变电站土建结构设计存在问题

变电站土建结构设计存在问题

陈绘忠

南京国联电力工程设计有限公司

【摘要】本文主要分析在开展变电站土建结构设计工作的常见问题，并在此基础上提出相关建议，以此来提高土建结构设计的效率和质量，保证项目建设工作顺利推进。开展变电站土建结构设计工作前，要充分明确前期结构方案比选的重要性，只有因地制宜选择合理方案，才能保证后续变电站设计的顺利进行。

【关键词】变电站；土建结构；结构形式；结构布置；荷载取值；选址

1 变电站土建结构设计常见问题

1.1结构形式选择问题

变电站土建结构设计工作中，结构形式的选择是首先需要考虑的问题。传统变电站设计一般采用钢筋混凝土框架结构，主要考虑到混凝土结构所用的大量砂、石可就地取材，易于运输，造价偏低，且混凝土结构的耐久性和耐火性较好，后期维护简便，费用低，可极大减少因检修而造成的停电问题，可靠性高；从设计方面考虑，混凝土结构有利于结构的变形控制，提高对变形敏感设备运行的稳定性。

近年来，为响应国家供给侧结构性改革和新型城镇化发展的号召，大力推广钢结构和装配式结构，部分地区开始试点钢结构变电站设计。钢材具有重量轻、强度高，塑性、韧性好的优点，钢构件也易于工厂化生产，工业化程度高，施工安装周期短。

轻钢结构和装配式结构一般不适用于变电站设计。

1.2结构布置及结构计算应注意的问题

对变电站土建结构设计工作而言，梁、柱结构的布置也存在较多问题。为了满足工艺专业电缆埋管及设备净空要求，建筑在布局上多采用局部降板、局部错层、楼板大开洞等措施，实际结构非常不规则，如果设计工作人员对变电站缺乏相应的设计经验，在梁、柱布置时，往往会忽略这些问题。采用不合理的结构布置，往往会导致工艺专业及建筑专业所要求的净空的不足，以及计算模型和实际情况不吻合，计算结果失真、无意义。因此在开展变电站土建结构设计工作的过程中要充分考虑到这些问题，合理地考虑梁柱结构布置方式及计算模型，以确保变电站土建结构设计的使用性和安全性。

1.3设计荷载取值应注意的问题

荷载取值是变电站土建结构设计过程中的重要内容，设计应充分考虑到变电站荷载的不确定性。不合理的荷载取值，可能会因荷载考虑不充分，导致承载力不足，产生安全重大隐患，或重复考虑荷载，设计过于保守，造成用工用量的浪费。因此在开展设计工作的过程中也要充分认识到合理荷载取值的重要性，以此来保证土建结构自身的安全性，杜绝使用过程中出现安全问题的可能性，提高项目经济效益和社会效益。

1.4设计、施工存在的其他问题

变电站土建结构设计涉及的专业多，包括建筑、工艺、水、暖、电等专业，各专业之间的协调尤为重要。土建结构设计前，应充分考虑各专业提资，减少设计遗漏，设计过程中与各专业保持沟通，减少设计调整。站内设备一般考虑预留埋件与设备连接，楼地面预留埋件多、开孔多，设计易遗漏，施工难度大。因此设计图纸除应满足规范外，还应同时兼顾施工可行性及图纸时效性，确保后续的施工建设工程的顺利开展。

2 变电站土建结构设计问题优化措施

2.1优化变电站的选址

变电站的选址应符合所在地区、城市、乡镇土地利用规划，有利于环境保护，选址应远离自然保护区，并符合现行环境保护法规规定。在开展规划设计工作的过程中要做好现场调查工作，积极运用新型技术手段开展现场调查，同时还要收集周边建构筑物的相关建设资料，充分考虑到变电站运行对周围环境造成的实际影响，在此基础上完成变电站的选址工作。在选址的过程中还要积极开展前期地质勘查工作，探明拟建场地的地貌特征和地质构造，查明地下水的埋藏条件、腐蚀性及土壤条件等，尽可能远离抗震不利地段，避开在淤泥层较厚区、湿陷性土区、岩溶发育区等不良地质区建设。明确周边环境因素对变电站的建设及后续投入运行的影响，避免因自然灾害，诸如山体滑坡、山洪等对变电站基础设施造成破坏。因此可以将变电站选在海拔较高的平坦位置，如果因场地受限而只能选择低海拔、山区等，也要采取相应的防洪保护措施，以此来避免山体滑坡、山洪的影响，以保证变电站土建结构的安全性。

2.2优化变电站土建结构地基基础方案选型

变电站土建结构地基基础设计方案应结合具体项目的地质勘查报告合理选择。对于地质条件好的场地，应优先采用天然地基或换填地基；沿海地区一般淤泥层较厚，可考虑采用预压地基或桩基。

对于天然地基，除了选择良好的持力层外，基础一般考虑-2.0m～-2.5m的埋置深度，埋深不宜太浅，一是需要预留出设备基础及电缆沟的埋深空间，二是变电站结构不规则，柱底弯矩大，合理的覆土深度能有效减少基础的零应力区，优化设计。

对于桩基础，变电站设计一般考虑预制桩，主要是因为变电站选址多为空旷地区，预制桩施工不受场地及周边建构筑物限制，且预制桩相对于灌注桩有造价低、工期短、成桩质量高，对环境影响小等优点。桩基施工的好坏也直接由施工单位的施工经验决定，结合近几年的项目情况，极少项目会出现断桩、桩基偏位等现象，但也有个别项目出现了桩整体偏位、断裂的情况，主要是因为当地淤泥层厚，桩土抗剪承载力低，施工时桩周堆土及大型运输车辆的施工动载，土对桩产生的水平压力导致桩身产生水平向挠曲，超过了桩的极限承载力，而使桩偏位或弯曲断裂。因此施工单位在桩基施工过程中，应加强现场施工管理，合理选择临时堆土位置，并对桩基进行监测，及时发现问题，及时采取措施，真正做到：安全第一，预防为主。

2.3合理选择上部结构形式，优化结构布置

结构选型直接关系建筑物的安全性、适用性、经济性和美观性，合理的结构形式不仅能为后续设计工作提供便利，而且还能有效控制项目总体建设成本，完成项目建设目标。

变电站结构形式选型可分为钢结构和钢筋混凝土结构。对设计而言，钢结构因其强度高、自重轻，构件尺寸较小，特别适用于那些因设备尺寸及净空需要，结构空间受限或结构跨度较大的情形。对施工而言，由于钢构件为工厂加工，现场组装，施工便利，适用于断电时间有限的应急工程。但钢结构也具有耐腐蚀性差、耐热性差，变形大等缺点，对于那些大型化工厂、污水处理厂或沿海等中、强腐蚀性地区，易燃易爆区及对变形要求严格时应慎用，如无法避免，也应满足规范对钢结构防腐、防火的处理要求，严格控制结构变形，并做好定期维护。

变电站结构的布置要根据房间功能布置，荷载分布情况及性质等综合考虑，总体要求是结构整体刚度均匀，力学模型清晰，尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接、最明确的传力路径传递到基础上。结构梁、柱布置时，要兼顾功能区净高、设备基础位置、埋件布置、开洞及吊点位置等。设备及埋件位置处应尽量设梁，但实际设备及埋件较多，一般考虑是承受动荷载及荷载超过1t的设备及埋件下设梁。对于楼板开洞，按规范要求对洞口加强即可，但如果是洞与洞之间距离近的连排开洞，应考虑洞口对楼板完整性的削弱，可在洞口两侧设置次梁或考虑洞口两侧楼板按悬挑板配筋。变电站内设备安装及维修时设备搬运会考虑使用电动葫芦，因此会在设备位置上方或设备运输路径上方预留吊点，吊点位置应考虑设梁，且建模计算时，要按各吊点荷载是否是同时受力进行分组，并应按最不利分组输入模型。变电站结构中，楼板局部错层常常不可避免，错层结构会削弱楼盖整体性，使传力路径出现薄弱环节，引起应力集中、形成短柱，对抗震不利。结构建模时应合理考虑错层，错层位置的梁柱抗震等级按提高一级考虑，建议当局部错层高度不大于框架梁高时，可以将错层在同一个标准层输入，但要注意此方法是通过调整楼面标高模拟错层布置，可能会使局部计算结果失真，应对计算结果分析取舍；若错层高度超过框架梁高，可将错层按两个标准层单独建模计算，但分层建模的整体指标往往会很不好，主要是因为计算程序不能区别真实楼层与计算楼层的关系，因而无法反应真实错层结构的位移比，刚度比，结构设计中应根据楼层位移、刚度数值按实际楼层高度进行手算复核。

2.4楼面荷载取值的建议

不同于其他民用结构，变电站设计规范规定的楼面活载取值多为区间值，建议在初步试算结构整体指标时按中间值取用，正式开展变电站结构设计工作后，再按设备厂家提供的设备重量等效为楼面均布活荷载取值，但取值不应小于规范规定的最小限值。楼面荷载布置除考虑设备自重外，设备基础的重量也不应忽略。对于局部降板区域，应特别注意建筑是否考虑回填找平，防止遗漏因此产生的附加恒载。为了减少楼面荷载，变电站的一层往往布置有较多设备，因此在基础设计时，还要注意考虑地面设备附加荷载，确保基础设计安全。总而言之，结构荷载取值和设备及工艺密切相关，在变电站设计中不但要提高本专业的知识储备，还应重视加强对其他专业的了解，对重点区、薄弱区应适当加大荷载，切勿遗漏荷载，确保结构安全，真正做到“胸有成竹”。

2.4其他设计及施工优化建议

变电站土建结构设计还要注重施工的可行性和便利性。因为变电站内设备多，所以楼面预留埋多，厂家对埋件施工允许偏差相比规范更加严格。对于较长的埋件，施工精度往往无法满足要求，所以一般做法是先每隔一段距离预留埋件，待施工完成后再在埋件上焊槽钢，以达到调平和调直的目的。对于基础施工，应考虑先施工深基础，再施工浅基础，变电站内事故油池埋深一般较深，且离变电站距离较近，所以事故油池的图纸交付应先于变电站，事故油池设计也应在变电站之前完成。

因此，结构设计不能止步于规范，只有多结合施工，多总结经验，才能真正做好变电站的设计工作。

3 小结

本文主要分析开展变电站土建结构设计工作中存在的问题，其中主要包含结构形式选用、梁柱布置、荷载取值和设计施工等方面存在的问题，在此基础上提出相应的设计建议及优化。开展变电站土建结构设计工作要注重对以上问题的分析和思考，避免设计遗漏和设计缺陷，以此来保证变电站土建结构设计工作的质量，使得后续工程能够顺利推进。

【参考文献】

[1] 邓翔. 谈变电站土建设计中的结构安全性与耐久性[J]. 百科论坛电子杂志,2019(12)

[2] 金飞狄,陈宇君. 变电站土建结构设计中若干安全问题探讨[J]. 百科论坛电子杂志,2019(1)