1、换流站阀厅钢结构设计方案对工程造价和施工影响的探讨中图分类号： TU391 文献标识码： A 摘要:在阀厅钢结构建筑物设计时,依据工艺要求,通过合理布置柱距,减少刚架受力,达到节约钢材的目的,通过具体的设计实例,说明柱网布置对工程用钢量的影响,并提出优化设计并不是以牺牲结构的安全性为代价来换取经济效益的。关键词:阀厅钢结构；优化设计；用钢量 直流输电是电力系统中近年来迅速发展的一项新技术，随着电力系统技术及国民经济需求的不断增长和提高，直流输电受到广泛的关注并得到不断的发展。直流输电主要应用于远距离大容量输电，直流输电线路两端必须要设置交直流转换的换流站，而阀厅是换流站内最重要的建筑物，关键的
2、电气设备都放置在阀厅内，阀厅是整个换流站的心脏；阀厅建筑物结构选型及主结构采用的材料，不但直接影响阀厅建筑物的工程造价，而且对阀厅建筑物本身施工工期乃至整条输电线路的运行工期都起着至关重要的影响。 本文以国内某换流站低端阀厅为例，在主体结构体系、辅助结构体系和连接节点设计等方面进行简要的对比分析，说明设计方案对阀厅建筑物的工程造价及工期带来的影响，供类似工程设计时进行参考。 工程概况： 国内某换流站低端阀厅钢结构项目，建筑面积 3534.3m2，长 76.5m,宽 46.2m,最大柱距 11m，最小柱距 4m，刚架檐口标高 18.5m，分两跨，一跨一个阀厅，单个阀厅跨度为 23.1m；阀厅内的
3、主要设备为电气设备，每个阀厅内设有 6 个换流阀、换流变压器及其它电气设备，因电气设备的特殊性，主要的电气设备如换流阀等都悬挂于屋架下弦，屋面为双坡屋面，设外天沟有组织排水。平面布置图见图 1 所示，结构布置图见图2。 图 1 低端阀厅柱网及设备布置图 （原方案，长度单位：m） 图 2 低端阀厅屋面支撑及阀吊系统布置图 （原方案，长度单位：m） 厂房优化设计采取的措施 结合本工程的特点，依据现行国家规范 GB50017-2003钢结构设计规范和电力行业标准：DL/T5223-2005高压直流换流站设计技术规定等国家规范、规程及电力行标准的要求，在满足原使用要求，确保安全的基础上，为合理降低工程
4、造价，从两个方面对阀厅钢结构的设计做出优化设计建议。 结构布置 受换流变压器和换流阀布置及电气设备特殊要求的限制，阀厅柱网布置不是很灵活，但也不是不能进行变通，原设计采用的是依据换流变压器的布置来设计柱网的，即一个换流变压器一个柱距，导致最大的柱距达到了 11m，而最少的柱距却只有 4m，差不多相差 3 倍，为便于结构设计、构件制作和实现标准化，这就导致了用钢量的大幅度上升，从而进一步影响阀厅的总体造价。 原设计在两个阀厅共用的墙面处设混凝土框架砖砌防火墙，将屋架直接支承于 A、C 轴防火墙上及 B 轴的混凝土框架上，从图 1 和图 2 可以看出，原设计方案基本上每一榀屋架最少要承担一组换流阀
5、的重量，最多的如 6 轴屋架，差不多要承担了 3 组换流阀的重量，原设计屋架弦杆截面为 H350x350x14x25，腹杆最大的截面为方钢管250x12，最少的截面为方钢管150x8。经与工艺及其它专业仔细比对，发现完全可以在换流变压器中间再设一榀屋架来分担换流阀厅重量，如图 3 所示：这样的话，基本上形成了两榀屋架承担一组换流阀厅重量，大大的减少了屋架的受力，从而降低了用钢量，经计算，屋架弦杆采用 2 L160 x 14，腹杆采用 2L100 x 10 及 L125 x 12 背对背组合成 T 字形截面，可以满足现行相关规范、规程规定的各项要求。 优化后的单个阀厅屋架总体数量（16 榀）,虽
6、然比原方案（9 榀）要多，但给后面的阀吊梁、支撑布置及屋面檩条带来了极大的优化空间。如主阀吊梁，优化前的截面是 H588x350x12x25，优化后的主阀吊梁截面是 HW250x250 x 9 x 14;又如屋面系杆，原设计是方钢管250x6，优化后是方钢管120x6。 图 2 低端阀厅屋面支撑及阀吊系统布置图 （优化方案，长度单位：m） 另外，原方案在两个阀厅共用的墙面处采用混凝土框架砖砌防火墙+双层保温彩钢板，优化后的方案采用的是钢框架夹芯岩棉防火板，虽然用钢量有所增加，但优化完成后，经公司相关部门的统计，原方案主钢结构的用钢量是 629.5 吨，优化后的用钢量是 399.2 吨；原方案在
7、 B 轴是采用的混凝土框架+砖砌防火墙贴彩钢板结构，优化后的方案在 B 轴采用的钢框架柱+岩棉夹芯彩板结构，用钢量不但没有增加，而且构件全部工厂化生产，现场只需吊装，加快了施工进度，产生了很大的经济效益，。 节点的设计 原方案设计时，连接节点大多是采用焊接连接，特别是屋架弦杆和腹杆，屋架分段及钢柱分段等现场拼接位置采用的都是焊接，这给工厂制作、运输、安装带来了很大的困难：屋架弘杆和腹杆采用焊接连接，不但给工厂制作带来了很大的麻烦，而且大跨度屋架导致的大件运输带来运输困难和成本的增高，工地现场拼接连接节点采用焊接连接，导致工地现场焊接工作量骤增；同时，工地焊接受条件的限制，焊接质量不可靠；因焊接
8、质量不合格造成的返工比比皆是，直接影响工程进度。 优化后，屋架弦杆与腹杆的连接节点及屋架分段位置的拼接连接节点、钢柱分段位置的拼接连接节点，采用的全部是螺栓连接，便于车间数控化加工，不但提高了加工精度，同时也缩短了车间制作周期、减轻安装时工人的劳动强度并缩短工地吊装工期，同时对运输安装也带来了很大的便利，进一步提升经济效益。 结论 经反复比对和实践论证，优化后的方案用钢量省，而且，在施工周期上要缩短很多：比如屋架的工地拼装，在理想状态下，原方案一天最多能拼装完全成一榀合格的屋架，优化后的方案最少可以拼装完成两榀合格的屋架。但优化设计绝对不能以牺牲结构的安全性来换取经济效益，一个好的阀厅设计方案，不但影响阀厅本身的造价和工期，而且对整条线路的及时完工并产生经济效益至关重要。
