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摘要：110kV变电站多采取户内GIS布置型式，GIS配电室一般布置在二楼，设置GIS设备吊装平台，平台与GIS配电室之间设置防火卷帘门，防火卷帘门需要同时满足GIS配电室防火和防风要求。但变电站设计、建设阶段对卷帘门选型要求不明确，尤其未对卷帘门抗风能力进行测算和检验，给变电站后续运行埋下安全隐患。本文探讨卷帘门风荷载理论计算和简易检验方案，提出卷帘门抗风措施，以期消除变电站GIS配电室运行安全隐患，为明确变电站卷帘门在设计、安装阶段的要求提供参考。
关键词：卷帘门；抗风；检验
一、变电站GIS配电室防火卷帘门配置现状
防火卷帘门是一种适用于建筑物较大洞口处的防火、隔热设施。防火卷帘门广泛应用于工业与民用建筑的防火隔断区，能有效地阻止火势蔓延，保障生命财产安全，是现代建筑中不可缺少的防火设施。防火卷帘门的种类主要有：
1.钢质防火卷帘：用钢质材料做帘板、导轨、座板、门楣、箱体等，并配以卷门机和控制箱所组成的能符合耐火完整性要求的卷帘。
2.无机纤维复合防火卷帘：用无机纤维材料做帘面，用钢质材料做夹板、导轨、座板、门楣、箱体等，并配以卷门机和控制箱所组成的能符合耐火完整性要求的卷帘。
3.特级防火卷帘：用钢质材料或无机纤维材料做帘面，用钢质材料做夹板、导轨、座板、门楣、箱体等，并配以卷门机和控制箱所组成的能符合耐火完整性、隔热性和防烟性能要求的卷帘。
110kV变电站多采取户内GIS布置型式，GIS配电室一般布置在二楼，设置GIS设备吊装平台，平台与GIS配电室之间设置防火卷帘门（如图1、图2）。其材质一般为钢质防火卷帘，帘片内部填充的是阻燃隔热的防火材料，耐火等级为甲级。钢质防火卷帘门一般最大制作尺寸在高5米，宽度在8米左右。
图1 GIS配电室防火卷帘门外观
图2 GIS配电室防火卷帘门结构示意图
二、变电站GIS配电室防火卷帘门存在问题分析
当前配置在变电站GIS配电室的防火卷帘门在设计、生产、安装检验三方面均存在不足。
设计阶段问题：防火卷帘门需要同时满足防火和防风要求，但变电站设计、建设阶段对卷帘门选型要求不明确，也未对卷帘门抗风能力进行验算。一般变电站建筑设计总说明仅明确如下内容：
1.门窗应由专业厂家制造安装，钢防火门应根据耐火等级选用有资质的生产厂家的产品，卷闸门等特殊加工门埋件由制作厂家提供。
2.20米以下门窗的抗风压性能和气密性不宜低于3级，其性能等级划分应符合GB/T 7106-2008的规定。
但以上内容主要针对常规门窗提出，对卷帘门的要求更多依赖厂家，按《GB 14102-2005防火卷帘》要求生产和安装，与变电站所在地区实际风荷载没有针对性的设计说明，容易埋下运行安全隐患。
产品质量问题：防火卷帘企业很多，但是很多都是生产帘面的企业，然后购进卷轴等部件进行组装，能够独立生产防火卷帘全部主体部件的企业很少。据了解，这样的企业占到90%。有专门生产帘面的企业透露称，帘面生产的利润率较低，主要依靠以量取胜。防火卷帘是一种应急防火设备，因此，如果不发生火灾，就无法知道产品的质量好坏，而且防火卷帘的检验技术较为专业，对抗风的性能要求则更没有专门的检测。有一些企业借此偷工减料或者"偷梁换柱"生产假冒伪劣防火卷帘，加上市场监管不到位，使得市场上的防火卷帘产品良莠不齐。
安装检验问题：按照《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GBT 7106-2008要求，门窗抗风压性能检测项目包括变形检测、反复加压检测和定级检测或工程检测[1]，但卷帘门一般均没有提供上述检测报告，受现场安装条件限制，大多数情况，也没有在安装现场进行工程检测。多数卷帘门安装完毕后，仅进行试分合试验，无法确保其抗风压性能达到设计要求。
三、GIS配电室防火卷帘门抗风能力的检验
（一）防火卷帘门安装处风荷载计算[3]
以粤西沿海地区某110kV变电站GIS配电室6米高吊装平台处安装防火卷帘门（宽4.5m×高5 m）为例。按照《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012进行测算，按垂直于卷帘门表面计算其风荷载，按下式计算：
wk=βzµsµzw0
式中：wk——风荷载标准值（kN/m2）；
βz——高度z处的风振系数；
µs——风荷载体型系数；
µz——风压高度变化系数；
w0——基本风压（kN/m2）。
基本风压w0，应采用50年重现期的风压，对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压的取值应适当提高，一般情况下，沿海地区建设的变电站，其设施对风荷载比较敏感，广东沿海地区大部分城市基本风压在0.75至0.85之间，取敏感值0.85为基本风压计算值。
风压高度变化系数µz，根据地面粗糙类别确定，地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：A类指近海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇；C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区，如附表1。变电站多建于房屋比较稀疏的乡镇，粤西沿海地区二层建筑高度µz取值应为1.00。
附表1 风压高度变化系数µz
风荷载体型系数µs，按独立墙壁及围墙体型，取值为1.30。
高度z处的风振系数βz，计算围护结构（包括门窗）风荷载时的阵风系数应按附表2确定，粤西沿海地区二层建筑高度取值1.70。
附表2 风振系数βz
根据上述公式和取值，计算GIS配电室吊装平台处安装的防火卷帘门风荷载标准值：
wk=βzµsµzw0=1.70×1.30×1.00×0.85=1.8785 kN/m2
则规格为宽4.5m×高5m防火卷帘门风荷载：
w=4.5m×5m×1.8785 kN/m2=42.27kN
（二）防火卷帘门工程检验
决定防火卷帘门抗风性能最关键因素有三方面：一是帘板耐风压强度；二是导轨厚度；三是帘面嵌入导轨的深度，对这三方面的检验如下：
帘板耐风压强度检验[2]：钢质防火卷帘的帘板应均有一定的耐风压强度，在规定的荷载下，帘板不允许从导轨中脱出，其帘板的扰度应符合表1的规定。
表1 帘板扰度
图3防火卷帘门耐风压试验示意图
帘板耐风压试验示意图如图3所示，试验设备包括以下几部分：
1.可调支架：支架带有锁紧装置，通过调节支架可以对不同长度的帘板进行耐风压试验。
2.沙袋：用来对试件进行加载。
3.扰度计：测量并显示被测试件的扰度，其精度为±1.0mm。
4.其他：直尺、钢卷尺、卡尺、磅秤
试件从生产条件完全相同的帘片中，任意抽取3片，将其横向组合成卷帘状作为试件，试验步骤如下：
1.测量试件质量、尺寸，并计算出面积。
2.将试件安装在可调支架的导轨槽内，并使其迎风面向上。
3.将表1规定的耐风压值换算成试件应承受的荷载值（见附录1）。
4.开启扰度计，按图3所示的放置顺序将沙袋均匀地放置在试件上。
5.待10min后，读取扰度计的显示数据。此数据即为试件的跨中扰度。
对于无型号，无出厂试验数据的帘板，可根据上述方法，计算安装处风荷载，通过试验检测帘板耐风压强度、帘板嵌入导轨深度是否满足抗风要求。
卷帘门导轨厚度检验：采用卡尺测量，测量点为每根导轨长度的1/2处及距其底部200mm处2点，取最小值，槽深和槽宽取平均值。根据《防火卷帘》GB 14102-2005，掩埋型导轨厚度应不小于1.5mm；外露型导轨厚度应不小于3mm；导轨各处槽深和槽宽误差不应超过2mm，不满足上述厚度要求时，在强风情况下，导轨可能变形，帘板可能脱轨。
帘面嵌入导轨深度检验：采用直尺测量，测量点为每根导轨距其底部200mm处，取较小值。根据《防火卷帘》GB 14102-2005，帘面嵌入导轨的深度应符合表2的规定。不满足上述嵌入深度时，在强风情况下，即使帘板扰度满足要求，仍可能导致脱轨。
表2 帘板嵌入导轨深度 单位为毫米
四、GIS配电室防火卷帘门抗风加固方案
通过计算可知，在沿海地区建设的变电站，其GIS配电室吊装平台处装设的防火卷帘门难以满足抗风要求，即使按《防火卷帘》GB 14102-2005标准生产的代号为120的防火卷帘门，其标准耐风压能力为1.177kPa，较理论计算的基本风荷载1.8785 kN/m2，仍有差距，在台风天气下，其帘面扰度将加大，有可能导致帘面脱轨，从而酿成更严重设备事件。因此，有必要对变电站用防火卷帘门提出更加明确的抗风压或防风加固措施。
一是在设计阶段，按照卷帘门安装位置计算基本风荷载，明确提出卷帘门抗风压性能等级，一般应为3级及以上。
二是在设备安装阶段，应采取正规厂家产品，应有抗风压检验报告，且应满足设计要求，若无试验数据，应现场按照本文试验方法，按照计算风荷载现场进行帘面扰度试验，试验结果应满足扰度要求。
三，若防火卷帘门确实无法达到抗风压性能要求，则需采取加固措施：减少导轨间距，增加帘面嵌入导轨深度；增加导轨、帘片厚度；为防止帘板脱轨，可以在帘面和导轨之间设置防脱轨装置。
四，设置防风横担，在防火卷帘门背风面上、中、部安装三道防风横担，或1/3、2/3处安装两道防风横担。
参考文献：
[1] GBT 7106-2008，建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法 [S]
[2] GB 14102-2005，《防火卷帘》 [S]
[3] GB 50009-2012，《建筑结构荷载规范》[S]
论文作者:吴先计
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/29
标签：荷载论文; 导轨论文; 卷帘论文; 风压论文; 变电站论文; 抗风论文; 配电室论文; 《电力设备》2017年第23期论文;