摘要：本文作者主要对变电站框架结构设计中的主要内容进行了详细介绍，同时对变电站钢结构节点的几种设计方法进行了分析研究。
Abstract: The main content of the design of substation framework is described in detail, while several design methods of substation steel structure were analyzed in this paper.
关键词：变电站；建筑结构；钢结构；节点；设计
Key words: substation；building structure；steel；node；design
中图分类号：TM63文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）08-0046-02
0引言
在变电站建筑中，其结构主要是主控楼、配电楼等和构支架，在我国大部分地区的构支架已逐渐采用钢管杆代替了水泥杆，而砖混结构的变电站建筑也已由钢筋混凝土框架结构所代替，这些都大大提高了变电站的安全性。目前，我国在变电站框架结构设计中已基本实现了标准化。为此，本文作者主要就变电站建筑结构设计及钢结构节点进行了探讨。
1变电站框架结构设计内容
1．1 基础设计在柱下扩展基础宽度较宽（大于4m）或地基不均匀及地基较软时宜采用柱下条基。并应考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素，适当加宽基础。
混凝土基础下应做垫层，当有防水层时，应考虑防水层厚度。当建筑地段较好，基础埋深大于3m时，建议甲方做地下室。地下室底板，当地基承载力满足设计要求时，可不再外伸以利于防水。每隔30m~40m设一后浇带，并注明两个月后用微膨胀混凝土浇筑。设置地下室可降低地基的附加应力，提高地基的承载力（尤其是在周围有建筑时有用），减少地震作用对上部结构的影响。不应设局部地下室，且地下室应有相同的埋深。可在筏板区格中间挖空垫聚苯来调整高低层的不均匀沉降。当地下室外墙为混凝土时，相应的楼层处梁和基础梁可取消。抗震缝、伸缩缝在地面以下可不设缝，连接处应加强，但沉降缝两侧墙体基础一定要分开。新建建筑物基础不宜深于周围已有基础。如深于原有基础，其基础间的净距应不小于基础间高差的1.5倍~2倍，否则应打抗滑移桩，防止原有建筑的破坏。底层内隔墙一般不用做基础，可将地面的混凝土垫层局部加厚。基础底板混凝土不宜大于C30，否则容易出现裂缝。
1．2 结构平面设计现浇板的配筋（板上、下钢筋，板厚尺寸），尽量用二级钢包括直径ф10（目前供货较少）的二级钢，直径不小于12的受力钢筋，除吊钩外，不得采用一级钢。钢筋宜大直径大间距，但间距不大于200，间距尽量用200。跨度小于2m的板上部钢筋不必断开，钢筋也可不画，仅说明钢筋为双向双排ф8@200。板上下钢筋间距宜相等，直径可不同，但钢筋直径类型也不宜过多。顶层采用现浇楼板，以利防水，并加强结构的整体性及方便装饰性挑沿的稳定。现在框架填充墙一般为轻质隔墙，过梁一般不采用预制混凝土过梁，而是现浇梁带。应注明采用的轻质隔墙的做法及图集，当过梁与柱或构造柱相接时，柱应甩筋，过梁现浇。
1．3 楼梯的设计楼梯梯段板计算方法：当休息平台板厚为80~100，梯段板厚100~130，梯段板跨度小于4m时，应采用1/10的计算系数，并上下配筋相同；当休息平台板厚为80~100，梯段板厚160~200，梯段板跨度约6m左右时，应采用1/8的计算系数，板上配筋可取跨中的1/3~1/4，并且不得过大。以上两种计算方法是偏于保守的。任何时候休息平台与梯段板平行方向的上筋均应拉通，并应与梯段板的配筋相应。梯段板板厚一般取1/25~1/30跨度。
注意：当板式楼梯跨度大于5m时，挠度不容易满足，应注明加大反拱或增大配筋。当休息平台板为悬挑板时，其内部的楼梯梯段板负筋应大于休息平台板的板上筋，长度也应大于平台板筋。楼层处休息平台板的配筋应与楼层板统一考虑配筋，主要是板的负筋。
1．4 梁的设计梁的上面有次梁的地方应附加箍筋和吊筋，并应首先使用附加箍筋。不能将次梁搭建在主梁的支座的附近，如果搭建在主梁支座的附近，就应当考虑由于次梁所引起的主梁抗扭，或者增加抗扭箍筋和纵筋。如果采用现浇板，抗扭问题不严重。理论上梁纵筋应遵循小直径和小间距的原则，这对抗裂有利，但钢筋的间距应满足要求，并且要与梁断面互相适应。挑梁应做成等截面。梁从构造上要避免冲切破坏以及斜截面的受弯破坏等。
1．5 柱的设计柱应采用高强度混凝土来应对轴压比的制约，应减小断面尺寸。应避免柱过短，短柱的箍筋应采取全高加密，短柱的纵筋不应过大。由于竖向地震的影响，对柱的轴压比和配筋应多一些考虑。独立柱的上面或中部有挑梁时，应限制挑梁的长度。绘制施工图时，较大直径的钢筋的连接方式应采用机械连接，而不应采用焊接，两者的造价相差不大，但机械连接更加可靠并且检查方便。
2钢结构构架设计
为了节省投资，一般变电站均采用架空出线，变电站内部导线均采用构架进行连接、跳线，因而构架也是常规变电站必不可少的一部分。目前在南方地区，由于经济较发达，且对变电站的使用要求较高，普遍采用钢管杆构支架，梁采用格构式或钢管梁，使整个变电站更加美观和实用。
2.1 采用空间分析程序计算内力随着科技的进步，出现了不少可以计算和分析内力的软件。例如美国REI公司开发的STADD/CHINA2000空间结构分析和设计程序，利用该程序对构架柱进行内力计算和分析，能够更加接近构架的实际受力情况，有利于缩短设计周期。也可采用东北电力设计院编制的构架计算软件（SST）进行简单的计算，根据计算结果分析杆件内力。
2.2 结构节点设计
2．2．1 钢管柱的连接方式钢管柱的长度受到加工、运输以及热镀锌的影响，一次成型比较困难，所以，要首先分段加工，然后利用剖口对焊进行连接或利用法兰进行连接。钢管利用剖口对焊进行连接，不仅外形美观，还能节省钢材，缺点是焊接需在现场操作，焊缝外还要现场喷锌，质量没有保障，焊缝处钢管内侧的防腐能力比较差。法兰连接所有的焊接工作以及热镀锌可以在工厂完成，只需要进行现场组装。由于不需现场焊缝，钢管的防腐能力很强，安装工作比较方便，可以节省工期，但缺点是耗材大，而且为了使法兰连接的接触面比较平整，对加工精度的要求很高。目前，法兰连接应用较为普遍，有刚性法兰和柔性法兰两种形式。
2．2．2 人字柱的柱头利用钢板焊接人字柱的柱头的受力情况非常复杂，它需要传递很大的轴力、剪力以及弯距。为了减小人字柱的位移，柱头连接必须保证有充足的刚度，并且应设法减少柱头连接的偏心。综合考虑，人字柱柱头应将两杆连接为整体，利用钢板进行焊接，剪力板、柱头处的顶板以及加劲板的厚度应满足规范的要求。两根人字柱中心线之间的距离一般为100mm，可基本满足固结假定要求。
2．2．3 人字柱与横撑构件采用刚性连接的方式当变电构架柱承受水平力时，破坏形式是受压柱的失稳性破坏，这时受拉杆会经过横撑而对受压杆发生约束作用。为了增强这个约束作用，柱与横撑的连接应为刚性连接，而且横撑应具有一定刚度，故横撑使用钢管材料。为了便于热镀锌和安装，横撑钢管分为两部分，分别与相应的人字柱经过剖口进行对焊刚性连接，然后再由横撑中间的法兰盘刚性连接，以实现横撑构件与人字柱的刚性连接。
2．2．4 人字柱与基础采用杯口插入形式连接基础与钢管柱的连接适合采用杯口插入形式。钢管插入到杯口的深度是由抗拔决定的，其计算公式为：H=N/（3.14D×FCV）（1）
式中:H为钢管插到杯口的深度；N为受拉杆的轴力设计值；D为受拉杆的外直径；FCV为抗粘剪的强度，如果二次灌浆细石混凝土的强度为C20，则：FCV=0.5MPa。
如果受拉的钢管插入杯口的部分焊有多于或者等于两道钢箍，剪切面可控杯口壁计算，插入杯口的深度根据（2）式进行计算：
H=N/∑SC×FCV（2）
式中:∑SC杯口内壁的平均周长。
插入杯口的深度不仅要满足计算的要求，还必须满足：H≥1.5D。此外，为了确保柱脚处局部稳定，在构架安装完成后，钢管的柱脚处应灌注C30细石混凝土。一般设备支架插入杯口的深度H≮1.0D，构架H≮1.5D。
3结语
总而言之，在变电站结构设计时，要考虑的因素很多，包括建筑结构的荷载、混凝土的结构设计、抗震性等，同时还应当考虑地方性的建筑规范。所以，要综合考虑各种因素，以设计出经济合理的结构体系。
参考文献:
[1]谢淮宁.结构优化设计在工程实践中的应用[J].山西建筑，2006.
[2]龚金京,于滨.定制钢结构与土建技改配套工程深化设计[J].工业建筑,2008.
[3]李善平.钢结构厂房安装精度的控制[J].建设监理,2006.
摘要：本文作者主要对变电站框架结构设计中的主要内容进行了详细介绍，同时对变电站钢结构节点的几种设计方法进行了分析研究。
Abstract: The main content of the design of substation framework is described in detail, while several design methods of substation steel structure were analyzed in this paper.
关键词：变电站；建筑结构；钢结构；节点；设计
Key words: substation；building structure；steel；node；design
中图分类号：TM63文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）08-0046-02
0引言
在变电站建筑中，其结构主要是主控楼、配电楼等和构支架，在我国大部分地区的构支架已逐渐采用钢管杆代替了水泥杆，而砖混结构的变电站建筑也已由钢筋混凝土框架结构所代替，这些都大大提高了变电站的安全性。目前，我国在变电站框架结构设计中已基本实现了标准化。为此，本文作者主要就变电站建筑结构设计及钢结构节点进行了探讨。
1变电站框架结构设计内容
1．1 基础设计在柱下扩展基础宽度较宽（大于4m）或地基不均匀及地基较软时宜采用柱下条基。并应考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素，适当加宽基础。
混凝土基础下应做垫层，当有防水层时，应考虑防水层厚度。当建筑地段较好，基础埋深大于3m时，建议甲方做地下室。地下室底板，当地基承载力满足设计要求时，可不再外伸以利于防水。每隔30m~40m设一后浇带，并注明两个月后用微膨胀混凝土浇筑。设置地下室可降低地基的附加应力，提高地基的承载力（尤其是在周围有建筑时有用），减少地震作用对上部结构的影响。不应设局部地下室，且地下室应有相同的埋深。可在筏板区格中间挖空垫聚苯来调整高低层的不均匀沉降。当地下室外墙为混凝土时，相应的楼层处梁和基础梁可取消。抗震缝、伸缩缝在地面以下可不设缝，连接处应加强，但沉降缝两侧墙体基础一定要分开。新建建筑物基础不宜深于周围已有基础。如深于原有基础，其基础间的净距应不小于基础间高差的1.5倍~2倍，否则应打抗滑移桩，防止原有建筑的破坏。底层内隔墙一般不用做基础，可将地面的混凝土垫层局部加厚。基础底板混凝土不宜大于C30，否则容易出现裂缝。
1．2 结构平面设计现浇板的配筋（板上、下钢筋，板厚尺寸），尽量用二级钢包括直径ф10（目前供货较少）的二级钢，直径不小于12的受力钢筋，除吊钩外，不得采用一级钢。钢筋宜大直径大间距，但间距不大于200，间距尽量用200。跨度小于2m的板上部钢筋不必断开，钢筋也可不画，仅说明钢筋为双向双排ф8@200。板上下钢筋间距宜相等，直径可不同，但钢筋直径类型也不宜过多。顶层采用现浇楼板，以利防水，并加强结构的整体性及方便装饰性挑沿的稳定。现在框架填充墙一般为轻质隔墙，过梁一般不采用预制混凝土过梁，而是现浇梁带。应注明采用的轻质隔墙的做法及图集，当过梁与柱或构造柱相接时，柱应甩筋，过梁现浇。
1．3 楼梯的设计楼梯梯段板计算方法：当休息平台板厚为80~100，梯段板厚100~130，梯段板跨度小于4m时，应采用1/10的计算系数，并上下配筋相同；当休息平台板厚为80~100，梯段板厚160~200，梯段板跨度约6m左右时，应采用1/8的计算系数，板上配筋可取跨中的1/3~1/4，并且不得过大。以上两种计算方法是偏于保守的。任何时候休息平台与梯段板平行方向的上筋均应拉通，并应与梯段板的配筋相应。梯段板板厚一般取1/25~1/30跨度。
注意：当板式楼梯跨度大于5m时，挠度不容易满足，应注明加大反拱或增大配筋。当休息平台板为悬挑板时，其内部的楼梯梯段板负筋应大于休息平台板的板上筋，长度也应大于平台板筋。楼层处休息平台板的配筋应与楼层板统一考虑配筋，主要是板的负筋。
1．4 梁的设计梁的上面有次梁的地方应附加箍筋和吊筋，并应首先使用附加箍筋。不能将次梁搭建在主梁的支座的附近，如果搭建在主梁支座的附近，就应当考虑由于次梁所引起的主梁抗扭，或者增加抗扭箍筋和纵筋。如果采用现浇板，抗扭问题不严重。理论上梁纵筋应遵循小直径和小间距的原则，这对抗裂有利，但钢筋的间距应满足要求，并且要与梁断面互相适应。挑梁应做成等截面。梁从构造上要避免冲切破坏以及斜截面的受弯破坏等。
1．5 柱的设计柱应采用高强度混凝土来应对轴压比的制约，应减小断面尺寸。应避免柱过短，短柱的箍筋应采取全高加密，短柱的纵筋不应过大。由于竖向地震的影响，对柱的轴压比和配筋应多一些考虑。独立柱的上面或中部有挑梁时，应限制挑梁的长度。绘制施工图时，较大直径的钢筋的连接方式应采用机械连接，而不应采用焊接，两者的造价相差不大，但机械连接更加可靠并且检查方便。
2钢结构构架设计
为了节省投资，一般变电站均采用架空出线，变电站内部导线均采用构架进行连接、跳线，因而构架也是常规变电站必不可少的一部分。目前在南方地区，由于经济较发达，且对变电站的使用要求较高，普遍采用钢管杆构支架，梁采用格构式或钢管梁，使整个变电站更加美观和实用。
2.1 采用空间分析程序计算内力随着科技的进步，出现了不少可以计算和分析内力的软件。例如美国REI公司开发的STADD/CHINA2000空间结构分析和设计程序，利用该程序对构架柱进行内力计算和分析，能够更加接近构架的实际受力情况，有利于缩短设计周期。也可采用东北电力设计院编制的构架计算软件（SST）进行简单的计算，根据计算结果分析杆件内力。
2.2 结构节点设计
2．2．1 钢管柱的连接方式钢管柱的长度受到加工、运输以及热镀锌的影响，一次成型比较困难，所以，要首先分段加工，然后利用剖口对焊进行连接或利用法兰进行连接。钢管利用剖口对焊进行连接，不仅外形美观，还能节省钢材，缺点是焊接需在现场操作，焊缝外还要现场喷锌，质量没有保障，焊缝处钢管内侧的防腐能力比较差。法兰连接所有的焊接工作以及热镀锌可以在工厂完成，只需要进行现场组装。由于不需现场焊缝，钢管的防腐能力很强，安装工作比较方便，可以节省工期，但缺点是耗材大，而且为了使法兰连接的接触面比较平整，对加工精度的要求很高。目前，法兰连接应用较为普遍，有刚性法兰和柔性法兰两种形式。
2．2．2 人字柱的柱头利用钢板焊接人字柱的柱头的受力情况非常复杂，它需要传递很大的轴力、剪力以及弯距。为了减小人字柱的位移，柱头连接必须保证有充足的刚度，并且应设法减少柱头连接的偏心。综合考虑，人字柱柱头应将两杆连接为整体，利用钢板进行焊接，剪力板、柱头处的顶板以及加劲板的厚度应满足规范的要求。两根人字柱中心线之间的距离一般为100mm，可基本满足固结假定要求。
2．2．3 人字柱与横撑构件采用刚性连接的方式当变电构架柱承受水平力时，破坏形式是受压柱的失稳性破坏，这时受拉杆会经过横撑而对受压杆发生约束作用。为了增强这个约束作用，柱与横撑的连接应为刚性连接，而且横撑应具有一定刚度，故横撑使用钢管材料。为了便于热镀锌和安装，横撑钢管分为两部分，分别与相应的人字柱经过剖口进行对焊刚性连接，然后再由横撑中间的法兰盘刚性连接，以实现横撑构件与人字柱的刚性连接。
2．2．4 人字柱与基础采用杯口插入形式连接基础与钢管柱的连接适合采用杯口插入形式。钢管插入到杯口的深度是由抗拔决定的，其计算公式为：H=N/（3.14D×FCV）（1）
式中:H为钢管插到杯口的深度；N为受拉杆的轴力设计值；D为受拉杆的外直径；FCV为抗粘剪的强度，如果二次灌浆细石混凝土的强度为C20，则：FCV=0.5MPa。
如果受拉的钢管插入杯口的部分焊有多于或者等于两道钢箍，剪切面可控杯口壁计算，插入杯口的深度根据（2）式进行计算：
H=N/∑SC×FCV（2）
式中:∑SC杯口内壁的平均周长。
插入杯口的深度不仅要满足计算的要求，还必须满足：H≥1.5D。此外，为了确保柱脚处局部稳定，在构架安装完成后，钢管的柱脚处应灌注C30细石混凝土。一般设备支架插入杯口的深度H≮1.0D，构架H≮1.5D。
3结语
总而言之，在变电站结构设计时，要考虑的因素很多，包括建筑结构的荷载、混凝土的结构设计、抗震性等，同时还应当考虑地方性的建筑规范。所以，要综合考虑各种因素，以设计出经济合理的结构体系。
参考文献:
[1]谢淮宁.结构优化设计在工程实践中的应用[J].山西建筑，2006.
[2]龚金京,于滨.定制钢结构与土建技改配套工程深化设计[J].工业建筑,2008.
[3]李善平.钢结构厂房安装精度的控制[J].建设监理,2006.