钢结构厂房在变电站内的应用

钢结构厂房在变电站内的应用

马占寒

中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司，甘肃省兰州市 730050

摘要：传统变电站采用的现浇钢筋混凝土结构、砌体填充墙的建筑形式，由于受力构件需现场搅拌混凝土浇筑成型，存在着施工现场噪声大、粉尘多且施工周期较长、生产效率低，施工速度慢，对周围环境影响大、建筑材料不可回收利用，工人劳动强度大，材料消耗多，质量控制难等弊端，而全预制装配式变电站则改变了传统的变电站电气系统布局、土建设计和施工模式，通过工厂预制生产、现场安装两个阶段来建设。其标准化设计、模块化组合、工业化生产、集约化施工，使变电站建设走向科技含量高、资源消耗低、环境污染少、精细化建设的道路。

关键词：钢结构厂房；变电站；应用分析

钢结构是一种主要由钢制材料组成的结构，是常见建筑结构类型之一。钢结构主要由钢板和型钢所制成的钢柱、钢梁以及钢桁架等组成，并通过采用螺栓或焊缝等对这些构件进行连接。由于钢结构具有施工简便、性能佳等优势，在工业及民用建筑等领域得到普遍应用。变电站内钢结构厂房，无论在材料性能、使用功能还是在受力特征等方面，与混凝土结构厂房相比，都更具有优势。由此可见，对钢结构厂房在变电站内的应用予以分析具有重要现实意义。

一、钢结构厂房在变电站内的应用优势

变电站内建筑物几乎都是钢筋混凝土框架结构，这种结构耐久性，耐火性，抗震性能都较好，但限于自身特点原因，对于变电站内大跨度，大空间结构厂房，一些建筑物内不允许有结构柱等占位构件，如果仍采用钢筋混凝土框架结构，构件自身体积、重量都很大，设计难度大，施工周期长，对于结构体系、抗震性能等都不是很好。如采用钢结构厂房，则可以避免这些不利因素。钢结构厂房在变电站内的应用优势可以从以下几方面进行分析。

（一）钢结构材料自重轻而承载力高

钢结构材料与钢筋混凝土材料相比，具有自重轻而承载力高的特点。据资料显示，钢结构强度重量比的指数是钢筋混凝土的5倍以上。钢材的抗拉、抗压、抗剪强度相对较高，截面的选择可以相对较小，从而可显著减轻结构自重。一般情况下，钢筋混凝土建筑物的自重在1.5~2.0 t/m²左右，钢结构建筑自重大多在1.0 t/m²以下，相差近2倍，减轻自重的优势明显[1]。在承受荷载条件相同时，钢结构自重轻，基础承担的荷载也相应减少，可降低基础及地基处理造价，一定程度上缩短了建设工期。

（二）抗震性能好

在国外的部分地震区里大部分建筑是以钢结构为主，主要原因就是钢结构具有良好抗震性能。按抗震设计规定：弹性计算阶段的高层结构层间位移限制，对钢筋混凝土结构规定为h/550，而对钢结构则可放宽至h/300，二者相差约1.8倍。可见钢结构建筑整体性好，抗震性能好，与钢筋混凝土相比在强度、韧性、延性、强度质量比上都具有优势。钢结构用于变电站内厂房建设可充分发挥钢结构的优势，使建筑物具有优良的抗震抗风性能，大大提高变电站的安全可靠性。钢结构建筑能够满足抵御烈度为8度的强烈地震的破坏，符合我国对变电站抗震《建筑抗震设计规范》、《建筑工程抗震设防分类标准》、《电力设施抗震设计规范》规定的要求[2]。

（三）减少现场作业工期

钢结构材料除基础按照传统结构形式进行建造外，其它全部实现了工厂预制和现场装配化施工，实现了工业化运作，影响材料质量因素大大减少，质量监督控制较容易，便于形成标准的建筑体系，实现了构件的工厂化和施工的机械化。变电站内一般为单层或低层建筑，钢结构工程可取一个施工段，在现场一次吊装作业，同时楼板采用钢板作为浇注混凝土模板的组合式楼板，作业流程简单，施工快捷，节省搭设脚手架和模板工序，并且各分项工程可以同时进行施工而互不影响，节省了时间和劳动力，现场工作量明显减少。

（四）分割布置灵活，能合理利用空间

传统的钢筋混凝土结构由于材料自重大，限制了空间尺寸，如果跨度过大，就会出现梁高、柱大、板厚的现象。而钢结构柱及轻质围护分隔墙体自身占用面积较小，可以减少房屋结构占用的建筑面积，从而增加建筑物内有效使用面积，即相同的占地面积产生更多的使用面积。同时利用钢材的高强度重量比特点，采用跨度较大开间设计，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，满足相同结构类型变电站安装不同设备的需要。

（五）环保节能

钢结构建筑构件大多采用工厂化加工、运输到现场装配，构件采用焊接或螺栓连接，如变电站安装电气设备一样，随时购买，随时安装。因此施工占地少，大量减少混凝土等湿式作业，取而代之的干式施工无污染，无燥音，避免了湿式施工造成的环境污染和噪声污染。使用寿命到期时，钢材是可以100%回收再利用资源，旧ASA板材拆除回收经粉碎可以生产新的ASA板材，完全符合当今环保概念的要求。

正是因为钢结构与其它结构形式相比具有如上优点，钢结构才能在当今建筑工程中的应用取得突飞猛进的发展。

二、钢结构厂房在变电站内的应用注意事项

（一）钢结构防火

任何建筑物都必须重视防火问题，尤其是变电站建筑，很多设备与材料都不能与火接触，一旦出现火灾事故后果不堪设想。钢结构厂房的耐火性较弱，主要因为钢结构厂房组成材料。梁、屋架、等都选择钢材，作为建筑骨架决定着钢结构厂房的安全。即便钢材并不是易燃烧材料，但是如果受到温度影响，钢结构力学指标便会波动，这样一来便会导致承载力与平衡性失调。一旦钢结构温度上升至350℃-600℃，钢结构强度便会逐渐下降，承重体系不稳定，威胁到钢结构厂房稳定。结合钢材温度变化与强度变化关系计算，发现钢结构厂房如果处于全负荷状态，稳定性失衡的温度为500℃

[3]。火灾的发生，一般温度都达到800℃-1000℃，这样高温环境下钢结构厂房稳定性失衡，会出现塑性变形，甚至倒塌。根据钢结构厂房建设研究发现，当前常用的钢结构防火措施主要包含水淋冷却法、喷涂法、包敷法。变电站防火标准严格，必须达到1级以上，参考《建筑设计防火规范》，为了保证钢结构厂房的稳定性与安全性，最理想防火方法为喷涂法，但是这种方法的使用会造成钢结构表面粗糙，增加钢结构整体重量，所以还需要结合实际情况，搭配包敷法交叉使用。

（二）钢结构厂房腐蚀

钢材极易被腐蚀，钢结构厂房主要材料为钢材，所以钢结构厂房还面临被腐蚀问题。防腐蚀是建筑施工重要内容，作为钢材的缺陷，需要结合钢结构厂房建造与钢材属性制定更全面的防腐蚀方案。钢结构防腐蚀常见方法包含耐候钢、涂层法、热浸锌、阴极保护法、热喷铝复合涂层等。变电站中包含重要的变压器及各种大型电气设备，安全性能十分重要。提高变电站安全，钢结构厂房必须做好防腐工作。相对其他方法热喷铝复合涂层是较为长远的防腐手段，在钢结构表面涂抹复合涂层，这样钢结构被包裹其中，接触不到腐蚀物质。这种方法在一定程度上提升了钢结构的适应性，同时也不会受到钢结构模式的限制，虽然期间会产生热度，但是都是局部受约束，不会影响钢结构整体，钢结构并不会出现变形或者荷载降低等情况。

结束语：实践证明，钢结构具有良好的性能，是今后理想的建筑材料。随着钢结构技术的不断成熟，提倡环保和节能的100%，现阶段钢结构在建筑工程中的应用将得到更大的发展，也必将在变电站厂房中得到很好的应用。

参考文献：

[1]熊超奇,姜文,胡文博,翟伟,鞠洪涛.变电站钢结构工程施工质量控制[J].中国建筑金属结构,2022(08):92-94.

[2]汪洋,李攀,张凯.变电站钢结构常规抗火方法及新型抗火方法探讨[J].电力与能源,2022,43(03):207-212.

[3]袁小军.钢结构变电站工程施工安全管控[J].中国高新科技,2022(02):143-144.