變電站建筑結構抗震設計中的問題分析

廣東永光新能源設計咨詢有限公司 黃德權

設計施工環節是變電站建筑結構設計、施工的重要內容，當設計出現問題會對后續施工建設造成影響，加劇資源浪費，同時會對客戶用電質量造成影響，安全隱患大、危及生命安全。

1 變電站建筑結構抗震設計問題

建筑選址問題。按照變電站實際特點可知，變電站內部多數設備具備大電壓、大電流特點，電路之間容易穿插，外部環境影響大。如山體滑坡、地震等災害都會危及變電站內部設備運行，還會出現線路短路故障，引發變電站火災事故，嚴重威脅人員人身安全。因此須高度重視變電站設計選址，將變電站選擇在雷電頻發地區會極大影響變電站運行。規劃設計期間，多數變電站建筑結構設計人員并沒有考慮地址特點的影響，設計前期考察不到位、影響機電設備地理位置選擇，從而對變電站正常使用造成影響[1]。

體型設計問題。建筑結構設計中，注重加強抗震效果、合理規劃建筑體型，保證平面與空間形狀合理性。注重研究建筑地震災害，不規則體型建筑的地震災害影響大。不規則建筑空間結構復雜，地震波對建筑結構的影響非常大，會導致建筑出現晃動問題，致使內部結構部件松動及錯位，對建筑結構承載能力影響大。對于規則建筑結構地震波也會帶來影響，但由于結構規整性與穩定性，不會導致建筑結構出現嚴重變形。建筑體型設計不僅要優化平面與空間形狀、加強結構規則性，還需減少凹凸造型、確保建筑結構兩端對稱性，維護結構剛度與強度，確保受力分布均勻性。

平面布置設計問題。建筑結構設計中，確保平面布置合理能提升建筑結構質量：平面布置設計合理性可準確劃分建筑結構功能，維護建筑實用性與有效性；建筑結構梁板與柱子布置時，平面布置設計屬于基礎內容，會直接影響建筑強度與承載能力。所以開展平面布置設計時應聯合建筑結構功能要求，確保內部空間效果規劃合理，加強空間結構連接堅固性。當發生地震災害時可降低地震波對空間結構的影響，維護結構穩固性，減少危險與損失[2]。

2 變電站建筑結構抗震設計措施

2.1 做好前期現場調查

注重前期準備工作，可確保工程開展順利性。在設計變電站建筑結構前應當收集變電站設計材料，深入研究和計算變電站線路設計最優化，明確變電站內部各環節關系。同時，變電站前期規劃設計中注重分析變電站地址選擇，深入分析變電站選址可行性，考慮變電網絡規劃總圖，按照實際問題開展科學化分析。設計人員注重檢查目標建設地點的地形地質，掌握地質承載能力，收集建設資料，驗證變電站建設可行性，聯合實際建設需求選擇適宜地點施工。按照站內規劃情況，獲得當地政府審批，確保變電站順利完工。

2.2 選擇抗震結構方案

我國各地區情況差異大，所以發生地震災害等級與頻率的差異大。變電站確定抗震指標，應按照地震災害頻率分析選擇可緩解抗震危害的設計方案。如，地區地震烈度為7度，變電站丙類建筑采用砌體結構，當普通磚最小厚度不小于240mm時應當確保建筑高度低于21m、層高控制在3m內。變電站建筑內部設備比較多、橫墻布置少，應確保建筑總高度小于18m，也可采用框架型結構。在設計結構時，保證建筑層高一致，從而確保變電站建筑各部分結構剛度相同。

2.3 優化平面布置

變電站結構抗震設計時選擇科學的平面布置。變電站發生地震災害時，由于建筑橫向地震承載力、水平剛度不滿足要求，極易造成建筑倒塌現象，增加變電站經濟損失。針對砌體結構，合理設計建筑物橫墻間距、優化調整建筑剛度，在調整橫墻間距時保證建筑水平高度達標。針對橫墻最大間距，應按照不同情況確定，當地區抗震設防為7度時抗震橫墻間距最大為15m。變電站建筑平面設置時須明確受力狀態，保證剛度與質量對稱性，以確保建筑整體規整。變電站建筑豎向布置時應聯合橫向布置，使建筑結構高度降低，從而優化變電站結構抗震設計[3]。

2.4 合理應用變電站分體柱

短柱抗彎承載能力、抗剪承載力存在不均勻性特點，當發生地震災害時變電站建筑結構抗剪能力不足極易產生損壞問題，無法充分發揮出抗彎承載能力的作用。在劃分性能時，注重加強抗彎承載能力、抗剪承載能力的協調性，在地震作用下，柱子先達到抗彎強度、呈現延性破壞狀態，分體柱方法注重系統短柱抗彎承載、抗剪承載。經濟技術快速發展加大了建筑結構抗震設計研究力度，特別是建筑結構、地基材料性能、計算理論、動力響應研究成效，有助于提升建筑結構抗震設計水平。

2.5 科學選擇和計算變電站結構參數

為確保變電站抗震設計效果須合理選擇建筑結構參數，參數選擇錯誤會影響建筑結構抗震性能。規劃設計前科學選擇建筑結構設計參數，針對無法確定的參數則以實驗方式確定。建立地震災害模型，實行模擬計算與分析，根據標準比例建立建筑模型，在震動臺上模擬地震作用，找尋建筑結構抗震薄弱點，確保建筑結構的地震受力合理性[4]。

2.6 注重結構薄弱部分抗震設計

變電站結構抗震設計中，注重優化主體結構抗震設計規范，合理設置封到樓梯間等，全面加強變電站結構抗震效果：在平面布置中，減少轉角部位、建筑盡頭部位的樓梯間設置；選擇現澆板或梁式樓梯，減少內部結構空曠，同時在樓板端部位置設置梯梁；當樓層中間位置出現梯段轉折點，需在下層樓面設置梯柱支撐梯梁，減少折板樓體結構設計，以免在地震災害作用下梯板出現折斷問題，阻斷人員逃生路線。

圖1 構造柱與圈梁連接圖示

2.7 現有建筑抗震加固設計建議

早期變電站規劃設計時都沒有考慮到抗震設計，為確保變電站運行安全，對于未抗震設防變電站實行分批化抗震加固處理時，需針對不同工程情況制定相應的加固方案。

原有變電站建筑多為磚混結構，缺乏構造柱與圈梁。在現有建筑外墻設置混凝土柱、拉梁，柱子設置在建筑四角、橫梁與縱墻交接位置，拉梁沿著建筑全高設置三道，分別為上部中部和下部，并與原有墻體拉結，即在柱與梁對應墻上植筋，將鋼筋深入到新加梁柱內，確保原有墻體與新加梁柱形成一體結構。注重約束原有墻體，提升建筑整體性、抗震能力、韌性。建筑墻體整體性加強后能有效抵抗地基不均勻沉降、總體變形問題；墻體內外使用鋼筋網片、混凝土加強墻體，混凝土厚度為50mm，鋼筋網與原有墻體植入筋焊接在一起，從而提升墻體承載能力與變形能力，加強墻體抗剪能力。

變電站配電室跨度大、開間多，為加強外縱墻抗震能力，需在外縱墻之間設置鋼筋拉桿，以提升縱橫墻整體性；變電站配電室梁下無構造柱，墻體局部抗壓強度不足。在建筑梁下加設混凝土壁柱連接外部新加柱，能滿足梁下墻體強度要求。在優化設計時注重整體抗震設計，同時優化局部位置設計，以此實現抗震效果，加強建筑主體、局部結構設計效果；原有建筑大多為預制板屋頂、抗震性能不足，屋頂保溫與防水不滿足要求。為加強屋頂剛度實現抗震目的，需拆除原有防水層與保溫層，在原有預制板上設置雙向鋼筋網澆筑層，加強屋頂整體剛度。

原有配電室基礎為剛性基礎，下方未做好地基處理。為加強基礎整體性，保證新加柱基礎與原有基礎連接，需在原有建筑基礎內加設混凝土彈性帶，從而提升基礎整體性；在原有超過兩米寬的洞口兩側增加混凝土構造柱、底圈梁，保證原有墻體和過梁連接成一體，從而加強剛度。當建筑結構不變時構造柱數量須遵循標準規范實施。針對墻體交叉位置應合理設置構造柱，避免墻體材料脆性發展。

設置抗震構造措施：變電站建筑結構中，抗震構造措施的效果顯著，構造設置合理性對結構防震效果影響大。當建筑上部主體結構不同則構造措施也不同。針對磚混結構建筑，沿樓板標高設置水平圈梁，加強內外墻連接度，以提升建筑整體性。圈梁可約束預制板散落，降低磚墻平面倒塌率。圈梁為邊緣構件，能夠加強屋蓋水平剛度。在地震作用下能限制墻體斜裂縫開度與延伸，減輕不均勻沉降對建筑的影響，確保構造柱設置合理性，加強房屋整體性、優化改善結構脆性、加大延性。建筑設置構造柱墻體能夠加強變形能力。當墻體開裂后，通過塑性變形、滑移、摩擦方式可消耗地震能量。然而，設置圈梁與構造柱后并未明顯改善多層磚混房屋抗裂能力，所以必須做好細節設計控制。

3 結語

經濟發展離不開電力能源支持，對社會生產與生活的影響非常大。變電站連接電廠、用電終端。為了確保電力能源可靠性，變電站應當始終處于安全運行狀態。變電站設計中配電室是變電站重要建筑，應當優化配電室抗震設計，同時對無抗震設防變電站配電室、主控室實施抗震加固，以保障電力供應安全性，進一步提升電力企業的重視度。