110kV變電站鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)技術(shù)探討

池 翔

110kV變電站鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)技術(shù)探討

池 翔

（國網(wǎng)寧德供電公司，福建 寧德 352100）

傳統(tǒng)變電站建筑大多采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)施工周期長，耗費(fèi)材料多，且施工過程污染環(huán)境，不符合當(dāng)前建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的要求。本文探討了110kV變電站鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)技術(shù)，以期為我國變電站建設(shè)提供借鑒。

變電站；鋼結(jié)構(gòu)；建筑設(shè)計(jì)技術(shù)

傳統(tǒng)的變電站建筑多是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。變電站鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的受力構(gòu)件大多是在施工現(xiàn)場(chǎng)澆筑的，澆筑完成后待變電站“退役”時(shí)，這些受力構(gòu)件大多不能回收利用，容易造成資源浪費(fèi)。另外，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工周期長，對(duì)環(huán)境污染程度大，已不能滿足社會(huì)發(fā)展的需求。鋼結(jié)構(gòu)作為新型的建筑結(jié)構(gòu)，在變電站建筑中的設(shè)計(jì)應(yīng)用具有極大的優(yōu)越性。鋼結(jié)構(gòu)裝配周期短，對(duì)環(huán)境的污染小，且具有很高的回收價(jià)值，符合社會(huì)發(fā)展的要求。

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和關(guān)鍵控制點(diǎn)

1.1 建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

建筑鋼結(jié)構(gòu)的主要材料是質(zhì)量輕強(qiáng)度高的鋼材。鋼結(jié)構(gòu)具有較高的承載力和較輕的自重。結(jié)構(gòu)自身所用的鋼材具有較高的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度。此外，良好的吸能性能和延性還使鋼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的抗震性能。建筑鋼結(jié)構(gòu)不僅能有效應(yīng)對(duì)和減弱地震的破壞，還具有良好的適應(yīng)強(qiáng)震的變形能力［1］。

1.2 建筑鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵控制點(diǎn)

建筑鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵控制點(diǎn)是對(duì)施工過程的控制。施工過程控制的要點(diǎn)包括兩方面：一是施工的工期控制，二是施工質(zhì)量控制［2］。通常情況下，只要施工組織合理，鋼結(jié)構(gòu)的建筑施工工期要比混凝土結(jié)構(gòu)的工程施工工期短。因此，要確保施工組織的合理，避免施工組織不合理對(duì)施工進(jìn)度的影響，確保施工工期。建筑鋼結(jié)構(gòu)要求總包方和施工方具備較高的專業(yè)技術(shù)和豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，以確保施工質(zhì)量。由于鋼結(jié)構(gòu)的施工工藝相對(duì)較為復(fù)雜，因此，要求施工人員必須具備較高的素質(zhì)，且要嚴(yán)格考核鋼結(jié)構(gòu)施工企業(yè)是否具備相應(yīng)資質(zhì)，從而確保鋼結(jié)構(gòu)施工在高效有序的管理下進(jìn)行。

2 變電站鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

2.1 結(jié)構(gòu)斷面較小，空間利用率高

傳統(tǒng)的變電站建筑多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，受力構(gòu)件通常采用較大的尺寸以確保受力性能。構(gòu)件的尺寸過大不可避免地會(huì)限制變電站建筑物的空間。有的變電站建筑跨度大，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如支柱也會(huì)加大，梁也會(huì)相應(yīng)增高，整個(gè)建筑物所需的面積就會(huì)增大。

2.2 結(jié)構(gòu)承載力高，結(jié)構(gòu)自重輕

與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土材料相比，鋼結(jié)構(gòu)材料具有較輕的自重和較強(qiáng)的承載力。鋼結(jié)構(gòu)材料的相關(guān)資料表明，鋼結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)性以材料質(zhì)量密度和強(qiáng)度的比值來衡量。鋼結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量密度和強(qiáng)度比值越小，鋼結(jié)構(gòu)就越輕。通過比較相關(guān)數(shù)據(jù)，鋼結(jié)構(gòu)材料二者的比值和混凝土結(jié)構(gòu)材料的比值相差5～10倍。另外，鋼結(jié)構(gòu)材料具有較強(qiáng)的抗剪強(qiáng)度和抗拉抗壓強(qiáng)度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他材料。

2.3 結(jié)構(gòu)節(jié)能環(huán)保

鋼結(jié)構(gòu)施工，通常是由工廠加工各種鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，然后在施工現(xiàn)場(chǎng)上對(duì)加工好的各種構(gòu)件進(jìn)行裝配。鋼結(jié)構(gòu)的裝配通常采用螺栓連接或者是焊接的方式。因此，變電站鋼結(jié)構(gòu)的施工簡便，施工現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的噪聲污染和環(huán)境污染遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的污染。此外，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的變電站建筑超出使用年限而“退役”時(shí)，可以對(duì)建筑物的鋼材和板材進(jìn)行回收利用［5］。

3 110kV變電站鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)常用技術(shù)

110kV變電站是較為常見的變電站?，F(xiàn)以110kV變電站為例，探討變電站鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的常用技術(shù)。

3.1 噪聲控制

變電站建筑常見的問題是噪聲問題，變電站的主變壓器會(huì)在變電站的正常運(yùn)行中產(chǎn)生較大噪音。主變壓器噪音的產(chǎn)生來源主要有兩個(gè)：一個(gè)是冷卻風(fēng)扇噪聲，另一個(gè)是電磁噪聲。這兩類噪聲的頻率以低頻和中頻為主。在變電站鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)噪聲可以采取如下措施：安裝室內(nèi)吸音板或者是采取密閉隔聲的措施。例如，封閉變電站的主變壓器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲的屏蔽；將吸聲層設(shè)置在消音門和屋面板上，以實(shí)現(xiàn)隔聲消音的效果。

3.2 節(jié)能設(shè)計(jì)

在110kV的變電站運(yùn)行過程中，只需要保持主控室設(shè)備的溫度即能滿足變電站運(yùn)行的要求。在進(jìn)行變電站鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)時(shí)，可以借鑒民用建筑的節(jié)能保溫方法，提高變電站節(jié)能環(huán)保的水平。例如，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇復(fù)合保溫型的鋼板及保溫效能較好的夾心板墻共同構(gòu)建圍護(hù)結(jié)構(gòu)。這樣不僅能在很大程度上提升變電站建筑的保溫和節(jié)能效果，而且有助于變電站建筑的防火性能的提高。

3.3 通風(fēng)設(shè)計(jì)

變電站的正常運(yùn)行取決于主變壓器室的正常運(yùn)行，主變壓器室對(duì)通風(fēng)要求較高。因此，要做好變電站鋼結(jié)構(gòu)建筑的通風(fēng)設(shè)計(jì)。在夏季，要把主變壓器室的溫度控制在45℃以下，以確保主變壓器的正常運(yùn)行。通風(fēng)是降低主變壓器室內(nèi)溫度的最佳措施。主變壓器室應(yīng)設(shè)置大面積的通風(fēng)百葉，對(duì)室內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)，實(shí)現(xiàn)空氣對(duì)流降溫的目的，確保主變壓器的高質(zhì)、高效運(yùn)行。如果主變壓器的容積較大，還要在主變壓器室的屋頂安裝風(fēng)機(jī)以確保通風(fēng)。要在使用機(jī)械排風(fēng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自然排風(fēng)的方式。最好在變電站的屋頂上設(shè)置無動(dòng)力排風(fēng)機(jī)以加強(qiáng)自然排風(fēng)的效果，以有效排除室內(nèi)的熱空氣。無動(dòng)力排風(fēng)機(jī)可以借助風(fēng)力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，不需要消耗電能，且在運(yùn)行過程中不產(chǎn)生噪聲，具有良好的排風(fēng)效果，也符合節(jié)能環(huán)保的要求。

3.4 運(yùn)行維護(hù)設(shè)計(jì)

變電站鋼結(jié)構(gòu)建筑要注意對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)設(shè)計(jì)。由于鋼結(jié)構(gòu)在耐久性和耐腐蝕性方面的能力較弱，因此要加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防銹腐蝕的維護(hù)。

4 實(shí)用案例

某市某鎮(zhèn)110kV變電站新建工程，采用了鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)。該鋼結(jié)構(gòu)變電站占地總面積是3 420㎡，建筑面積2 547㎡，高12m。該變電站設(shè)置有循環(huán)道路，有以毛石為基礎(chǔ)的圍墻，還裝配有鐵質(zhì)護(hù)欄。同時(shí)，該變電站鋪設(shè)有消防管線和接地網(wǎng)線，另外設(shè)置有化糞池、提升井和閥門井。

該變電站工程于2016年3月9日開始施工，到10月21日竣工。該變電站采用鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)，其鋼結(jié)構(gòu)外觀十分美觀大方，內(nèi)部設(shè)計(jì)簡潔實(shí)用，同時(shí)能有效發(fā)揮變電站的各項(xiàng)功能。

該變電站充分運(yùn)用了噪聲控制和解決技術(shù)、通風(fēng)設(shè)計(jì)技術(shù)、節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)及運(yùn)行維護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了變電站鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的完善。該變電站的施工現(xiàn)場(chǎng)采用裝配工藝，基本上沒有產(chǎn)生噪聲污染和其他污染。經(jīng)過檢測(cè)，該變電站的鋼結(jié)構(gòu)具有極高的承載力和極輕的自重。另外，該變電站的鋼結(jié)構(gòu)斷面較小，實(shí)現(xiàn)了空間的高利用率。

5 結(jié)語

變電站建筑采用鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有極大的優(yōu)越性。鋼結(jié)構(gòu)材料本身具有環(huán)保、節(jié)能、高效的特點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)變電站無論是在材料性能、受力特點(diǎn)，還是在使用功能方面都存在諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，我國應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究和推廣，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)在110kV變電站建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，提高我國變電站的發(fā)展水平。

［1］艾華光.淺談110變電站鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)技術(shù)［J］.低碳世界，2016（21）：62-63.

［2］鄭宇.鋼結(jié)構(gòu)裝配式變電站建筑設(shè)計(jì)研討［J］.低碳世界，2014（14）：260-261.

Discussion on Design Technology of Steel Structure Building for 110kV Substation

Chi Xiang
（State Grid Ningde Power Supply Company，Ningde Fujian 352100）

Most of the traditional substation building with reinforced concrete frame structure,the structure of long construction period,material consumption,environmental pollution and construction process,does not meet the current requirements of building a resource-saving society.This paper discussed the design technology of steel structure construction for 110kV substations in order to provide reference for substation construction in our country.

substation；steel structure；architectural design technology

TM63

A

1003-5168（2017）10-0102-02

2017-10-09

池翔（1985-），男，本科，工程師，研究方向：土建。