(福建省电力建设工程咨询有限公司 福建福州 350003)
摘要：钢结构具有质量轻、强度高、抗震性能好、施工周期短、工厂化生产、现场施工作业量少、对环境污染小的优点。国网北京市电力公司怀柔供电公司于2017年承担了周各庄和辛营两座110千伏钢结构变电站工程建设管理任务。现从施工准备工作、钢构件加工制造、钢结构安装几个方面论述建设管理单位工程质量管控要点。
关键字：钢结构变电站承载力
1、引言
装配式钢结构实现了标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理，有效降低了施工现场的劳动强度，缩短了施工工期，将成为中国建筑发展的趋势。以2008年国家电网公司提出建设项目全寿命周期管理的要求，要推行全过程和全寿命周期最优设计和建设，实现建设项目全寿命周期内功能匹配、寿命协调、费用平衡，全面提高建设项目的效率和效益，从根本上改变传统电网资产管理方式和电网发展方式。装配式变电站正是在这样的大环境下诞生。本文主要介绍装配式钢结构在变电站应用分析。
2、调查钢结构在变电站中应用的实例
2.1南充220kV化工园站与南隆站变电构架220 kV化工园站与南隆站应用钢结构构架的时间较早，构架柱使用钢管，横梁为三角钢析架，采用焊接或螺旋焊接连接钢管。220 kV进出线与跨线钢管构架平面为单层框架结构，采用固接方式连接柱脚、柱顶与柱脚。框架外为排架结构，应用铰接方式连接构架与柱，实际设计中采用美国REI的STADD/CIHA2000计算并分析空间结构，与构架受力接近，缩短了设计周期。
2.2杨柳变电站：浙江省首个全寿命配送千伏变电站
该变电站总工期维持7 d，属于浙江首个全寿命配送式变电站，工期比常规变电站缩短一年，主要原因是变电站应用了钢结构架构，可利用标准化设计建设。
3、分析钢结构应用到变电站的特点
3.1具有较高的承载力
经对比发现，钢结构具有自身重力轻、承载力高的特点，强度重量比明显高于混凝土。钢材抗压、抗拉及抗剪强度较高，截面较小，减轻了结构自身重量。相关数据显示，钢结构自重在1.0 t/m2，钢筋混凝土建筑在1.5～2.0 t/m2，两者差异较大。钢结构在承受荷载的同时，钢结构自中较轻，减少了基础造价，并缩短了建设工期。
3.2抗震性能较好
钢结构以其独特的抗震性已经成功应用到地震地区中，保证了变电站的稳定运行。钢结构的整体性较好，在延性、韧性及强度等方面明显优于其他材料，而且安全性较好，完全满足我国变电建筑的抗震要求，一般钢结构变电建筑要求抵抗强度在Ⅷ级别的地震。
3.3实现规范化施工开展，缩短了施工工期
钢结构不仅可按照传统结构方式建设，还可以进行现场装配式及工厂预制，控制了影响材料质量的因素，而且简化了质量监管工作难度，实现了构件施工机械化开展，从变电站建设特点来看，一般在2～3层，作业流程简单，而且各个分项工程互不影响，节省了较多时间及劳动力。
3.4灵活布置，提高了空间利用率
传统材料受自身重量影响，占据了较多的空间，而且还会出现柱大、梁高与板块厚等问题。钢结构自身重量较强，占用面积较少，给建筑留有充足的可利用面积，实现了施工的灵活操作。此外，钢结构还具有高强度重量比特的特点，可设计跨度较大的空间，得到建筑平面分隔效果较理想，满足了同类结构变电建筑对不同设备的要求。
3.5节能环保
从钢结构建筑构件的应用情况来看，目前主要采用工厂化方式加工或运输，使用螺栓或焊接连接构件，与变电站电气设备相同，具有随时购买、随时安装的特点。由于钢结构施工用地较少，减少了混凝土等湿式作业，控制了噪声与环境污染。
4、钢结构的缺点
4.1耐火性差
钢材耐火性较差，当温度超过200℃时，钢材的材料性质变化较大，不仅强度降低，也会产生徐变和蓝脆现象。
当结构持续升温到300～400℃时，其强度和弹性模量急剧下降，温度上升到600℃时，结构进入塑性状态，完全丧失承载能力。所以就要求采用高效的防火材料。
4.2耐腐蚀性差
在潮湿或有腐蚀性介质的环境中，容易发生腐蚀，须定期维修处理，维护费用比钢筋混凝土结构要高。
5、钢结构现存的不足及解决办法
5.1钢结构的防腐蚀问题
由于钢自身易腐蚀特性,并考虑变电站大多建于户外,环境恶劣,因此腐蚀问题成为钢结构变电建筑需要克服的首要问题。因为变电站设计使用年限一般为50年,因此,在选择钢结构防腐时一定要考虑长效的防腐方法。解决:热喷铝(锌)复合涂层是一种较好的防治变电建筑钢材料腐蚀的解决方法,通过特定工艺在材料表面形成的复合涂层可以达到很好防腐效果。这种工艺具有如下两个优点:①对不受构件尺寸的限制;②采用局部受热法,故不会因为高温产生任何形变需要注意的是,在进行防腐处理前,应对钢构件表面作适当的清理,避免行程的复合涂层与材料本身结合,不但没有预想的防腐效果,还会减少钢材料应有的寿命。
5.2钢结构的防火问题
耐火性弱是钢材料的另一大缺点,这就钢结构必须采用高效的防火措施。钢材是建筑的骨架,关系到整个建筑的安全。随着温度升高,其力学指标也会有很大的改变,其承载力、平衡性和稳定性也会大幅度下降。解决办法:变电站可选用喷涂法,它会使钢结构表面变粗糙,同时也增加钢结构的承重,从而起到防火保护的作用。
5.3预埋螺栓直径与柱底板螺栓孔的配合问题
由于不少设计人员对钢结构本身的认识不足，以及对设计软件的依赖，造成许多工程的操作困难。实际上很多工程的设计图，设计人员搞不清楚，而按照软件生成的图纸，直接采用，这样柱底板螺栓孔只比螺栓直径大5mm。对预埋螺栓的偏位，即使是整体偏位，柱子可以很好地放入预埋螺栓，也要将柱子底板做适当的扩孔，使其与轴线的相对位置满足必要的精度。
5.4柱脚间隙二次填
充柱脚底板与混凝土柱顶间空隙一般设计要求50mm，而实际施工中有时过小，使得灌浆料难以填入或填实。此外，一般此处二次灌料均要求比柱混凝土强度高一等级，由于二次灌料强度高、用量少，实际配合比、强度等现场均无法很好控制，常导致二次灌入料强度、密实度（特别抗剪槽内）不够。因此，建议二次填充料优先选用高强度自流平成品灌浆料。
6、钢结构在变电站建筑中应用的前景
虽然由于变电站存在的自身特性使得钢结构在变电站建筑的应用中还处于试验阶段,但是,由于钢结构过硬的承载力,且钢结构建筑的各种体系和使用经验比较成熟,只要能够精心设计并顺利施工,安全方面不存在问题。对于变电站建筑,在技术方面,主要需要解决的是围护墙、楼屋盖等体系的防火性、耐久性等问题,是配送式变电站真正达到全寿命的要求。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,提倡环保和节能的今天,钢结构在建筑工程中的应用将得到更大的发展,也必将在变电站建筑中得到很好的应用。
结语
由于钢结构建筑可以实现“标准化设计，工厂化加工，装配式建设”，能够降低造价、缩短工期，提高工程质量，减少资源消耗和污染物排放等等，受到了业界的重视，获得了广泛的应用。同时，钢结构装配式变电站的理论和技术在不断发展、更新和完善。未来，装配式变电站建设将朝着使运行维护更加安全、可靠，建设方式更加经济、环保的方向发展。
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