考虑地震反应情况的变电站联合设计探讨

摘要：本文结合中山的变电站建设实例进行探讨，在了解变电站的工业建筑组成和功能的基础上，对电力建筑物的抗震时程响应进行建模计算分析，得出了相应的抗震结论，在变电站抗震联合优化设计方面进行改良。

关键词：电力建筑；变电站；联合建筑设计；地震动反应

Abstract：This combination of Zhongshan substation construction examples are discussed, in the understanding of substation industrial building components and functions on the basis of electric power building, seismic time-history response modeling calculation and analysis, the corresponding seismic conclusion, in substation aseismatic joint optimization design improved.

Key words：Electric power construction; Transformer substation; The architectural design of the joint; Seismic response

引言

随着人民生活水平的不断提高，城市用电量也越来越高，不断扩大的电力工程项目的建设要充分考虑地震等多方面的影响。本文以中山市某变电站工程项目为实例，进行了地震时程响应的分析，所得到的分析计算结果运用到了该项目的联合建筑优化设计之中，实现了该变电站的联合平面、立面、剖面及控制室的设计要求。进行变电站设计前采用地震时程响应分析，不仅保证了结构的安全可靠性能，更提高电力系统运行稳定性及供电可靠性。

变电站工业建筑组成和功能

变电站的建筑设计主要指的是站内工业用途的各个建筑物所做的建筑设计，中山某变电站的站内工业用途主控制室和综合楼等建筑之间的组合处理，构成变电站多功能工业建筑体系。变电站内的工业建筑是生产运行和生活管理等提供了必要的活动场所，同时负担了高压运行和生产管理的重任。现代的变电站不同于以往的变电站的建设设计，其建筑标准不是同一的，设备的形式多种多样，建设和运行需要较高的成本。变电站的挺圆滑、高档化材料使用，建筑的面积扩大化，变电站功能配置丰富化，相关的施工工艺复杂化，使得对其的设计优化程度渐现缺陷，缺乏工业化建筑设计的明确方向。在变电站的建设和运行过程中，综合考虑地震时程响应和可持续发展理念，在保证绝对的安全的基础上，尽可能的实现资源的高效利用，从总的平面布置设计优化、建筑物节能及环保设计到太阳能资源的综合利用等方面良好地实现变电站工业建筑应用得功能要求。

电力建筑物的地震时程响应分析

3.1 中山某变电站工程项目概况

中山某变电站项目使用现浇钢筋混凝土的框架结构，整体上使用单层，局部两层，设计一层地下室，如下图1 所示，房屋平面尺寸62.4m12.0m，沿着厂房X方向的1至10轴间为高单层的厂房，放置电气设备GIS，10至12轴局部两层。楼面层的恒荷载为4 kN/m2，活荷载去12 kN/m2，屋面层的恒荷载去2.5 kN/m2，活荷载去0.7 kN/m2，。该变电站抗震设防烈度按照规范为八度，场地土的类别是三类，第一组的设计地震分组，建设场地的10 km范围内没有发震断层。

图1 变电站结构平面布置图

3.2 结构计算模型及地震动输入

钢筋混凝土的梁和柱在模型建立时使用可以考虑节点的刚域两节点空间的框架单元进行模拟，楼板使用薄壳单元进行模拟。因为楼板上防止了体积大且自重大的电气设备，不能按照传统的方式进行等效荷载化，会导致结果的失真，所以采用了实体单元进行模拟，更好的反映电气设备和建筑结构的地震响应真实情况。按照上图1 的结构建立结构模型，混凝土等级统一取C35，弹性模量取N/mm2，质量密度去2500 kg/m3，取0.2的泊松比，采用Takata 曲线的滞回模型曲线。

地震动输入遵照使得输入地震波特性及建筑场地条件相符的选择原则，主要设置地震烈度、场地土壤类别、反应谱和地震强度等参数。在计算之中地震波加速度的峰值要按照地震强度进行调整，小震时取0.7 m/s2，大震时取4.0 m/s2。

3.3 该电力建筑物地震动分析结论

首先，经过多参数的计算分析，该结构处于线弹性阶段和弹塑性阶段时的水平位移和绝对加速度有着一致的变化规律，进行定性研究结构地震反应情况下，仅采用结构弹塑性阶段进行分析即可。其次，此类结构遇到多想地震的作用情况下，弹塑性扭转的耦联反应同单向情况差异不明显，表明单向和多向地震作用影响因素是多方面的，多向的地震动影响并不一定较单向的就明显。再次，经过计算分析，发现结构在Y方向才有较大的变形，特别是角柱处的影响最大，设计中必须提高构件约束，增加箍筋数量，确保角柱的变形能力。

变电站抗震联合优化设计

4.1 总平面布置优化设计

计算分析结构显示，该变电站的设计首先要从总体的平面布置优化考虑着手，进行联合的建筑优化设计。综合考虑抗震、设计优化、土地节约和投资节省等方面因素，同周围的环境相协调的原则，在满足电器工程工艺要求前提情况下，进行总平面布置设计。打破以往类似规模变电站的布局模式，更加紧凑的进行布置，更加明确地划分功能区域，更加流畅的设置工艺布置，缩短综合楼的宽度，