王文昌， 孙科章

（天津市城市规划设计研究总院有限公司，天津 300190）

0 引言

随着电力行业的高质量发展，电力资源的分配中对土建设计提出了更严格的要求。小区内变电站（或变电室）主要用途是将高压系统的市政电缆经电压器变换之后输送到低压系统的用户。变电站类型主要包括成品的箱式变电站和土建变电站。变电站室内一般设有变压器、高（低）压开关柜、敷设管线的电缆桥架等电力相关设施，如何保证设计安全可靠且满足电力相关技术标准规定是该类项目的关键所在。

近年来，结合项目建设需求，各类工程实例项目已做出了示范。朱怡等[1]采用土层时程分析方法对框架剪力墙结构形式的地下变电站进行抗震计算，针对楼板开洞问题提出了满足电气设备布置要求的处理措施。卢家森等[2]采用预制混凝土框架结构，实现了满足快速标准化建造的变电站建设要求，上部结构的预制率达到了76%。除上述混凝土结构形式外，对于高压变电站常采用的高承载力且便于安装的钢构架结构[3，4]。

文中结合两个实际的10kV变电站工程，着重介绍设电缆沟和设地下夹层两类变电站的在主体结构和配合深化阶段的设计要点，包括结构布置、荷载预留、抗震加强措施以及细部构造，旨在为同类型的工程项目设计方法提供经验参考。

1 工程概况

土建变电站结构由于其功能特殊性，需要有专业资质的电力设计单位进行深化设计，以便满足管线排布和电力设备的布置，结构整体设计流程如图1所示。

图1 变电站项目设计流程

项目A为设地下夹层类，该工程位于河北省雄安新区某地块住宅区，建筑面积237m2，地上1层，正负零地面和地库顶板之间设一地下夹层，剖面关系示意如图2所示。设置地下夹层能够方便管线排布，有利于后期检修，也便于排水。建筑物总长19m，总宽12m，最大柱网尺寸8.1m×8.1m，层高4.6m，主体结构为现浇的钢筋混凝土框架结构。功能使用要求：放置设备层板底净高不小于4m，梁底净高不小于3.5m，地下电缆夹层板底净高不小于1.9m，梁底净高不小于1.5m。结构设计主要参数如下：建筑设计使用年限50年，建筑结构安全等级为二级；抗震设防类别丙类，抗震设防烈度执行《河北雄安新区规划纲要》文件要求的抗震防灾标准，采用8度（0.20g），设计地震分组第二组；场地类别为Ⅲ类，地面粗糙度B类，基本雪压0.35kN/m2，基本风压0.40kN/m2。

图2 项目A剖面关系（单位：mm）

项目B为设电缆沟类，项目位于天津市东丽区某住宅小区。建筑面积228m2，建筑物为单层框架结构，总长20m，总宽11.3m，层高5.1m，柱网尺寸6.5m×10.8m，正负零以下在设计深化阶段根据电力部门提资增设电缆沟，剖面关系如图3所示。结构设计主要参数包括：建筑设计使用年限50年，建筑结构安全等级为二级，抗震设防类别丙类，抗震设防烈度为8度（0.20g），设计地震分组第二组，场地类别为Ⅲ类，地面粗糙度B类，基本雪压0.4kN/m2，基本风压0.5kN/m2。

图3 项目B剖面关系（单位：mm）

2 主体结构设计

2.1 项目A

由于屋面板长期暴露在室外环境下，考虑温度应力及防水等不利因素影响，同时为增强结构顶部约束以提高抗震能力[5]，最小板厚取120mm。主体结构根据建筑要求室内板底净高要求不小于4m、梁下净高不小于3.5m，在结构平面布置时，主梁截面尺寸需结合建筑层高和室内净高要求。项目A嵌固于结构正负零处，框架柱截面500mm×500mm，主梁截面300mm×700mm、400mm×700mm、400mm×800mm，正负零处结构板厚180mm，屋面板厚120mm。地下室外墙墙厚250mm，根据雄安新区要求，地下室外墙抗渗等级为P8级。结构模型采用盈建科建筑结构设计软件（YJK2.0.3）进行建模计算，对于梁柱属于杆系构件，采用梁单元模拟，钢筋混凝土墙体采用墙单元模拟，赋予各类单元与真实结构相同的截面，并按照实际楼层标高组装，结构整体计算模型如图4所示。再结合工程概况定义结构计算参数然后进行计算。

图4 项目A整体计算模型

项目A完全位于地下车库上方，且室内长期存在重量较大的变压器和电源线柜，柱位下落尽可能保证和地库平面柱位一致，避免出现转换。零层板处活荷载可能存在两种实际状态：工况1考虑各种设备在运输到室内后可能存在随机位置堆载，然后再逐一安装到实际位置；工况2考虑各个设备最终的固定安装位置。因此，零层板最终配筋的活荷载按考虑这两种情况：工况1为全区域面荷载10kN/m2，工况2为设备布置处按其重量和结构布置计算得到实际线荷载，其他区域面荷载按2kN/m2考虑。主体结构设计阶段按情况主体结构设计阶段按工况1计算，待电力提资设备平面布置后，再按情况再按工况2调整结构布置并复核配筋。正负零标高处结构在实际设备布置下（工况2）的变形如图5所示，经复核梁板挠度及裂缝均满足规范要求。此外，对于类似的项目，如果存在其他过重的设备情况，取统一面荷载往往不够经济，而且，实际安装到位还需要相应的运输设备，此时可以补充设备运输路线，按实际荷载进行设计。

图5 实际设备布置下结构变形（单位：mm）

结构整体指标计算中采用强制楼板刚性假定，考虑双向地震作用。主要结构计算指标见表1，结果均满足规范要求。

表1 项目A结构整体指标计算结果

2.2 项目B

主体结构构件截面选取原则同项目A，尽管项目体量小，框架柱需要截面满足《抗规》[6]最小截面要求。项目B计算模型嵌固于基础，结构柱计算高度应从基础算至屋面高度处。框架柱截面500mm×600mm，主梁截面350mm×850mm，屋面板厚120mm。结构计算模型平面布置如图6所示。基础采用柱下独立基础。由于项目B为长条形建筑平面，建筑柱网选取导致结构成为单榀框架结构，设计时提高其抗震构造措施，考虑适当放大框架梁柱配筋进行加强。计算软件及计算假定与项目A相同，主要结构计算指标见表2，均满足规范要求。

图6 项目B结构计算模型

表2 项目B结构整体指标计算结果

3 结构配合及深化

在电力部门提资之后，需进一步配合深化图纸。由于项目A主体结构完全位于地库上方，各种电缆管线通过地下夹层外墙上设置的止水钢板留孔处进入地下夹层，然后在零层板开设洞口后才能连接电柜或变压器，洞口附近设置了各种设备基础相关埋件，如图7所示。由于洞口上有较重的设备，结构布置成主次梁体系，洞口周圈设封边梁使传力路径清晰明确，同时也方便埋件锚筋有足够锚固长度。对于进入地下夹层的检修人孔，平面尺寸小于800mm时，在洞口边增设了加强筋。

图7 设备相关预埋件设置（单位：mm）

其次根据设备提资进行预埋件设置，包括定位尺寸、根（个）数、安装方法、安装误差、控制标高、规格尺寸、材质以及相关焊接要求。典型的构造如图8所示，锚筋和钢板焊接，按规定间隔埋置在主体结构构件中，然后卧放槽钢再与预埋钢板焊接作为设备基础，槽钢平整度误差需满足电气设备要求。

图8 构造详图（单位：mm）

项目B在正负零地面以下设置电缆沟便于电缆管线连接和检修，电缆沟上敷设成品的复合材料盖板（也可根据需求设置钢筋混凝土预制板），其他区域采用正常的建筑地面做法，无需设置结构板。电缆沟的侧壁（即地垄墙）根据沟深、挡土及防水情况综合考虑选用砌体墙或钢筋混凝土墙，当采用混凝土侧壁时，可按地下室外墙进行配筋计算。项目结合实际情况采用砖砌体墙，材质为MU10实心页岩砖。文献[7]计算得出不同模数砖砌挡土墙的最大挡土高度Hmax分别为240mm 厚 Hmax为 1.329m，370mm 厚 Hmax为 1.831m，420mm厚Hmax为2.009m。项目电缆沟深度1.2m，地垄墙厚度为240mm。另外，砌体墙厚还应符合模数要求，对于局部难以满足模数要求且上部无承重设备荷载的位置可采用斗砌形式解决。

根据砌体结构相关构造要求[8]，地垄墙交接部位及墙端部内设置了构造柱，构造柱之间的间距不大于3m，在墙顶结合埋设预埋件及敷设盖板要求设置了压顶圈梁或者过梁，地垄墙平面布置如图9所示。地垄墙下设置墙下条形基础，对于变压器这种较重的设备，单独设置混凝土基础防止不均匀沉降。地面以下回填土须为压实填土，压实系数不低于0.95，以保证地面能承受10kN/m2荷载，设备基础及沟坑垫层以下应至少有0.5m厚压实填土。

图9 地垄墙结构平面布置（单位：mm）

4 结语

（1）变电站下方设地下夹层时，电力设备荷载较大，正负零处活荷载存在各种工况，主体结构设计阶段要预留足够的荷载，待设备布置固定后，再对结构布置进行调整并按实际荷载仔细复核配筋及主要结构构件变形，确保结构安全性。

（2）变电站主体结构设计阶段，构件截面选取需满足净高要求。对于平面呈长条形结构，在一个方向难以避免形成单榀框架时，为了提高结构抗震性能，可采取提高抗震构造措施的方式进行加强处理。

（3）在配合深化阶段，结构布置要充分考虑预埋件的埋设及安装，锚筋需有足够的锚固长度。对于设地下夹层类型，结构布置根据各种洞口调整后应为传力明确的主次梁体系。对于设电缆沟类型，若采用实心砖砌筑的地垄墙，墙体构造需满足砌体结构相关规范要求。