杭州市电力设计院有限公司 310004
摘要：本报告从该工程中两座小体量的建筑物实际出发，对比预制装配式（地上地下均采用）混凝土结构与钢结构（仅地上采用，地下仍现浇）两种结构型式，对比两种结构的优缺点，经过技经指标对比分析，认为，针对该工程本身，推荐采用预制混凝土装配式结构型式。
1变电站采用预制装配结构分析
1.1预制装配式变电站的需求
1.1.1国家电网公司预制装配式变电站的建设理念
通用设计是国家电网公司实施集约化管理，统一工程建设标准、规范建设管理、合理控制造价的重要手段；是落实科学发展观，建设“资源节约型、环境友好型”社会，大力提高集成创新能力的重要体现。
建设“两型一化”变电站是按照变电站功能要求，进一步明确其工业性设施的功能定位和配置要求，实现变电站全过程、全寿命周期内“资源节约、环境友好”，推进典型设计和标准化建设，降低变电站建设和运行成本，深化、完善变电站典型设计，倡导国家电网公司变电站工程建设的方向，推进标准化建设，实现国家电网公司电网建设方式的转变，其原则是：以人为本、环境友好，以用为先、简洁适用，创新优化、节约资源。
在工业建筑中，预制装配式结构按建造结构来分类，可以分为以下两种：钢筋混凝土结构和预制钢结构。
1.1.2预制混凝土结构
（1）简介
预制混凝土结构是指主要构件在工厂预制，经装配、连接以及部分现浇而成的结构。装配式建筑结构是一种建筑工业化的要求和结果，随着我国工业化水平的提高，是一种必然的趋势。
下图为装配式混凝土结构的图片。
图 装配式混凝土结构
装配式混凝土结构的优点：
a）大量的构件在工厂生产加工完成，便于标准化和批量化生产，提高构件质量，降低环境污染。
b）建造速度快，受气候条件制约小，缩短工期。
c）节约劳动力，现场大量的工作是拼装，而不是浇注作业和焊接作业。
d）提高施工精度，可与设备、配管、门窗、外装等一体化生产和采购。
与现场浇筑混凝土工艺相比，有质量保证率高，耐久性好，刚度好，耐火、抗震等优点。
目前，预制混凝土构件的连接节点做法一般还是梁、柱在工厂加工时留好插筋，到现场将梁柱位置固定好后进行二次混凝土的灌浆，因此在现有技术条件下施工现场还需进行部分湿作业工作。
梁柱连接节点
目前预制混凝土结构应用于工业建筑主要还存在以下问题：
施工的问题提前到设计阶段考虑，设计阶段工作量比较大，预制厂界面管理工作量大，定案后容许变更的程度较少；
预制构件连接处的节点较难处理。在节点处，板、梁、柱的钢筋都集中在节点处，该部分要采用现浇，才能保证接头部位的截面刚度与邻近接头的预制构件的刚度相接近。
预制混凝土结构尺寸大，构件自重也较大；现场安装时需动用大型吊装机械，并需要专业的安装单位进行施工。
预制混凝土造价较现浇结构高，目前建筑行业内，只有住宅类型的建筑试验过这种结构。若采用预制混凝土结构技术，不单成本较高，技术上也有一定的困难。
（2）框架结构处理
1）节点预制方法
●采用方法
竖向结构在梁、柱节点位置采用预制方法，将柱子竖向钢筋预留至节点以外，梁的水平钢筋预留至跨中部为，钢筋连接采用直螺纹连接，错开钢筋接头比率，在柱中及梁中连接，柱中和梁跨中部位采用现浇混凝土。方法如下图所示：
●柱子竖向处理
框架柱在于梁交接部位预制后，在柱中部位进行后现浇混凝土。
做法如右图：
●梁水平处理
2）节点现浇
竖向结构采用全预制的方法，在梁柱交接部位将钢筋留出，水平结构采用预制，仅在交接位置采用现浇的方法。将梁的水平钢筋预留出，错开接头位置，钢筋连接采用直螺纹连接，错开钢筋接头比率，仅在柱与梁端部位采用现浇混凝土。
●采用方法
方法如下图所示：
梁部位处理
3）板
●叠合板
叠合板的现浇层厚度不应小于60mm，预制板的厚度不宜小于60mm。
预制板的拼缝处，板上边缘宜设置30mmX30mm的倒角。
预制板宽度不宜大于3m，拼缝位置宜避开叠合板受力较大部位。
预制板底筋不伸出时，拼缝处应沿预制板顶面设置垂直于板缝的接缝钢筋。接缝钢筋与预制板的重叠长度，板跨中部位不小于1.2Lae；板跨边部位不小于0.8La。接缝钢筋伸入支座的锚固长度不应小于100mm。
钢结构
钢结构在建筑结构中得到广泛应用，主要由于具备几大优点：
a）空间大，此条主要利用了钢材强度高的特点，设计可采用大开间布置，使建筑平面能够合理分割，灵活方便，创造开放式建筑，提高建筑使用面积率。
b）施工周期短，可以实现工厂化生产，现场安装。
c）抗震性能好，由于钢结构与传统的混凝土结构相比较，具有重量轻、强度高、抗震性能好等优点。
d）可循环利用，钢结构绝大部分可以工厂化制作，具有可再生利用性，可改造性。
下图为钢结构房屋照片。
图 钢结构
钢结构的梁柱节点连接技术很成熟，设计规范对其规定非常全面和详细。一般来说框架钢柱与框架钢梁连接节点为钢接节点，梁腹板和连接板采用高强螺栓连接，梁的翼缘板和连接板采用焊接连接；次梁和主梁的连接方式为铰接连接，次梁的腹板与主梁连接板采用螺栓连接，翼缘板不连接。
钢结构现场施工周期非常短，并且也不象现浇混凝土结构需要等待混凝土的养护周期。
钢结构虽然有以上优点，但也有致命缺点：
a） 耐腐蚀性差 钢材在空气或者潮湿的环境中很容易锈蚀，局部的锈蚀引起应力集中，促使结构提前破坏。
b） 耐火性差 由于钢材的导热系数远大于钢筋混凝土的导热系数（约为钢筋混凝土的40倍），钢结构通常在450OC～650 OC温度中就会失去承载能力，发生大变形等。最常采用的防护措施是喷涂防火涂料。
防火涂料强度较低，特别是厚型防火涂料，受到外部冲击或者物体刮擦，容易破坏。受基层质量、附着力的影响，防火涂料容易脱落。因此需要定期维护。
1.1.4技术对比
2结构选型
2.1工程概况
蒙东兴安巴达尔湖220kV变电站工程中含有一幢主控制室和一幢消防泵房，均为单层结构；主控制室轴网尺寸横向为7.75m和3.3m，纵向轴线间距为4.525m和4.525m，建筑高度约4m。消防泵房为单跨结构，仅需四根柱即可。
2.2方案对比分析
通过概况，我们可以看到该站中两幢房屋体量都比较小，在此我们采用预制混凝土结构和预制钢结构进行对比分析。
当采用预制混凝土结构时，由于结构轴线间距跨度比较小，采用预制混凝土梁梁高度不会太大，且配筋量较少，基本可以实现梁柱统一标准化设计，工厂化加工，机械化施工。
通过计算，基础采用预制混凝土一阶台阶的独立基础，规格采用一种即可，即底面尺寸1400x1400mm，高度800mm，台阶底部尺寸600x600，高度1700mm；混凝土柱统一采用450x450mm预制混凝土柱，高度一致；预制混凝土梁的截面尽量少，除梁长度有3到4种外，梁截面主要有300x700mm和300x500两种；对于板，统一采用钢筋桁架楼承板，板厚160厚，其中底部85厚采用预制，预制板种类仅有两种尺寸，待现场装配完成，顶部采用二次灌浆料进行现浇上部75厚混凝土。可以看出，对于小体量的预制混凝土结构可以实现构件标准统一化，方便工厂化加工和现场机械化施工。
当采用钢结构时，需要在钢柱钢梁上进行防腐防火，并且防腐防火的使用年限较全寿命期少很多，通常使用年限在15年左右，因而钢结构房屋需要定期维护。
本工程采用钢结构时，钢结构的柱截面尺寸统一为350*350*10*14，钢结构梁截面对于跨度较大的可以采用HW400X400X8X12，对于跨度较短的梁可以采用HW300X300尺寸，屋面采用钢筋桁架楼承板即可。通过计算同样可以满足承载力要求。
与现浇混凝土不同的是，采用钢结构仅能地上部分采用，对于地下部分仍然只能采用混凝土结构，因此从结构统一的角度、施工进度的角度来看，采用预制混凝土结构在该站条件下是比较合适的。
2.3经济指标分析
通过上述两者方案的结构计算，并将结构用材通过技经算费用后发现，钢结构和预制混凝土费用对比如下：
钢结构费用表
混凝土计算表
通过以上对比可以发现，对于两幢体量较小的房屋，采用两种不同的结构形式，预制混凝土结构费用较钢结构较少，且预制混凝土结构对于本工程可以同时适用于地下基础及地上主体结构，而钢结构地上部分采用钢结构，地下部分采用钢结构需要带来较大的防腐蚀费用增加，而且不符合常规，从这个角度看，地上地下采用全预制混凝土结构形式有利于机械化施工效率的提高。
综合以上对比，从结构角度来看，该工程两幢小体量建筑物的结构型式采用地上地下全预制混凝土结构比较合理。
3总结
本报告从该工程中两座小体量的建筑物实际出发，对比预制装配式（地上地下均采用）混凝土结构与钢结构（仅地上采用，地下仍现浇）两种结构型式，对比两种结构的优缺点，经过技经指标对比分析，认为针对该工程本身的建筑，推荐采用预制混凝土装配式结构型式。
论文作者:曹宇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/23
标签：钢结构论文; 结构论文; 混凝土论文; 混凝土结构论文; 钢筋论文; 变电站论文; 节点论文; 《基层建设》2018年第15期论文;