架空式全戶內(nèi)變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

韶關(guān)市擎能設(shè)計(jì)有限公司 孔德昊 中國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì) 張鳳香

架空式全戶內(nèi)變電站在電網(wǎng)工程的建設(shè)和運(yùn)行中應(yīng)用，由于其變電站的占地面積較小，再加上對(duì)周圍環(huán)境的影響低等特征，使其在當(dāng)前的城市電網(wǎng)建設(shè)與電力工程設(shè)計(jì)應(yīng)用十分廣泛。其中變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為變電站規(guī)劃與建設(shè)中的重要內(nèi)容，其設(shè)計(jì)質(zhì)量和效果對(duì)變電站的安全運(yùn)行以及電網(wǎng)工程的穩(wěn)定供電支持都有著十分重要的作用和影響。

1 工程概況分析

某變電站建設(shè)項(xiàng)目的總占地面積約為0.50萬(wàn)m2，位于城市郊區(qū)，其中圍墻內(nèi)的占地面積約為0.31萬(wàn)m2，變電站建設(shè)地面的粗糙度屬于B類，距離地面的高度約為10m。該變電站屬于架空式全戶內(nèi)變電站，在具體規(guī)劃設(shè)計(jì)中，對(duì)其50年一遇基本風(fēng)壓設(shè)計(jì)為0.6kN/m2，變電站結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)根據(jù)我國(guó)建筑物抗震設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定以及我國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)域劃分情況，將其抗震設(shè)防烈度設(shè)定為6度，而對(duì)其基本地震加速度值設(shè)計(jì)為0.05g，特征周期設(shè)計(jì)為0.35s。根據(jù)該變電站項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)的勘察資料結(jié)果，該變電站建設(shè)地區(qū)的場(chǎng)地土為軟弱土類型，其建筑場(chǎng)地類別屬于Ⅲ類，場(chǎng)地地貌屬于沖積平原地貌，不存在砂土層以及砂土液化情況。

2 架空式全戶內(nèi)變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

由于該變電站項(xiàng)目的建設(shè)位于沖積平原區(qū)，施工地區(qū)的地面高程在3m左右，整體地勢(shì)較為平坦，且根據(jù)該地區(qū)的水文地質(zhì)條件與歷史最高內(nèi)洪水文資料，在進(jìn)行該變電站選址的防洪等級(jí)設(shè)置中，將其按照50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水水位約為10.4m，對(duì)變電站站址的場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高擬定為11m。此外，結(jié)合該變電站項(xiàng)目建設(shè)的巖土工程勘察資料，由于其施工場(chǎng)地為軟弱土層，土體結(jié)構(gòu)主要組成為素填土和淤泥質(zhì)土等，且進(jìn)行鉆孔勘測(cè)顯示其淤泥質(zhì)土層的平均層厚達(dá)到7.2m，再加上對(duì)該變電站站址場(chǎng)地的標(biāo)高設(shè)計(jì)與實(shí)際高程相差約8m，因此在進(jìn)行該變電站的規(guī)劃與設(shè)計(jì)中對(duì)變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要采用架空與填土方案[1]。

對(duì)上述兩種方案進(jìn)行綜合對(duì)比發(fā)現(xiàn)，與架空方案相比，如采用填土方案進(jìn)行變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用主要存在以下較為突出的問(wèn)題和不足：需進(jìn)行填土施工的土層厚度較高，導(dǎo)致其工程量大，且填土施工的邊坡面積也比較大，再加上需對(duì)新填土地基進(jìn)行有效處理，造成其整體施工開展成本較高；由于變電站站址下覆軟弱土層，導(dǎo)致進(jìn)行填土施工中的工作難度也較高，再加上施工開展中易受天氣等外部因素影響，可能會(huì)導(dǎo)致施工期被延誤；采用填土方案會(huì)導(dǎo)致站址下覆軟弱土層與上方填土層各自的相互作用，引起地基不均勻沉降發(fā)生，最終影響站址結(jié)構(gòu)的安全性；填土施工中，會(huì)因土體的固結(jié)沉降所形成的聯(lián)動(dòng)作用對(duì)鄰近河堤產(chǎn)生影響，造成河堤傾斜或是裂縫等問(wèn)題發(fā)生，存在較大的危害影響，因此最終選擇采用架空式全戶內(nèi)變電站結(jié)構(gòu)形式（圖1）。

圖1 架空式全戶內(nèi)變電站

圖2 戶外場(chǎng)地設(shè)計(jì)與施工中所采用梁板

3 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要點(diǎn)分析

上述變電站的戶外場(chǎng)地是采用裙樓結(jié)構(gòu)通過(guò)伸縮縫使其和配電裝置樓相互隔開，整個(gè)變電站的結(jié)構(gòu)部分施工總占地面積約為0.32萬(wàn)m2，包含變電站主樓的占地面積約為0.12萬(wàn)m2，變電站內(nèi)新建結(jié)構(gòu)物包含配電裝置樓以及消防水池、事故油池等。因此，在對(duì)該變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要點(diǎn)分析中，應(yīng)注意從配電裝置樓及變電站主變壓器室與電氣設(shè)備室、戶外場(chǎng)地、屋面構(gòu)支架、事故油池、消防水池等設(shè)計(jì)上進(jìn)行合理控制。

3.1 配電裝置樓設(shè)計(jì)

上述變電站的配電裝置樓為高度約為18.5m、建筑面積約為0.31萬(wàn)m2的4層建筑樓，其建筑內(nèi)部主要配置有主變壓器室、配電室、接地變室、GIS室、消防泵室、電容器室、蓄電池室等各種配電裝置區(qū)，且在建筑樓內(nèi)配備設(shè)置有兩層的10t橋式起重機(jī)設(shè)施，整個(gè)建筑樓采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其中兩層設(shè)計(jì)為架空形式，高約為8m。該建筑樓的設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑安全等級(jí)設(shè)置為一級(jí)，抗震設(shè)防類別在乙類以上。

在對(duì)該變電站的配電裝置樓設(shè)計(jì)和建設(shè)中，由于其建筑上部結(jié)構(gòu)的剛度以及荷載較大，且建筑下部的架空層高度也較突出，易形成建筑結(jié)構(gòu)的薄弱層，在各種作用因素影響下出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)受破壞情況。在具體設(shè)計(jì)中，一方面應(yīng)注意增加建筑底部架空層的柱截面及建筑結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，以滿足其建筑結(jié)構(gòu)的荷載要求與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)；另一方面則需加大、加密建筑架空層的柱箍筋，對(duì)其建筑結(jié)構(gòu)柱的水平變形形成較好約束，提高其建筑結(jié)構(gòu)柱的抗剪性能。此外還需在實(shí)際其設(shè)計(jì)中對(duì)上述配電裝置樓增加電纜夾層設(shè)置，并有效降低其建筑結(jié)構(gòu)柱的計(jì)算長(zhǎng)度與水平位移，促進(jìn)其建筑結(jié)構(gòu)的整體性能與質(zhì)量提升，滿足該變電站配電裝置樓的設(shè)計(jì)要求[2]。

3.2 主變壓器與電氣設(shè)備室設(shè)計(jì)

對(duì)上述變電站項(xiàng)目的主變壓器與電氣設(shè)備室設(shè)計(jì)中，根據(jù)其主變壓器室地面與其他室內(nèi)地面標(biāo)高相比較高，以及主變壓器的荷載較大等特點(diǎn)，需在主變壓器的厚板基礎(chǔ)角進(jìn)行支撐柱設(shè)置，以避免局部剛度過(guò)大對(duì)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響；此外，對(duì)主變油坑則需采用梁板和變壓器厚板以及建筑主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行塑性連接，從而確保對(duì)主變壓器室的設(shè)計(jì)效果。

在進(jìn)行變電站的其他電氣設(shè)備室設(shè)計(jì)中，對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)和電纜走線所需的結(jié)構(gòu)板面下沉設(shè)計(jì)，需在設(shè)備基礎(chǔ)與電纜管道預(yù)埋設(shè)計(jì)完成后使用輕質(zhì)材料進(jìn)行填充，以確保其平整性；對(duì)電氣設(shè)備室安裝所需的預(yù)埋件以及埋管、開孔等結(jié)構(gòu)部位，均需在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行提前預(yù)留和設(shè)置，避免對(duì)變電站結(jié)構(gòu)施工及其質(zhì)量效果產(chǎn)生影響。

3.3 戶外場(chǎng)地設(shè)計(jì)

戶外場(chǎng)地設(shè)計(jì)主要采用鋼筋混凝土框架梁柱進(jìn)行托起，其柱網(wǎng)設(shè)置需根據(jù)變電站柱網(wǎng)進(jìn)行整體排列設(shè)計(jì)，柱間距約控制為5m；在進(jìn)行變電站戶外場(chǎng)地的站內(nèi)道路規(guī)劃設(shè)計(jì)中，需進(jìn)行消防車通道與主變運(yùn)輸車等荷載情況進(jìn)行全面分析后設(shè)置；戶外場(chǎng)地設(shè)計(jì)與施工中所采用的梁板厚度為200mm（圖2），同時(shí)還需在圍墻外的四周進(jìn)行巡視通道挑板圍設(shè)；對(duì)場(chǎng)地內(nèi)的排水設(shè)計(jì)采用平坡式排水方式，使用強(qiáng)度等級(jí)為C20的素混凝土進(jìn)行找坡施工，以滿足其戶外場(chǎng)地的排水需求。

3.4 屋面構(gòu)支架設(shè)計(jì)

主要是針對(duì)變電站的配電裝置樓設(shè)計(jì)要求進(jìn)行的屋面構(gòu)支架以及橫梁設(shè)計(jì)。在具體設(shè)計(jì)中，需在構(gòu)支架位置進(jìn)行寬梁設(shè)置，以將其作為構(gòu)支架的基礎(chǔ)，同時(shí)在寬梁內(nèi)進(jìn)行地腳螺栓預(yù)埋，以為后期進(jìn)行上部構(gòu)支架安裝提供便利。

3.5 消防水池設(shè)計(jì)

消防水池主要設(shè)置在變電站配電裝置樓的消防泵室效放，以方便進(jìn)行消防和給排水管道的有效連接。消防水池采用封閉式的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，并在中部延長(zhǎng)度的方向進(jìn)行3根等距離中柱設(shè)置，頂板采用框架梁板結(jié)構(gòu)；此外，為避免水池結(jié)構(gòu)剛度過(guò)大對(duì)變電站結(jié)構(gòu)整體剛度產(chǎn)生影響，在具體設(shè)計(jì)中還對(duì)消防水池和變電站的配電裝置樓進(jìn)行分離設(shè)計(jì)，使其作為獨(dú)立的個(gè)體在配電裝置樓內(nèi)部存在[3]。

3.6 事故油池設(shè)計(jì)

變電站的事故油池多會(huì)采用地埋式結(jié)構(gòu)形式，對(duì)架空式的全戶內(nèi)變電站，其事故油池設(shè)計(jì)中則會(huì)根據(jù)實(shí)際情況將其建設(shè)在地面上，并需嚴(yán)格按照事故油池的防火間距設(shè)計(jì)等要求，對(duì)其具體位置進(jìn)行合理分析和確定。本文將其設(shè)置在站區(qū)的右上角，整個(gè)事故油池的占地面積約為20.3m2，高為5m，油池容積設(shè)計(jì)為60m3，主要采用封閉式的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，并在事故油池中設(shè)置一個(gè)檢修孔，以便于后期維修和管理應(yīng)用。此外，對(duì)變電站的事故油池和變電站配電裝置樓結(jié)構(gòu)之間呈相互獨(dú)立設(shè)計(jì)狀態(tài)，需要通過(guò)在戶外場(chǎng)地設(shè)計(jì)中，根據(jù)其事故油池分布位置在對(duì)應(yīng)的位置板上進(jìn)行檢修孔預(yù)留，從而對(duì)其設(shè)計(jì)開展與質(zhì)量效果進(jìn)行保證。

總之，架空式全戶內(nèi)變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為一種新型變電站結(jié)構(gòu)形式，其在實(shí)踐中的應(yīng)用與研究開展相對(duì)較少，因此對(duì)架空式全戶內(nèi)變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以通過(guò)對(duì)其設(shè)計(jì)內(nèi)容和要點(diǎn)的準(zhǔn)確把握，為變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐積累豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，從而促進(jìn)其設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平不斷提升，具有十分積極的作用和意義。