变电站抗震设计

技术部分
专题报告（变电站抗震设计）
2016年4月
目录
1. 专题内容和结论 (181)
1.1. 专题内容 (181)
1.2. 专题结论 (181)
2. 抗震设计 (181)
2.1. 站区抗震设防裂度 (181)
2.2. 原始设计条件 (181)
2.3. 设计应遵循的规程、规范及规定 (182)
2.4. 抗震设防分类 (182)
2.5. 抗震设计中的建筑设计 (182)
2.6. 抗震设计中的结构设计 (183)
2.7. 本工程建（构）筑物抗震设计原则 (185)
1.专题内容和结论
1.1.专题内容
本专题针对110kV变电站的抗震设计进行了论述，变电站内建（构）筑物采用轻型钢框架结构，外墙采用纤维水泥板复合外墙体系；内墙采用纤维水泥板复合内墙体系，根据建（构）筑物设防类别、抗震构造措施设防烈度、结构类型和建（构）筑物高度通过《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中表 6.1.2确定其抗震等级，不同的抗震等级对应不同的抗震措施。

1.2.专题结论
结合本工程实际提出了根据变电站工程特点选择了合适的技术措施，各建（构）筑物满足其本身的抗震措施要求，有效地防御与减轻地震灾害，保证变电站的整体抗震安全，保障了电力工程的安全运行。

2.抗震设计
2.1.站区抗震设防裂度
拟建站址范围内无活动断裂通过，站址处于相对稳定地带，区域稳定性满足建站要求。

根据场地的地层结构、地基土的工程性质及第四系覆盖层厚度，依据《建筑抗震设计规范（GB50011—2010）建筑场地类别为Ⅱ类。

属对建筑抗震不利地段。

按《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），拟建站址的场地地震动峰值加速度为0.2g，相应的地震基本烈度为Ⅷ度。

本工程建（构）筑物抗震设计内容
本工程主要建（构）筑物包括：主建筑物（含35kV、10kV屋内配电装置室和工具间）、附属建筑（含警卫室、休息室和卫生间）及进站大门、110kV构支架、独立避雷针等。

2.2.原始设计条件
（1）50年一遇基本风压值：Wo=0.42kPa；最大冻土深度：80cm。

（2）建筑场地类别：Ⅱ类。

（3）地震基本烈度：8度（地震动峰值加速度为0.2g）
主要建筑材料
混凝土强度等级：C15～C45，垫层C15混凝土。

水泥32.5、42.5普通硅酸盐水泥。

二次灌浆：C40细石混凝土。

钢筋：HPB300级钢和HRB400级钢和钢板；
型钢：Q235B热轧型钢。

螺栓：4.8级、6.8级。

砌体：M7.5砂浆和钢筋混凝土砌块；M5、M7.5混合砂浆（±0.00m以上）及M5、M7.5水泥砂浆（±0.00m以下）。

其它：轻钢龙骨，复合矿棉板，优质塑钢窗及成品防盗门、成品木门、防火门，无色玻璃。

弹性乳胶漆和油漆，外墙保温防水材料等。

2.3.设计应遵循的规程、规范及规定
《35kV～110kV变电站设计规范》 GB50059-2011
《变电站建筑结构设计技术规程》 DL/T 5457-2012
《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010
《电力设施抗震设计规范》 GB50260-96
《建筑工程抗震设防分类标准》 GB50223-2008
2.4.抗震设防分类
根据GB50223-2008《建筑工程抗震设防分类标准》确定变电站内建（构）筑物抗震设防类别及其抗震设防标准。

站内主要建（构）筑物抗震设防类别为丙类，丙类建（构）筑物按本地区设防烈度进行抗震计算和采取抗震构造措施。

2.5.抗震设计中的建筑设计
本工程建筑设计考虑了以下几个方面：
（1）建筑体型设计。

体型设计包括平面形状和立体的空间形状设计。

震害表明，许多平面形状复杂如平面上的外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置在地震中都遭到了不同程度的破坏，而沿高度立体空间形状上的复杂和不规则，如相邻单元的高差过大、出屋面建筑部分的高度过高、建筑装饰悬伸过大过高；这些沿高度形状上的变化，在地震时都会造成震害，特别是在建筑结构刚度发生突变的部位，更易产生破坏。

本工程体型设计中尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则，有效的把建筑艺术、建筑使用功能同结构抗震安全很好的结合起来。

（2）建筑平面布置设计。

建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求、内墙的布置、空间活动面积的大小，通
道的位置、房间的数量和布置等等，都已在建筑的平面布置图上明确了下来。

（3）建筑竖向布置。

竖向布置主要是反映在建筑物沿高度（沿楼层）建筑结构的质量和刚度分布设计上。

由于变电站的性质要求，主要建筑通常为大空间设计。

大空间带来的另一个问题是，抗震横墙较少、层高较高，使建筑物整体抗震性能较差。

在这种情况下通常通过结构构造上的措施来弥补不足，加强楼板的刚度和强度，加强抗震墙的刚度和强度布置，加设圈梁、构造柱、砖柱，增强墙体的整体性能等方法。

尽可能的使竖向的刚度分布比较接近，尽可能的使抗震墙布置比较均匀，并使其能沿竖向贯通到建筑底部，不宜中断或不到底。

尽量避免产生地震时的扭转效应。

（4）构件（非结构构件）设计及建筑连接节点设计问题。

例如立面上采用外贴瓷砖等。

所有这些立面和室内的装饰，都有一个其本身材料和构造是否能抗御住地震的震动而不坏的问题，同时还有与建筑物主体结构相牢固连接的问题。

在建筑设计中，还有相当多的属于建筑布置的非结构构件，如内隔墙等，考虑了它们与主体结构（柱、墙）的牢固锚拉，保障其抗震稳定性，不发生倒塌伤人或砸坏重要设备，或采用与主体结构脱开的保障自身稳定的抗震措施。

围护墙和隔墙考虑了对结构抗震的不利或有利影响，避免了不合理的设置而导致主体结构的破坏。

（5）建筑上应满足的设计限值。

根据现行《建筑抗震设计规范》对房屋建筑在建筑设计中应考虑的一些抗震要求的限值控制提出了规定。

这些规定在建筑设计中都得到了遵守。

如房屋建筑的高度、房屋抗震横墙间距和局部墙体尺寸的限值等在进行平立面布置设计时都考虑了这些来自实际震害经验的设计控制规定，使建筑设计为建筑抗震提供良好的基础。

2.6.抗震设计中的结构设计
本工程结构设计考虑了以下几个方面：
（1）在结构布置中，除了在平面上均匀对称外，最好压在墙体上的轴压应力比较均匀，因为轴压力的大小直接影响墙体抗剪能力，各轴线上的墙段，应尽可能地使分段均匀，即墙段宜等宽，并使之具有比较相近的承担地震剪力的能力。

宏观震害和试验表明，窗间墙、门间墙或门窗间墙的地震剪力，依其侧移刚度比来分配，若在同一轴线上，各墙段间的抗侧力能力相差悬殊，必将导致各个击破，加速墙体的破坏，为此应尽可能在布置上注意。

（2）构造柱设置。

构造柱是防止房屋倒塌的一种有效措施，特别是它与圈梁连接共同工作可增加房屋的延性，提高房屋的抗侧力能力防止或延缓房屋在地震作用下发生突然倒塌，或减轻房屋的损坏程度。

尽管１1０ｋＶ变电站只有一层，按规范在砌体结构外墙四角，错层部位横墙与外纵墙交接处，墙体长度超限时在墙体中部，较大洞口两侧，大房间内外墙交接处设置构造柱。

但在变电站设计中，内墙（轴线）与外墙交接处（无框架柱），内墙局部较小墙垛处，内纵墙与横墙、山墙交接处，也设上构造柱，这样在造价上提高并不是很多的下，却大幅提升了整幢建筑物的抗震性能，在地震发生时，能更有效地保障里面的贵重设备免受损坏。

（4）圈梁。

钢筋混凝土圈梁是增加墙体的连接，提高屋盖刚度，抵抗地基不均匀沉降，限制墙体裂缝开展，保证房屋整体性，提高房屋抗震能力的有效构造措施，而且是减小构造柱计算长度，充分发挥抗震作用不可缺少的连接构件。

在设防烈度为Ⅶ区，通常圈梁设置部位在屋盖处和基础顶部。

（5）控制结构裂缝。

由于不少的结构破坏都是从裂缝开始的，对于结构的裂缝，我们不应该掉以轻心。

为解决楼板的裂缝控制问题，在设计方面，有以下的一些措施：
1）优化平面设计，避免一些没有必要的凹口。

如确实不可避免时，应在凹口处作适当的结构加强措施。

2）适当增加楼板厚度，建议主建筑物的主控制室等较大面积的房间屋面板的厚度取120mm，并采用双层双面配筋。

3）适当提高配筋率，应取р＝0.20～0.25％。

4）加密钢筋间距（包括受力钢筋和分布钢筋）不应大于150mm。

5）受力钢筋宜改用Ⅱ级钢，以增加钢筋与混凝土的握裹力。

6）在一些特殊部位适当增加附加钢筋。

7）优化结构布置，减少单块楼板跨度尺寸。

8）在混凝土中掺入UEA、聚丙烯纤维等新型材料的添加剂。

9）房屋长度≥40m时，在楼面中部设置微膨胀混凝土的“加强带”，以减少混凝土收缩应力及温度应力的影响。

10）跨度太大的楼板结构，考虑采用预应力混凝土，这是防止楼板开裂最有效的方法之一。

11）适当提高设计标准，将裂缝允许宽度由规范规定的0.3mm提高到0.2mm。

因为采取这些措施会令到投资增加，所以应根据实际情况予以选用，以求得解决这一问题的最佳方案。

2.7.本工程建（构）筑物抗震设计原则
根据 GB50011-2010《建筑抗震设计规范》、DL/T5457-2012《变电所建筑结构设计技术规程》规定，站内建（构）筑物抗震构造措施设防烈度调整见表：
（1）主建筑物（含10kV屋内配电装置室及工具间）等建筑采用抗震性能好的轻型钢框架结构。

此种结构型式空间分隔灵活，自重轻，一直被认为是抗震性能较好的一种。

（2）站内110kV及主变构架柱均采用A字型钢管结构型式；35kV构架因采用环形布置，其构架柱均采用单钢管结构型式；构架梁采用单钢管梁式钢梁等结构型式。

此种结构有较好的抗震性能，同时，在进行结构计算时，构架分段按多质点体系进行地震作用计算。

计算中需使构架地震作用效应计算简图与静力效应计算简图取得一致，并分别验算顺导线方向和垂直导线方向的水平地震作用，且由各自方向的抗侧力构件承担。

（3）站内设备支架与构架的结构型式相协调，采用钢管结构型式；独立避雷针采用型钢结构型式。

结构计算时，设备支架应与设备联合按多质点、两自由度体系进行地震作用计算。