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【摘 要】随着对超高压、特高压输变电工程的建设，钢结构的利用越来越普及。文章介绍了钢结构在变电站建筑施工中的优点，以及存在的不足和解决方案。
【关键词】变电站；建筑；钢结构
随着城市建设及电网的飞速发展，变电站的建设也在不断发展。根据变电站建设中的节能、环保、抗震、标准化的要求，通过研究及应用，钢结构作为一种新型建筑材料，凭借其优越的特性，将逐渐成为变电站建筑发展的一个新方向。
1 钢结构在变电站应用实例
典型钢结构变电站一般采用主体建筑为钢结构，地下电缆夹层为钢筋混凝土结构。工程建筑面积和高度均可视变电站需求取相应数值，院内设有循环道路等附属设施。要求主厂房耐火等级达到Ⅰ级，抗震满足防烈度8度，建筑物设计使用年限达到50年。
变电站分主厂房、GIS室、主变间。主厂房地上部分采用两层钢结构形式，地下部分是夹层，采用钢筋混凝土结构形式。主厂房地上一层设10kV开关室、10kV接地变室、警卫室等附属房间，主厂房地上二层设主控室、电容器室等。GIS室、主变间为单层钢结构厂房，与主厂房贴建。
钢结构部分设计要点：将上部钢框架结构的嵌固部位设在地下室顶板上，框架钢柱的柱脚采用基础预埋螺栓连接，基础为现浇钢筋混凝土梁式筏基，应注意基础螺栓在柱内及顶板梁上预埋时质量控制。结构安装焊接质量控制采用现场超声波检测。变电站工程的楼板采用组合结构，楼板采用压型钢板上现浇混凝土的组合楼板。外墙采用加气混凝土砌块，外墙装饰材料采用铝单板，焊接安装牢固整体性好、不易脱落、美观大方。
2 钢结构在变电站应用的优势
钢结构与钢筋混凝土结构相比，在使用功能、材料性能、受力特点、设计、施工工艺和工期、环保节能以及综合经济方面都具有优势，变电站建筑应用钢结构的优势主要表现在以下几个方面。
2.1 钢结构材料自重轻而承载力高
钢结构材料与钢筋混凝土材料相比，具有自重轻而承载力高的特点。据资料显示，钢结构强度重量比的指数是钢筋混凝土的5倍以上。钢材的抗拉、抗压、抗剪强度相对较高，截面的选择可以相对较小，从而可显著减轻结构自重。一般情况下，钢筋混凝土建筑物的自重在1.5～2.0t/m2左右，钢结构建筑自重大多在1.0t/m2以下，相差近2倍，减轻自重的优势明显。在承受荷载条件相同时，钢结构自重轻，基础承担的荷载也相应减少，可降低基础及基础处理造价，一定程度上缩短了建设工期。
2.2 抗震性能好
在国外的部分地震区里大部分建筑是以钢结构为主，主要原因就是钢结构具有良好抗震性能。按抗震设计规定：弹性计算阶段的高层结构层间位移限制，对钢筋混凝土结构规定为h/550，而对钢结构则可放宽至h/300，二者相差约1.8倍。可见钢结构建筑整体性好，抗震性能好，与钢筋混凝土相比在强度、韧性、延性、强度质量比上都具有优势。钢结构用于变电站建筑可充分发挥钢结构的优势，使建筑具有优良的抗震抗风性能，大大提高变电站的安全可靠性。钢结构建筑能够满足抵御烈度为8度的强烈地震的破坏，符合我国对变电站抗震《建筑抗震设计规范》、《建筑工程抗震设防分类标准》、《电力设施抗震设计规范》规定的要求。
2.3 施工实现标准化作业，易于质量控制，并有效减少现场作业工期
钢结构材料除基础按照传统结构形式进行建造外，其它全部实现了工厂预制和现场装配化施工，实现了工业化运作，影响材料质量因素大大减少，质量监督控制较容易，便于形成标准的建筑体系，实现了构件的工厂化和施工的机械化。变电站一般为2～3层建筑，钢结构工程可取一个施工段，在现场一次吊装作业，同时楼板采用钢板作为浇注混凝土模板的组合式楼板，作业流程简单，施工快捷，节省搭设脚手架和模板工序，并且各分项工程可以同时进行施工而互不影响，节省了时间和劳动力，现场工作量明显减少。
2.4 分割布置灵活，能合理利用空间
传统的钢筋混凝土结构由于材料自重大，限制了空间尺寸，如果跨度过大，就会出现梁高、柱大、板厚的现象。而钢结构柱及轻质围护分隔墙体自身占用面积较小，可以减少房屋结构占用的建筑面积，从而增加建筑物内有效使用面积，即相同的占地面积产生更多的使用面积。同时利用钢材的高强度重量比特点，采用跨度较大开间设计，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，满足相同结构类型变电站安装不同设备的需要。
2.5 环保节能
钢结构建筑构件大多采用工厂化加工、运输到现场装配，构件采用焊接或螺栓连接，如变电站安装电气设备一样，随时购买，随时安装。因此施工占地少，大量减少混凝土等湿式作业，取而代之的干式施工无污染，无燥音，避免了湿式施工造成的环境污染和噪声污染。使用寿命到期时，钢材是可以100%回收再利用资源，完全符合当今环保概念的要求。
正是因为钢结构与其它结构形式相比具有如上优点，钢结构才能在当今建筑工程中的应用取得突飞猛进的发展。
3 钢结构存在的不足及解决方案
钢结构在建筑应用中尽管有很多优势，但它仍存在一些弱点，需要采取相应措施予以改进。
3.1 钢结构的防火问题
耐火性弱决定了钢结构必须采取防火措施。钢结构建筑的梁、柱、屋架大多采用钢材，是建筑的骨架，直接关系到整个建筑的安全，钢材虽然是不燃材料，但是会随着温度的变化，其力学指标会发生很大的改变，承载力和平衡稳定性会随温度升高而大幅度下降。钢结构在温度达到350℃、500℃、600℃时，其强度分别下降1/3、1/2、2/3，在高温条件下其内部应力也会发生改变，使钢结构承重体系出现问题。按照理论计算，在全负荷下，钢结构失去平衡稳定性的临界温度为500℃，一般火场温度都在800～1000℃左右，在这样的高温条件下，无任何保护的钢结构很快就会出现塑性变形倒塌。
目前钢结构通常有三种防火保护方法：喷涂法，包敷法，水淋冷却法，变电站的耐火等级一般为Ⅰ级，可根据具体情况选出最适合的钢结构防火保护方法，符合《建筑设计防火规范》的要求，做到既安全又经济。变电站可选用喷涂法达到防火保护作用，但会使钢结构表面变得粗糙，同时还会增加钢结构的承重。可以适当考虑包敷法。
3.2 钢结构的防腐蚀问题
钢结构不耐腐蚀是另一个主要缺陷，这也是钢自身特性所决定的。目前钢结构通常有五种防腐保护方法：耐候钢、热浸锌、热喷铝（锌）复合涂层、涂层法、阴极保护法。由于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，热喷铝（锌）复合涂层是一种比较好的变电站防腐解决方法，它是通过一定工艺使钢结构表面形成一种复合涂层，达到防腐效果。这种工艺的优点是对构件尺寸适应性强，构件形状尺寸几乎不受限制。另一个优点是这种工艺的热影响是局部受约束的，不会产生热变形。另外，在防腐处理之前应对钢构件表面进行完全地清理（机械处理法），否则会影响涂层和构件的结合和防腐，影响使用寿命。
3.3 变电站特殊需求决定钢结构变电站的特殊性
与其它钢结构建筑物不同，变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能的电力设施，决定了变电站要设置大量埋件来安装设备，要有大量线缆、埋管穿梭于各个设备间，要有很多设备开洞等来满足今后设备的安装、运行要求。目前主要利用钢柱、钢梁设置并可包裹在板材之内的解决方案。在设置较大荷载埋件时须采用混凝土结构形式时，应尽量减少现场混凝土的施工作业。管线敷设可采用在墙体上开槽暗敷埋设，最后进行墙体粉刷，使墙体表面平整，应尽量减少线槽敷设的明敷形式。
4 结束语
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。
【关键词】变电站；建筑；钢结构
随着城市建设及电网的飞速发展，变电站的建设也在不断发展。根据变电站建设中的节能、环保、抗震、标准化的要求，通过研究及应用，钢结构作为一种新型建筑材料，凭借其优越的特性，将逐渐成为变电站建筑发展的一个新方向。
1 钢结构在变电站应用实例
典型钢结构变电站一般采用主体建筑为钢结构，地下电缆夹层为钢筋混凝土结构。工程建筑面积和高度均可视变电站需求取相应数值，院内设有循环道路等附属设施。要求主厂房耐火等级达到Ⅰ级，抗震满足防烈度8度，建筑物设计使用年限达到50年。
变电站分主厂房、GIS室、主变间。主厂房地上部分采用两层钢结构形式，地下部分是夹层，采用钢筋混凝土结构形式。主厂房地上一层设10kV开关室、10kV接地变室、警卫室等附属房间，主厂房地上二层设主控室、电容器室等。GIS室、主变间为单层钢结构厂房，与主厂房贴建。
钢结构部分设计要点：将上部钢框架结构的嵌固部位设在地下室顶板上，框架钢柱的柱脚采用基础预埋螺栓连接，基础为现浇钢筋混凝土梁式筏基，应注意基础螺栓在柱内及顶板梁上预埋时质量控制。结构安装焊接质量控制采用现场超声波检测。变电站工程的楼板采用组合结构，楼板采用压型钢板上现浇混凝土的组合楼板。外墙采用加气混凝土砌块，外墙装饰材料采用铝单板，焊接安装牢固整体性好、不易脱落、美观大方。
2 钢结构在变电站应用的优势
钢结构与钢筋混凝土结构相比，在使用功能、材料性能、受力特点、设计、施工工艺和工期、环保节能以及综合经济方面都具有优势，变电站建筑应用钢结构的优势主要表现在以下几个方面。
2.1 钢结构材料自重轻而承载力高
钢结构材料与钢筋混凝土材料相比，具有自重轻而承载力高的特点。据资料显示，钢结构强度重量比的指数是钢筋混凝土的5倍以上。钢材的抗拉、抗压、抗剪强度相对较高，截面的选择可以相对较小，从而可显著减轻结构自重。一般情况下，钢筋混凝土建筑物的自重在1.5～2.0t/m2左右，钢结构建筑自重大多在1.0t/m2以下，相差近2倍，减轻自重的优势明显。在承受荷载条件相同时，钢结构自重轻，基础承担的荷载也相应减少，可降低基础及基础处理造价，一定程度上缩短了建设工期。
2.2 抗震性能好
在国外的部分地震区里大部分建筑是以钢结构为主，主要原因就是钢结构具有良好抗震性能。按抗震设计规定：弹性计算阶段的高层结构层间位移限制，对钢筋混凝土结构规定为h/550，而对钢结构则可放宽至h/300，二者相差约1.8倍。可见钢结构建筑整体性好，抗震性能好，与钢筋混凝土相比在强度、韧性、延性、强度质量比上都具有优势。钢结构用于变电站建筑可充分发挥钢结构的优势，使建筑具有优良的抗震抗风性能，大大提高变电站的安全可靠性。钢结构建筑能够满足抵御烈度为8度的强烈地震的破坏，符合我国对变电站抗震《建筑抗震设计规范》、《建筑工程抗震设防分类标准》、《电力设施抗震设计规范》规定的要求。
2.3 施工实现标准化作业，易于质量控制，并有效减少现场作业工期
钢结构材料除基础按照传统结构形式进行建造外，其它全部实现了工厂预制和现场装配化施工，实现了工业化运作，影响材料质量因素大大减少，质量监督控制较容易，便于形成标准的建筑体系，实现了构件的工厂化和施工的机械化。变电站一般为2～3层建筑，钢结构工程可取一个施工段，在现场一次吊装作业，同时楼板采用钢板作为浇注混凝土模板的组合式楼板，作业流程简单，施工快捷，节省搭设脚手架和模板工序，并且各分项工程可以同时进行施工而互不影响，节省了时间和劳动力，现场工作量明显减少。
2.4 分割布置灵活，能合理利用空间
传统的钢筋混凝土结构由于材料自重大，限制了空间尺寸，如果跨度过大，就会出现梁高、柱大、板厚的现象。而钢结构柱及轻质围护分隔墙体自身占用面积较小，可以减少房屋结构占用的建筑面积，从而增加建筑物内有效使用面积，即相同的占地面积产生更多的使用面积。同时利用钢材的高强度重量比特点，采用跨度较大开间设计，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，满足相同结构类型变电站安装不同设备的需要。
2.5 环保节能
钢结构建筑构件大多采用工厂化加工、运输到现场装配，构件采用焊接或螺栓连接，如变电站安装电气设备一样，随时购买，随时安装。因此施工占地少，大量减少混凝土等湿式作业，取而代之的干式施工无污染，无燥音，避免了湿式施工造成的环境污染和噪声污染。使用寿命到期时，钢材是可以100%回收再利用资源，完全符合当今环保概念的要求。
正是因为钢结构与其它结构形式相比具有如上优点，钢结构才能在当今建筑工程中的应用取得突飞猛进的发展。
3 钢结构存在的不足及解决方案
钢结构在建筑应用中尽管有很多优势，但它仍存在一些弱点，需要采取相应措施予以改进。
3.1 钢结构的防火问题
耐火性弱决定了钢结构必须采取防火措施。钢结构建筑的梁、柱、屋架大多采用钢材，是建筑的骨架，直接关系到整个建筑的安全，钢材虽然是不燃材料，但是会随着温度的变化，其力学指标会发生很大的改变，承载力和平衡稳定性会随温度升高而大幅度下降。钢结构在温度达到350℃、500℃、600℃时，其强度分别下降1/3、1/2、2/3，在高温条件下其内部应力也会发生改变，使钢结构承重体系出现问题。按照理论计算，在全负荷下，钢结构失去平衡稳定性的临界温度为500℃，一般火场温度都在800～1000℃左右，在这样的高温条件下，无任何保护的钢结构很快就会出现塑性变形倒塌。
目前钢结构通常有三种防火保护方法：喷涂法，包敷法，水淋冷却法，变电站的耐火等级一般为Ⅰ级，可根据具体情况选出最适合的钢结构防火保护方法，符合《建筑设计防火规范》的要求，做到既安全又经济。变电站可选用喷涂法达到防火保护作用，但会使钢结构表面变得粗糙，同时还会增加钢结构的承重。可以适当考虑包敷法。
3.2 钢结构的防腐蚀问题
钢结构不耐腐蚀是另一个主要缺陷，这也是钢自身特性所决定的。目前钢结构通常有五种防腐保护方法：耐候钢、热浸锌、热喷铝（锌）复合涂层、涂层法、阴极保护法。由于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，热喷铝（锌）复合涂层是一种比较好的变电站防腐解决方法，它是通过一定工艺使钢结构表面形成一种复合涂层，达到防腐效果。这种工艺的优点是对构件尺寸适应性强，构件形状尺寸几乎不受限制。另一个优点是这种工艺的热影响是局部受约束的，不会产生热变形。另外，在防腐处理之前应对钢构件表面进行完全地清理（机械处理法），否则会影响涂层和构件的结合和防腐，影响使用寿命。
3.3 变电站特殊需求决定钢结构变电站的特殊性
与其它钢结构建筑物不同，变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能的电力设施，决定了变电站要设置大量埋件来安装设备，要有大量线缆、埋管穿梭于各个设备间，要有很多设备开洞等来满足今后设备的安装、运行要求。目前主要利用钢柱、钢梁设置并可包裹在板材之内的解决方案。在设置较大荷载埋件时须采用混凝土结构形式时，应尽量减少现场混凝土的施工作业。管线敷设可采用在墙体上开槽暗敷埋设，最后进行墙体粉刷，使墙体表面平整，应尽量减少线槽敷设的明敷形式。
4 结束语
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。