架空式全户内变电站结构设计研究

架空式全户内变电站结构设计研究

陈亮

中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司

摘要：本文以具体的工程实例论述在特殊水文与地质条件下，对架空式全户内变电站的结构设计的一些要点进行针对性阐述。

关键词：架空；全户内；变电站；结构设计

一、变电站结构体系考虑

对于变电站结构设计，应根据建筑的重要性、安全等级以及抗震设防烈度等而采用合理的结构体系。通过工程实践表明，对于变电站结构的梁及柱宜采用现浇钢筋混凝土结构，对预留孔较多的部位或防水要求较高的屋面、楼面宜采用现浇钢筋混凝土板。同时，变电站建筑物在经济合理和非强侵蚀介质环境的情况下，可采用轻型钢结构，如热轧轻型型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、冷弯薄壁型钢以及薄钢板、薄壁钢管等作为主要受力构件的结构，并在构件设计上并应优先采用定型的和标准化的构件以及标准化的节点型式，以及优先采用与轻型钢结构相适应或配套的建筑材料。对于变电站结构的屋面大梁宜采用钢筋混凝土结构或钢-混凝土组合结构，受施工限制且跨度超过15m时也可采用钢屋架，对于跨度超过18m时也可采用网架结构。

二、架空式全户内变电站结构设计要点

某架空式全户内变电站户外场地以裙楼方式用伸缩缝与配电装置楼隔开，该结构总占地面积3071m2（74m×41.5m），其中主楼（配电装置楼）占地面积1169m2。站内新建配电装置楼、事故油池、消防水池各1座。

1.配电装置楼

该楼为4层建筑物（不含架空层，余同），建筑高度18.5m，建筑面积3020.8m2。全站配电装置均布置于一幢配电装置楼内，分别为：主变压器室、消防泵房室、10kV配电室、电容器室、接地变室、GIS室、继电器及通信室、蓄电池室等，楼内布有两层10t桥式起重机。配电装置楼采用钢筋混凝土框架结构，两层架空，架空高度共8m。该楼设计使用年限为50年。建筑物安全等级为一级，抗震设防类别属不低于重点设防类（乙类）。加上架空层高，配电楼高度大于24m，属于高层建筑。故配电装置楼地震烈度按6度进行计算，按7度采取抗震构造措施，根据规范查表得配电装置楼框架结构抗震等级为二级。拟建建筑物由于上部结构刚度大，荷载大，下部架空层高，刚度小，容易形成薄弱层，在侧向荷载、竖向荷载及水平地震的共同作用下，由于上、下结构刚度差会造成底部薄弱层位移、变形过大而在同层柱上、下两端形成塑性铰，而使柱发生破坏，产生严重后果，为避免该破坏发生，设计时采取以下几点措施来改善。

（1）增大底部架空层柱截面及混凝土强度等级，提高下部结构刚度。整体设计满足“墙柱弱梁”的设计理念，提高柱的抗弯承载力和变形能力。

（2）架空层柱箍筋全程加大、加密，约束柱的水平变形和提高柱的抗剪承载力。

（3）增设电缆夹层，降低柱计算长度，降低柱的水平位移。

（4）适当在底部架空层增加填充墙体，加大底部架空层刚度，同时上部结构墙体采用轻质砖（加气混凝土砌块）砌筑以降低上部结构刚度。

1.主变压器室及电气设备室

由于电气专业要求主变压器室地面比建筑其他室内标高高出1m，且主变压器荷载过大，设计时为避免局部刚度过大而影响主体结构，故在主变压器厚板基础四角设置支撑柱，直接将主变荷载传递给下方支撑柱，主变油坑则以梁板的方式分别与变压器厚板和建筑物主体结构塑性相连。其他电气设备室由于设备基础及电缆走线所需结构板面下沉应在设备基础及电缆管道预埋完成后采用轻质材料填充平整。设备安装所需预埋件、埋管及开孔应在设计时预留好，不得后凿。给排水及消防管道穿过结构板位置应先预埋给排水及消防套管，以免影响整体美观。

2.屋面构支架

根据电气的要求，配电装置楼屋面需建设构支架及横梁来满足进、出线电缆的挂线要求。设计时应在构支架所在位置设置宽梁来作为构支架的基础，并在宽梁内预埋好地脚螺栓，便于后期安装上部构支架。螺栓孔洞位置应与电气资料及上部构支架开孔位置仔细核对，避免出错。构支架柱均采用焊接钢管柱，并设置爬梯供于检修。构架横梁采用钢桁架的结构形式，横梁电缆挂点位置应满足电气要求，构支架爬梯及横梁俱增设防坠落装置，所有钢结构应采用热镀锌防腐。

3.户外场地

场地设计标高比配电装置楼室内标高低300mm，采用钢筋混凝土框架梁柱的方式托起，柱网设置应结合配电装置楼的柱网而整体排列，平均柱距约5m。站内道路应考虑消防车通道荷载（35.0kN/m2）及主变运输车的荷载（取最大轮压8×8kN布置在站内道路最不利位置处），户外场地板厚200mm，并在围墙外四周设置一圈1.50m宽，120mm厚的巡视通道挑板。场地排水采用平坡式设计，采用C20素混凝土找坡。站内道路高出场地面100mm，采用双坡设计，道路两侧雨水一侧坡向围墙，一侧坡向配电装置楼，并在两侧设置排水管沟将积水排出。由于站址现状周围高程为2.5~3.0m，暂时没有其他建筑，考虑到后期开发站址周围会被填高，而影响到站内消防及排水设施，故在场地架空层设置管道夹层，管道通过夹层至围墙外至现有地面下向外排出。结合整体性及美观性，管沟夹层宜与主楼电缆夹层设置一致。

4.消防水池

消防水池占地面积约144.5m2（17.5m×8.5m），高6m，设置在配电装置楼消防泵房室的下方，便于消防与给排水管道连接。水池有效容积为573m3，采用封闭式现浇钢筋混凝土结构，池壁与底板均厚350mm，中部延长度方向设置3根等距离中柱，柱截面为350mm×350mm，顶板厚120mm，为框架梁板结构。由于水池结构刚度过大，为避免其大剪切刚度的钢筋混凝土墙体影响结构整体刚度，造成刚度分布不均匀而产生较大层间相对位移，对结构抗震不利，设计时将消防水池与配电装置楼整体结构相分离，形成单独的个体镶嵌于配电装置楼内部。

5.事故油池

一般事故油池均为地埋式，而本站由于是架空式，故事故油池建于地面以上，考虑到事故油池的防火间距要求，将油池设置于站区的右上角，占地面积20.25m2（4.5m×4.5m），高5m，有效容积约为60m3。与消防水池一样事故油池也采用封闭式现浇钢筋混凝土结构，只设置一个检修孔供人进出。事故油池与配电装置楼整体结构相分离，形成独立个体设置于站区右上角的户外场地的下方，设计时应先在户外场地对应位置板上预留检修人孔。

6.进站道路

进站道路长约28m，道路宽（加上两侧路肩各0.5m宽）5.0m，路面采用双坡设计，转弯半径不小于15m，采用高架桥模式用两排钢筋混凝土柱将道路结构板以梁板式托起，柱距5.0m，托起高度约8m。道路结构板按照单向板设计，板厚200mm，道路荷载按照二级公路和消防车、主变压器挂车等最不利情况设计。

7.基础形式

由于下覆软土地基较厚，为避免产生不均匀沉降，除消防水池和事故油池采用天然地基上的浅基础外，配电装置楼、户外场地及进站道路均采用直径800mm钻孔灌注桩基础，取强风化泥质岩为桩基持力层，桩长因荷载大小，地质实际情况不同而不同。

结语：综上所述，架空式全户内变电站结构形式在变电站结构设计中属于一种新型结构，运用不多。今后，越来越多变电站工程由于场地及各方面条件的限制，将使架空式变电站结构形式成为首选方案，本文结合架空式变电站结构的相关设计要点进行针对性设计，对架空式变电站结构形式进行了系统介绍，在今后其他类似工程中可起到参照作用。

参考文献：

[1]肖秋云.变电站结构设计中的安全性及耐久性研究[J].四川建材，2016，42（03）

[2]全丽.谈城市变电站结构设计遇见的几个常见问题[J].山西建筑，2013，39（33）

[3]文志洪.变电站土建设计中的结构安全性与耐久性探析[J].建材与装饰，2016（05）