邓海翔
广东电网能源发展有限公司 广东广州 510160
摘要：本文根据装配式结构的特点介绍了装配式变电站土建设计原则，同时结合某装配式变电站的工程案例，对当前工程实例进行施工质量控制分析，为装配式变电站的推广和应用提供依据和参考。
关键词：装配式；土建；变电站；围护系统；墙板缝
引言
近年来，装配式建筑以其建造速度快，生产成本低，绿色施工节能环保的特点而被广泛应用于民用及工业建筑领域。鉴于传统型式的变电站存在诸如施工周期长、现场工序多、环境污染大等问题，难以适应新时期建设新型变电站的要求，新型装配式变电站得到了更加广泛的关注和研究并被应用到实际工程项目中。现有的装配式变电站实现了“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”，优化了传统的布局模式，提高了建筑的综合指标，满足了施工质量和进度的要求，获得了较好的经济和社会效益。
1.装配式变电站土建设计原则与特点
装配式变电站主要针对标准配送式智能变电站设计需求产生的，它推动设计理念的创新、突出建筑的工业化设施定位，体现优化集成的设计思想。其以变电站全寿命周期成本最优为目标，以工业标准化来代替现场浇筑制作；以各施工工序并联进行代替施工串联流程，实现变电站土建施工先行的可操作性，缩短工程建设周期。装配式变电站的土建设计与传统设计方式有明显不同，其在设计过程中需综合考虑预制构件生产工艺、运输条件、现场施工条件及安装方式等因素，需结合地区资源条件以及项目自身特点来确定总体技术方案，同时在设计阶段除正常使用阶段的结构计算外，还应对预制构件的运输及吊装过程进行验算并对施工技术要点、施工顺序进行必要的详细说明。
2.装配式结构体系和材料的选择
下面结合目前常用装配式变电站结构体系和材料特点展开分析。装配式建筑主要由结构体系和围护系统构成。结构体系主要有装配式混凝土柱+钢屋架组合结构、轻型门式刚架、钢框架、冷弯薄壁型钢结构体系；围护系统主要有ALC板、FC板，ECP板、压型钢板夹芯板、钢丝网水泥夹芯板、GRC复合板。
2.1 装配式结构体系
（1）装配式混凝土柱+钢屋架组合结构: 结构柱采用预制混凝土柱，梁采用实腹式钢梁或钢结构桁架梁。该种结构技术核心在于节点的处理。在节点处存在一定量的湿作业且工艺要求较高，技术难度较大。且受工艺布置影响标准化程度低，使得构件获取困难。若采用叠合梁板，会有不少现浇工作量，若采用焊接连接则梁柱构件内需预留大量埋件，加工施工均不便。针对以上原因，该种结构体系目前在装配式变电站建设方面应用较少。
（2）轻型门式刚架：由刚架柱、斜梁、侧向支撑、檩条、系杆、山墙骨架组成。该种结构技术成熟度较高，具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、工厂化加工的特点。因此对于户外AIS,HGIS室等变电站单层建筑物较为适用，而户内GIS室受站区面积、房间功能要求等因素影响不适用于该种类型结构。
（3）钢框架：其主要包括钢框架+压型组合楼盖结构体系以及空腹梁支撑钢框架体系，两者间的不同主要存在于楼盖系统的不同。对于空腹梁支撑钢框架体系，其框架柱与桁架梁的带法兰的柱套连接、斜撑与柱、梁的高强螺栓连接为该体系的关键节点，此两项连接实现了结构的分层装配，也是满足工业化生产要求的关键。该种结构体系适用于变电站的生产综合楼、配电装置楼等多层建筑物，屋顶有设备的单层重型屋面建筑物，因此对于户内GIS室
较为适用。
（4）冷弯薄壁型钢结构体系：由墙体、楼面及屋面三大系统组成。所有构件采用常温下轧制成型的镀锌薄壁型钢，一般采用C形和U形薄壁截面。该种结构体系采用工厂化生产并通过自攻或自钻螺钉实现现场快速装配。其为无柱结构，室内空间利用率高，具有自重轻、跨度大、抗风抗震性能好，保温隔热，隔声好的特点。由于该结构体系为轻钢结构体系，其楼面系统的荷载范围一般为3-5kN/m2，适用于变电站单层、多层轻载屋面建筑物。对于GIS室等大荷载楼面则不适用。
2.2 围护系统
对比分析目前常用的这几种围护结构的性能特点，综合来说，GRC复合板材是一种集装修保温于一体复合墙板，且各项性能指标良好，是未来围护系统的发展方向；ALC板保温隔热性能好，却存在刚度较低，表面硬度不够，接缝多，装饰工程量大的缺点，多用于内墙；FC复合板材质轻高强，隔热保温性能好，但现场施工量大，效率低，不符合预制装配工业化要求；ECP板表观质量好，强度高，但现场施工量大，效率低，板材色差大且造价高；压型钢板夹芯板外表美观，自重轻，抗震性能好，但是防腐、防火及耐久性却是其薄弱环节，需要定期维修；钢丝网架水泥夹芯板轻质高强，抗震性能较好，但是接缝多，还存在热桥、二次装修等问题。
结合以上对比分析同时总结南方电网公司在装配式变电工程方面的实践经验可以发现：装配式变电站建筑结构型式推荐采用钢结构，其在工厂化生产、标准化施工、建设周期、抗震防灾，节能环保等方面体现出了明显优势，同时也符合建筑工业化的发展方向；在围护系统方面，ALC板、ECP板、压型钢板夹芯板等板材存在表面硬度不够、色差大、耐久性及定期维护等问题，而具有免维护装修保温一体化的复合墙板则是未来围护系统的发展方向。
3 110kV某变电站工程实例
某110kV某变电站采用了装配式结构。该站主建筑地上采用单层钢框架装配式结构，主体框架采用钢梁、钢柱，其中钢梁采用H型钢，钢柱采用箱形截面，钢材型号均为Q345B。屋面板为钢筋桁架楼承板结构，基础为钢筋混凝土筏板基础和钢筋混凝土独立基础。地下设电缆夹层，电缆夹层顶板采用钢筋混凝土梁板式结构，主变压器基础采用现浇钢筋混凝土基础。建筑外墙采用装配式墙板，拟选用高强挤塑成型水泥板（AS板）+轻钢龙骨石膏板，内墙采用轻钢龙骨石膏板内隔墙。该钢框架及外墙围护结构均在工厂预制，现场只需进行拼接即可，有利于加快变电站的施工进度。
3.1 装配式围墙
一般在变电站周边建有高 2 m 左右的不通透围墙，用于保障变电站生产区的安全生产。变电站的围墙都是比较长的，如果采用传统的现场砌筑办法，会导致施工周期过长，并且现场砌筑时，砌筑工作和粉刷等的工作量大。然而，装配式变电站的围墙主要由杯口基础、预制混凝土柱和围护板构成。根据现场基础条件不同，可以采用现浇杯口基础。构造柱采用预制混凝土异形柱，每隔 3 m 左右设置。围墙板材采用 ALC 板材，既轻质又有一定抗风承载力。在进行现场装配时，将条状形的壁板沿着预制柱构件中预留的凹槽嵌入，嵌入到位后，为了使围墙与柱成为一个整体，采用强度等级更高的水泥砂浆对预制围墙与预支柱凹槽间的缝隙进行填充。用 ALC 嵌缝剂对板缝进行处理，ALC 板围墙两面处理采用四道工序: 一道丙乳密封液，一道护防水腻子，两道外墙防水弹性涂料。ALC 板颜色可现场确定。
3.2装配式防火
本工程主变位于生产综合楼外，两者相距较近，工程防火应着重考虑。查阅《建筑设计防火规范》GB50016，建筑物及构筑物柱与梁的耐火极限分别为2.5h、1.5h，通过对柱、梁以及相关连接钢件均作防锈处理后采用薄涂型防火材料以使其满足防火要求。结构的围护墙
体采用AS板材，根据《火力发电厂及变电站设计防火规范》规定的的防火墙耐火极限不小于3.0h的要求，可知满足防火要求。
3.3 装配式电缆沟
装配式电缆沟主要包括两个部分构件: 预制钢筋混凝土电缆沟单体和沟盖板。装配式电缆沟这两部分都是在工厂进行标准化设计并生产出来的。电缆沟由 U 型电缆沟体相接组成，其由左右对称的两块 L 型电缆沟体拼装而成。电缆沟壁与底板在工厂内整体浇筑，运至现场拼装连接，此种连接方式简单，但运输费用较大; 若采用分拆拼装式，即沟壁及底板分开预制，到现场后再行拼装，则连接工序稍微较复杂且防水稍差些，但易于运输。如果采用分拆拼装式，为了达到防水的目的，一方面可以在连接的时候采用凹凸槽对口的拼装方式，即在电缆沟单体的一个端面设置凹槽，另一个端面设置相对应的凸缘 ( U 型端面) ，对于拼装后槽口存在的缝隙，采取密封胶来密封，从而达到防水效果。此外还需要在预埋在沟壁的扁钢上焊接电缆支架。为了增强沟底的排水能力，并且减少积水，在对装配式电缆沟进行设计时，可在每个电缆沟的单体底部开设汇水沟槽。为了将水引导到中间汇水沟槽，在设计时需要将装配式电缆沟单体底面设计为斜面。
3.4钢结构防腐
结构主体的钢结构防腐应在防火涂料涂刷前完成，首先所有构件均采用质量等级为P Sa2 1/2的喷射除锈，并采用冷喷锌加面漆的防腐，喷涂ZD96-1冷喷锌一道，ZS43-40可复涂聚氨酯面漆一道。喷涂过程中应按规定分层施工，每层涂料施工时，前一道涂料应表干，厚度均匀，并在实干后方可采取保护性措施。
3.5墙板缝的处理
所有板缝在刮腻子前采用耐碱玻纤网格布防裂，同时为防止构件拼接处漏水，设计在水平拼接缝处采用三道防水措施，即材料自身的密封防水、空腔构造防排水、空心橡胶密封条防水。墙体与窗框处的防水可采用窗框与墙板的整体制作。
4结束语
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。一方面，预制化程度将越来越高，例如预制基础、预制电气设备，甚至完全转型为室内变电站；另一方面，集成度水平将不断提高，实现模块化，进一步节约工程占地面积，有效降低成本，提高工程的收益率。
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