢柱、钢檩条和钢梁进行连接。在螺栓连接之下,使得所有构件的受力实现协同,分配合理。站在连接角度分析,钢结构变电站构件都属于柔性连接,而且各连接点与构件,包括变形能力都受到全面地考虑,通过多点连接的方式,保证在特殊情况下的倒塌覆盖率降低,具有一定的抗震作用。另外,在布置钢结构的时候,一定要考虑到其体系特征及荷载分布的情况。同时,应保证柱间抗侧支撑分布是均匀的。
三、关于钢结构装配式变电站建筑设计的研究
图一 钢梁与钢柱同檩条节点 图二 角柱同檩条节点
(一)建筑节点阐述
在钢结构设计当中,建筑连接节点是重点。而在进行结构分析之前,需要全面考虑并确定节点形式。但是,最终所设计节点同结构分析模型当中的形式不一致的问题经常存在,所以,应当针对这一情况采取措施以避免。根据传力的特性,可以采用节点刚接、半刚接与铰接[3]。其中,图一表示的是钢梁与钢柱同檩条节点,图二表示的是角柱同檩条节点。
(二)工艺节点阐述
将钢结构应用在变电站的建筑当中,最关键的就是设备支架埋件预设。其中,在框架与砖混结构中预埋箱体和支架埋件,难度并不大。然而,如果是在双面龙骨挂板材钢结构墙体中预埋,则具有较大的难度。其中,需要保证具有有效的支持,并且定位要准确。另外,应当保证设备安装与传统的安装习惯相吻合。在设计过程中,可以在墙体主檩条之间需要使用竖向工字钢当作支撑的主材,同时,钢板焊框会延伸到墙体的表面[4]。另外,需要考虑到设备本身型号,对安装区域进行合理地划分,而在安装设备的过程中,则应当安排在安装区域范围内。而电气安装工作人员需要适当地调整位置,相关人员予以配合,确保设备安装的有效性。在预设支架方面,把支架的主材直接焊接在工字钢组成节点上,并伸出墙面,作用力是钢构柱,是通过钢结构墙体中法向拉力,并以横向工字钢为载体实现的,而后经钢构柱向建筑结构传递,完成力的合理分配。
图三 支架预设示意图
四、变电站的防水设计
屋面防水处理中的钢结构作用也十分关键,所以,在设计的过程中,一定要始终根据设计的规范开展,不允许追求造价的节省而擅自下降设计的指标,并与施工现场的具体情况相互结合来设计。如果施工地区的雨雪较大,并且建筑屋面的跨度相对较大,那么,屋面坡度一定要超过10%[5]。在对屋面檩条进行设计的时候,一定要保守,不能为了节省钢材而减少檩条高度。如果檩条的高度选择高值,能够对屋面下桡的不均匀性予以改善,以免屋面出现积水。下图是变电站屋面防水做法的示意图。
图四 屋面做法示意图
五、变电站防腐与防火设计
在实际应用钢结构体系的过程中,同样也存在诸多问题。其中,因为钢结构的耐腐蚀性能比较差,所以,一定要对先期除锈和防锈进行全面保养与维护,并且在构造方面,尽可能规避检查或者是维修死角。而钢结构投入使用以后,需要尽可能规避结构的漏雨或者是存水的问题发生,使得维护周期运行的有效性。另外,如果钢结构处于温度450-650范围内,则承载能力就会消失,并出现大幅度形变,使得钢柱与钢梁等出现弯曲,最终无法继续进行使用,如果钢结构不受保护,那么其耐火的最长时间只有15分钟[6]。另外,耐火时间与构件吸热速度之间存在直接联系,所以,在设计方面,钢材表面的温度一定要在高于1500摄氏度的情况下隔热防护。
为了有效克服防火问题,一定要积极开展防火处理工作,进而确保有效地增加钢结构耐火极限,使其达到极限范围。还应当采取多种措施避免钢结构在火灾中的升温速度较快而引发的塌落,但是,需要考虑的情况的不同来采取相应的方法。其中,可以使用耐火或者是绝热的材料对火焰进行阻隔,以免对钢结构进行直接灼烧。除此之外,变电站应当根据防火的要求,在内墙与型钢表面需要使用薄涂型的防火涂料,这种方法十分简单且具有实用性,在维护方面也容易。
六、结束语
综上所述,钢结构装配式变电站在各方面都要比混凝土结构更具优势,同时,在钢结构技术和类型开发利用的过程中,人们节能环保的意识也有所增强,而钢结构的应用也同样符合节能环保的需求,所以,得到了广泛地应用。由此可见,将钢结构应用在变电站的建筑设计当中,能够使得建筑更加牢固、轻巧且美观,值得推广。
参考文献:
[1] 郑宇.钢结构装配式变电站建筑设计研讨[J].低碳世界,2014(14):260-260,261.
[2] 张丞.变电站轻型装配式建筑设计探讨[J].广东科技,2014(24):88-89.
[3] 王红,许洪奎.无混凝土装配式变电站设计研究[J].供用电,2011,28(4):37-40.
[4] 刘奇俊,张智勇,王刚等.绿色装配式变电站建筑设计研究[J].低碳世界,2014(23):103-104.
[5] 区石汉.绿色装配式变电站建筑设计研究[J].建材与装饰,2015(9):147-148.
[6] 麦向优.500kV东纵变电站建筑方案设计——装配式建筑设计初探[J].广东建材,2015(12):51-53.
论文作者:张艳
论文发表刊物:《电力设备》2016年第17期
论文发表时间:2016/11/10
标签:钢结构论文; 变电站论文; 檩条论文; 节点论文; 屋面论文; 建筑设计论文; 建筑论文; 《电力设备》2016年第17期论文;