国核电力规划设计研究院有限公司 100095
摘要：近年来，我国对低碳节能、环境保护、减少扰民的重视逐步提高，装配式建筑的推广成为趋势。在电力行业中，装配式变电站的设计方案能够显著减少施工现场的湿作业，缩短建设周期，减少废水废物排放，降低粉尘和噪声污染。本文探讨了装配式变电站的土建设计方案，包括装配式配电装置楼设计及装配式构筑物设计，供相关人员参考。
关键词：装配式；配电装置楼；构筑物
长期以来，我国变电站的建设广泛采用钢筋混凝土和砌筑相结合的设计方案，在建设周期内，需要就近采购砂石、砌块、钢筋、水泥等建筑材料，现场绑扎钢筋、支模、浇筑混凝土、养护、砌筑墙体，施工周期长，废水废物排放量大，施工扬尘和噪音污染严重。随着我国对节能环保的重视逐步提高，越来越多的变电站开始采用装配式设计方案。
1 装配式配电装置楼
装配式配电装置楼通常采用装配式混凝土结构和装配式钢结构两种形式。装配式混凝土结构与传统的现浇结构相比，具有工期短，污染小，材料损耗少等优点。然而，装配式混凝土结构的节点连接处构造复杂，通常需要湿作业。此外，预制混凝土模块自重大，给运输和安装带来较大困难。相较而言，装配式钢结构体系自重轻，延性好，刚度均匀，抗震性能好，湿作业工作量更少，节点构造简单，施工速度更快。尤其是装配式钢框架结构体系，建筑物平面布置更加灵活，室内可利用空间大，为电气设备的安装、使用和检修带来便利，更加适用于配电装置楼的设计，见图1.1。
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图1.1 装配式钢框架结构配电装置楼
1.1楼、屋面做法
楼面采用压型钢板-混凝土组合楼板。压型钢板既充当楼板的底模，又增强了板底的受拉承载力。压型钢板通过栓钉与钢梁连接。该方案用压型钢板取代了传统的木模板及支撑，施工快捷，杜绝了施工中木模板起火的可能性。
屋面采用钢筋桁架楼承板-混凝土组合楼板。在场外将楼板钢筋加工成钢筋桁架，并与镀锌钢板焊接成一体，形成组合模板。在施工期间，该系统作为楼板的底模承受施工荷载，并充当钢梁的侧向支撑；在使用阶段，该系统与混凝土共同承担荷载。
1.2框架柱选型
框架柱采用箱型截面钢柱和H型钢柱，通常采用的截面有箱400×400×20×20、箱400×600×20×20、HW400×400×13×21等。钢柱制作方便，技术成熟，截面种类较少，便于统一生产。
1.3框架梁选型
框架梁采用H型钢梁。通常采用的截面有HN800×300×14×26、HN600×200×11×17、HN500×200×10×16、HN400×200×8×13等。H型钢梁加工方便，与钢柱连接构造简单。
1.4结构连接节点选型
钢柱与基础采用地脚螺栓连接，根据《钢结构设计标准》GB5017-2017设置外包柱脚；框架梁柱连接为刚性连接；次梁与主梁连接为铰接连接。节点受力明确，计算简单。
1.5墙檩结构
墙檩采用方矩管截面，刚度较大，且两个方向刚度相等，与其他截面相比更加经济。
1.6 墙体设计
外墙采用金属夹芯板，钢板厚度外层0.8mm，内层0.6mm，100mm厚防火岩棉夹芯，内衬板材采用双层12mm厚高级耐水耐火纸面石膏板。内墙采用轻钢龙骨石膏板，两侧板材采用双层12mm耐火纸面石膏板，填充100mm厚防火岩棉夹芯。对于卫生间等有水房间，采用硅酸钙板墙体。对于电容器之间墙体、主变压器侧墙体采用135mm厚保温隔热水泥纤维板，保证防火性能。装配式墙体自重轻，安装便捷，且能满足保温、隔声、防潮、防火、美观等需求。
2 装配式变电站围墙
围墙高2.3m，柱间距3.6m，围墙柱顶水平位移不超过墙高/100。混凝土柱、HPC混凝土板、压顶均在场外预制，现场安装，钢构件采用热镀锌防腐，围墙外观见图2.1。装配式围墙主要承受自重及风荷载。压顶和墙板所承受的风荷载通过承插连接传递给围墙柱，再传递到基础。
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图2.1 装配式变电站围墙
装配式围墙现场安装简单高效。通常由1名技工，3名普工，1台12 t 吊车组成一个作业组。一个作业组每天平均可施工30~40 m。首先，采用钢卷尺及经纬仪对围墙柱基础分中弹线，预制柱采用吊车吊装就位。之后，在基础梁上安装预制墙板。板与柱的间隙填充发泡水泥，板与板的连接处打密封胶。墙板安装完毕后安装压顶。
3 装配式电缆沟
电缆沟是变电站内的重要构筑物之一，主要由沟壁和盖板两部分组成。
3.1装配式电缆沟壁
装配式混凝土电缆沟壁在工厂内模块化生产，在场内安装，现场工作量小，施工质量高，尤其适用于截面较大的电缆沟。预制电缆沟壁外观见图3.1。对于电缆沟交接处，可采用现场浇筑混凝土的方式，也可采用在工厂预制节点，见图3.2。
图3.2 装配式混凝土电缆沟节点
3.2 装配式电缆沟盖板
常见的装配式电缆沟盖板主要有预制钢筋混凝土盖板、新型树脂复合材料盖板、无机复合型盖板、钢化玻璃盖板等。相比之下，预制钢筋混凝土盖板制作简单且工艺成熟，可靠耐用，造价经济，应用最为普遍。预制钢筋混凝土盖板制作中要一次浇筑成型，保证盖板光滑平整，见图3.3。
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图3.3 预制钢筋混凝土电缆沟盖板
4 装配式电缆隧道
传统的现浇钢筋混凝土电缆隧道施工工序主要包括土方开挖、浇筑垫层、绑扎底板钢筋、支侧墙模板、浇筑底板、支模、绑扎顶板钢筋、浇筑侧墙及顶板、混凝土养护、土方回填等。而装配式电缆隧道施工通常只需要土方开挖、浇筑垫层、安装预制构件及土方回填，可显著缩短工期，且节约了大量的人力。装配式电缆隧道的外观见图4.1。电缆隧道各预制模块之间采用钢绞线施加预应力连接，钢绞线材料参数符合《预应力混凝土用钢绞线》GB/T 5224-2014，节点安全可靠。此外，为保证预制电缆隧道的水密性，各模块之间采用两道天然橡胶密封圈密封。
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图4.1 装配式电缆隧道
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图5.1 装配式建筑物基础
5 装配式建筑物基础
建筑物基础可采用NJ-2型装配式基础，见图5.1。两个基础底板接缝处设置横梁，横梁上的预埋螺栓穿过底板中的预留孔将两个模块相连。基础梁错缝布置在基础底板之上，通过预埋螺栓与基础底板连接。该方案施工简便，技术可靠，与现浇建筑物基础相比，工期可缩短约50%。
6 装配式设备支架基础
装配式设备支架基础整体在场外制作，现场整体吊装，基础与上部结构采用地脚螺栓连接，见图6.1。
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图6.1 装配式设备支架基础
7 装配式电气设备基础
变电站内的电气设备基础通常由基础底板和墩台两部分组成，底板下方设置连接横梁，通过横梁上的预埋螺栓将两块底板连接为整体。上部墩台通过底板上的预埋螺栓与底板连接，见图7.1。
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图7.1 装配式电气设备基础
8 其他装配式构筑物
除上述装配式建构筑物外，变电站的土建设计中还可以采用预制混凝土散水、预制灯具及端子箱基础、预制建筑物室外楼梯、装配式钢筋混凝土检查井等。
9 困难及建议
与装配式民用建筑，特别是高层住宅项目相比，变电站内的装配式建构筑物往往规模较小，大量建筑模块具有特例性，需要专门订制，规模化生产难以实现，导致成本增加。对此，建议采用如下措施改善现状：
1）对各地区变电站建构筑物形式、尺寸进行调研，结合各地区变电站建设及运营管理部门的需求，固化预制构件规格尺寸，形成能够推广的模块库。
2）进一步在变电站典型设计方案中推广模块化方案，加大变电站装配式设计的深度和广度。
3）针对同一时期内建设的变电站，统一定制模块，批量化生产。
参考文献：
[1]GB5017-2017，钢结构设计标准[S].
[2]GB/T 5224-2014, 预应力混凝土用钢绞线[S].
[3]DL/T 5457-2012, 变电站建筑结构设计技术规程[S].
[4]GB50229-2019，火力发电厂与变电站设计防火标准[S].
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