CN104533114B - 一种海岸柔性直流换流站阀厅联合建筑结构体系 - Google Patents

Abstract

一种海岸柔性直流换流站阀厅联合建筑结构体系，它主要包括：阀厅联合建筑结构型式、阀厅吊车布置、屋面及围护结构；所述的阀厅联合建筑结构型式是：采用“横向钢结构实腹式柱+钢桁架梁以及纵向钢结构排架”的结构型式；屋架上弦取消水平支撑由刚性层代替，屋架下弦取消水平系杆由吊车轨道代替；纵向布置有柱间支撑；所述的阀厅吊车布置是：阀厅区域采用S型连续单轨吊通长布置，配合吊装阀塔；将单轨吊轨道同时代替屋架下弦系杆布置，间隔布置水平支撑传递吊车动荷载，使吊车轨道与整个结构体系融为一体；所述的屋面及围护结构是：屋面结构层采用轻集料钢筋混凝土现浇结构，底模采用焊接钢筋桁架模板，且屋面刚性层直接取代屋架上弦水平支撑，阀厅联合建筑的围护体系采用砖墙围护，通过可靠构造措施将水平力传至主体结构。

Description

一种海岸柔性直流换流站阀厅联合建筑结构体系

技术领域

本发明涉及的是一种海岸柔性直流换流站阀厅联合建筑结构体系，适用于海岛换流站的设计和建造；属于输变电工程建设技术领域。

背景技术

多端柔性直流输电工程是目前世界上柔性直流输电技术的制高点，其特点非常适合海岛输电。海岸柔性直流换流站工程中的阀厅联合建筑是换流站中放置换流阀、联结交流场配电装置和直流场配电装置的场地，是柔性直流换流站中的核心区域，为土建工程中最重要部分。

海岸柔性直流换流站的特点是：

1、多建于海岛上，具有不同于常规内陆直流站的恶劣自然条件，如工程场地狭小、地形条件差、地处海岛台风高风速区、抗震设防区，对技术要求非常高；

2、典型阀厅联合建筑为单层建筑物，长150m，宽42m，高17m，建筑面积6442m²。按功能划分为直流场、阀厅、联结区三个独立区间。因工艺布置要求宽度方向内不能有结构阻挡，因此形成大跨度结构；

3、因工艺要求阀厅需常年保持微正压运行，为保证屋面体系的防风揭性能、耐久性、使用年限等可靠度指标满足海岛换流站的建设要求，屋面层选用重盖结构，以保证其安全使用。

以上海岸柔性直流换流站的特点决定了海岛换流站阀厅联合建筑的结构型式需要满足：海岸边高风速环境下、大跨度、重屋盖、地震区设计等各项设计要求，并同时符合换流站阀厅工程的技术条件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种改进的、能最大程度适用于海岸柔性直流换流站阀厅联合建筑特点的，具有较高通用性和灵活性的海岸柔性直流换流站阀厅联合建筑结构体系。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种海岸柔性直流换流站阀厅联合建筑结构体系，它主要包括：阀厅联合建筑结构型式、阀厅吊车布置、屋面及围护结构；所述的阀厅联合建筑结构型式是：采用“横向钢结构实腹式柱+钢桁架梁以及纵向钢结构排架”的结构型式；屋架上弦取消水平支撑由刚性层代替，屋架下弦取消水平系杆由吊车轨道代替；纵向布置有柱间支撑；

所述的阀厅吊车布置是：阀厅区域采用S型连续单轨吊通长布置，配合吊装阀塔；将单轨吊轨道同时代替屋架下弦系杆布置，间隔布置水平支撑传递吊车动荷载，使吊车轨道与整个结构体系融为一体；

所述的屋面及围护结构是：屋面结构层采用轻集料钢筋混凝土现浇结构，底模采用焊接钢筋桁架模板，且屋面刚性层直接取代屋架上弦水平支撑，阀厅联合建筑的围护体系采用砖墙围护，通过可靠构造措施将水平力传至主体结构。

所述的屋架采用双向1/15坡度的桁架结构；屋架上、下弦主材采用宽翼缘H型钢，并分别与框架柱连接，形成整体刚接；实腹式柱组合截面采用双槽钢和实腹板焊接而成，在柱顶与屋架连接区域采用焊接加厚钢板进行补强；纵向柱间分别在屋架上、下弦及中间高度处采用横梁连接，对应于屋架下弦水平支撑位置处布置传递纵向水平力的柱间支撑；屋架上弦平面次梁采用窄翼缘H型钢，与上弦顶平连接，刚性屋面层代替上弦水平支撑作用，仅在端跨布置构造支撑；屋架下弦平面系杆采用窄翼缘H型钢，其中阀厅区域用单轨吊的工字钢代替水平系杆，并间隔布置下弦水平支撑。

所述阀厅的吊车轨道布置采用S型连续单轨吊轨道，通长布置于屋架下弦，轨道工字钢同时代替屋架下弦系杆作用；在轨道上布置共四台最大起重量为3T的独立单轨吊，分两台一组设置在相邻轨道内，配合阀塔吊装；吊装最大安装单元时，可以利用相邻两根轨道上的两台吊车安装模块结合横梁吊架进行吊装，圆弧段轨道不参与吊重，只运输吊车用。

所述屋面结构层采用轻集料钢筋混凝土现浇重盖结构，混凝土标号LC30，容重1650kg/m??，厚度110mm，焊接钢筋桁架底模厚度0.75mm；刚性板同时承担屋架上弦水平支撑作用；建筑物围护结构采用240mm厚砖墙围护，通过构造柱箍筋、水平拉结筋及圈梁将水平力可靠传至主体结构。

本发明的有益效果是：

（1）本发明所述的结构型式（横向钢结构实腹式柱+钢桁架梁，纵向钢结构排架）布置合理，经济性强；与传统技术方案方案（横向排架、纵向铰接墙梁+支撑）相比，稳定及耐久性更佳，适用于海岛换流站外部环境及阀厅联合建筑内的工艺布置要求；组合截面实腹式钢柱设计合理，避免了在大跨度、高风压下因内力过大，传统H型钢柱双向刚度受限而无限加大截面的情况。屋面桁架整体受力，减小了大跨度、重荷载、高风压下的屋架变形，很好地传递水平力至竖向结构；屋架上、下弦均与钢柱连接，形成刚接模型，增加结构整体稳定性；经理论计算及真型试验的验证，本发明所述结构体系的抗侧移能力好，具有良好的抵抗竖向和水平变形的能力；安全、可靠，可满足工程需求。

（2）本发明所述的S型连续单轨吊轨道设计灵活性强，与传统的桁车吊装技术方案相比较，结构整体轻巧度提升，既节约投资，又缩短工期。与传统的直线单轨吊技术方案相比较，采用S型轨道通长连接，实现一台吊车在整个吊装区域内快速灵活运行的目的；也可通过相邻两轨道配合起吊，在吊装区域内任何指定位置起吊设备，具备相当大的机动性；S型轨道可满足阀厅两侧同时吊装阀塔，从而提高吊装效率，减少吊装时间；在运行维护时，还可以利用单轨吊对单个阀模块进行辅助吊装；在结构设计优化时，将S型轨道工字钢布置于屋架下弦节点处，直线段轨道直接取代下弦系杆成为整体结构一部分，同时承担结构水平力的传递，结构利用率大大提高，节约投资。

（3）本发明的屋面体系（轻集料混凝土结构层+钢筋桁架模板）实施简单，通用性较强。与传统的轻型压型金属板有檩屋面技术方案相比，在防风揭性能、耐久性等可靠度指标方面明显占优势；屋面刚性层取代屋架上弦水平支撑，增加结构整体稳定性并节约投资。与传统的普通商品混凝土结构层+木模板的技术方案相比，保留了现浇屋面的各项优点，自重荷载减少约1/3，且施工周期大大缩短，耗材量小。

本发明的围护体系（砖墙围护）与传统的镀锌镁压型钢板外围护体系的技术方案相比，构造简单，施工方便，防风揭性能、耐久性等可靠度指标皆更佳，且建造成本低。

与传统结构方案相比，本发明可加强该种大跨度、重屋盖、高风压条件下厂房结构的安全稳定性、耐久性及实用性，可节约投资，缩短施工周期，同时具有很大的灵活度，综合效益显著。

附图说明

图1是本发明所述阀厅联合建筑的平面布置图。

图2是本发明所述42m跨单榀框架的结构布置图。

图3是本发明所述纵向排架的结构布置图。

图4是本发明所述屋架上弦的平面结构布置图。

图5是本发明所述屋架下弦的平面结构布置图。

图6是本发明所述阀厅设备与S型连续轨道配合示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：本发明所述的海岸柔性直流换流站阀厅联合建筑结构体系，它主要包括阀厅联合建筑结构型式、阀厅吊车布置、屋面及围护结构；其中所述的阀厅联合建筑结构型式是：基于施工周期、安全性、耐久性等因素，所述的结构为整体钢结构；考虑到大跨度、重盖、大风及抗震因素，采用“横向钢结构实腹式柱+钢桁架梁，纵向钢结构排架”结构，为整体刚接体系；其中钢柱采用实腹式组合截面，增加柱子纵向刚度；屋架采用桁架结构以抵抗变形，屋架上弦平面取消水平支撑由屋面刚性层代替，下弦平面取消水平系杆由吊车轨道代替；纵向柱间布置柱间支撑，增加结构整体稳定性；

所述的阀厅吊车布置是：考虑整个阀厅的最大安装单元体积和重量的因素，阀塔采用多个单轨吊相配合，顺序安装方式。在结构优化中，将单轨吊轨道工字钢同时代替屋架下弦系杆布置，间隔布置水平支撑传递吊车动荷载；使吊车轨道与整个结构体系融为一体，并采用S型轨道通长布置，美观且灵活实用；圆弧段轨道的设计大大减少了单轨吊车数量，实现一台吊车可在整个吊装区域内运行的目的。

所述的屋面及围护结构是：因屋面采用“重盖结构”方案，考虑到大跨度影响，为最大限度减小屋面自重荷载，屋面结构层采用轻集料钢筋混凝土现浇结构，底模采用“焊接钢筋桁架模板”；此结构使得钢筋绑扎量及混凝土工程量大幅减少，外观美观；且屋面刚性层直接取代屋架上弦水平支撑，增加结构稳定性，节约投资；考虑到砖墙结构的保温防腐、防水耐火、耐久性及经济性等多方面的特性更适合阀厅联合建筑的外在环境和主要功能，阀厅联合建筑的围护体系采用砖墙围护。

本发明所述的屋架采用双向1/15坡度的桁架结构；屋架上、下弦主材采用宽翼缘H型钢，并分别与框架柱连接，形成整体刚接；实腹式柱组合截面采用双槽钢和实腹板焊接而成，在柱顶与屋架连接区域采用焊接加厚钢板进行补强；纵向柱间分别在屋架上、下弦及中间高度处采用横梁连接，对应于屋架下弦水平支撑位置处布置传递纵向水平力的柱间支撑；屋架上弦平面次梁采用窄翼缘H型钢，与上弦顶平连接，刚性屋面层代替上弦水平支撑作用，仅在端跨布置构造支撑；屋架下弦平面系杆采用窄翼缘H型钢，其中阀厅区域用单轨吊的工字钢代替水平系杆，并间隔布置下弦水平支撑。

本发明所述阀厅的吊车轨道布置采用S型连续单轨吊轨道，通长布置于屋架下弦，轨道工字钢同时代替屋架下弦系杆作用；在轨道上布置共四台最大起重量为3T的独立单轨吊，分两台一组设置在相邻轨道内，配合阀塔吊装；吊装最大安装单元时，可以利用相邻两根轨道上的两台吊车安装模块结合横梁吊架进行吊装，圆弧段轨道不参与吊重，只运输吊车用。

本发明所述屋面结构层采用轻集料钢筋混凝土现浇重盖结构，混凝土标号LC30，容重1650kg/m??，厚度110mm，焊接钢筋桁架底模厚度0.75mm；刚性板同时承担屋架上弦水平支撑作用；建筑物围护结构采用240mm厚砖墙围护，通过构造柱箍筋、水平拉结筋及圈梁将水平力可靠传至主体结构。

实施例：图1所示，本发明所述的直流场1的尺寸为45m×42m，阀厅2的尺寸为52.5m×42m（需布置单轨吊），联结区3的尺寸为52.5m×42m；各方案的实施例建筑平面图见图2-4所示。

图2是采用本发明的一种结构布置图；屋面桁架4按双向1/15坡度设置，上、下弦主材采用宽翼缘H型钢，分别与框架柱连接，形成整体刚接。实腹式柱5的组合截面采用双槽钢和实腹板焊接而成，在柱顶与屋架连接区域因内力集中，采用焊接加厚钢板进行补强。考虑到整体构件运输时的超长超高限制与施工安装难易程度，本发明所述的结构均采用高强螺栓连接，现场组装。

屋面结构层采用轻集料钢筋混凝土现浇结构，混凝土标号LC30，容重1650kg/m??，厚度110mm。焊接钢筋桁架底模厚度0.75mm。建筑物围护结构采用240mm厚砖墙围护，外侧构造柱用箍筋与钢框架柱焊接，并设置水平拉结筋、圈梁等构造措施，保证砖墙将大风水平力可靠传至主框架结构。

图3所示，阀厅联合建筑纵向柱距7.5m，分别在屋架上、下弦及中间高度处采用H型钢横梁连接，对应于屋架下弦水平支撑位置处布置柱间支撑传递纵向水平力，图中所示有纵向柱间支撑6。

图4、5所示，屋架上弦平面次梁7（檩条）采用窄翼缘H型钢，与上弦顶平连接。刚性屋面层代替上弦水平支撑作用，仅在端跨平面内布置构造水平支撑8；屋架下弦平面系杆9采用窄翼缘H型钢，其中阀厅区域用单轨吊工字钢10代替水平系杆；并间隔布置下弦水平支撑11，可承受结构水平力及吊车动荷载影响。

图6所示，对于阀厅设备与轨道配合，考虑单个阀塔12的尺寸为10.09m×2.73m×7m（四层单列），总重量为24吨，其中最大安装单元尺寸为3m×2m×1.2m（单层单列），重量约为2吨，单个阀塔12包括16个最大安装单元。本发明在阀厅屋架下弦安装S型连续单轨吊轨道13，并在轨道13上布置共四台最大起重量为3T的独立单轨吊14，分两台一组设置在相邻轨道内；单根单跨（7.5m）轨道内最大载重量为3T，圆弧段轨道不参与吊重，只运输吊车用。吊装最大安装单元时，可以考虑利用相邻两根轨道上的两台吊车安装模块结合横梁吊架进行吊装，横梁吊架上设置多个吊装点，可根据阀塔轨道相对位置不同进行调整。

以上结构方案可加强该种大跨度、重屋盖、高风压条件下厂房结构的安全稳定性、耐久性及实用性，可节约投资，缩短施工周期，同时具有很大的灵活度，综合效益显著。适用于海岸柔性直流换流站阀厅联合建筑的结构型式优化设计。

本说明中应用了具体个例对本发明的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；该部分内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种海岸柔性直流换流站阀厅联合建筑结构体系，它主要包括：阀厅联合建筑结构型式、阀厅吊车布置、屋面及围护结构；其特征在于所述的阀厅联合建筑结构型式是：采用“横向钢结构实腹式柱+钢桁架梁以及纵向钢结构排架”的结构型式；屋架上弦取消水平支撑由刚性层代替，屋架下弦取消水平系杆由吊车轨道代替；纵向布置有柱间支撑；所述的阀厅吊车布置是：阀厅区域采用S型连续单轨吊通长布置，配合吊装阀塔；将单轨吊轨道同时代替屋架下弦系杆布置，间隔布置水平支撑传递吊车动荷载，使吊车轨道与整个结构体系融为一体；

所述的屋面及围护结构是：屋面结构层采用轻集料钢筋混凝土现浇结构，底模采用焊接钢筋桁架模板，且屋面刚性层直接取代屋架上弦水平支撑，阀厅联合建筑的围护体系采用砖墙围护，通过可靠构造措施将水平力传至主体结构。

2.根据权利要求1所述的海岸柔性直流换流站阀厅联合建筑结构体系，其特征在于屋架采用双向1/15坡度的桁架结构；屋架上、下弦主材采用宽翼缘H型钢，并分别与框架柱连接，形成整体刚接；实腹式柱组合截面采用双槽钢和实腹板焊接而成，在柱顶与屋架连接区域采用焊接加厚钢板进行补强；纵向柱间分别在屋架上、下弦及中间高度处采用横梁连接，对应于屋架下弦水平支撑位置处布置传递纵向水平力的柱间支撑；屋架上弦平面次梁采用窄翼缘H型钢，与上弦顶平连接，刚性屋面层代替上弦水平支撑作用，仅在端跨布置构造支撑；屋架下弦平面系杆采用窄翼缘H型钢，其中阀厅区域用单轨吊的工字钢代替水平系杆，并间隔布置下弦水平支撑。

3.根据权利要求1所述的海岸柔性直流换流站阀厅联合建筑结构体系，其特征在于所述阀厅的吊车轨道布置采用S型连续单轨吊轨道，通长布置于屋架下弦，轨道工字钢同时代替屋架下弦系杆作用；在轨道上布置共四台最大起重量为3T的独立单轨吊，分两台一组设置在相邻轨道内，配合阀塔吊装；吊装最大安装单元时，可以利用相邻两根轨道上的两台吊车安装模块结合横梁吊架进行吊装，圆弧段轨道不参与吊重，只运输吊车用。

4.根据权利要求1所述的海岸柔性直流换流站阀厅联合建筑结构体系，其特征在于所述屋面结构层采用轻集料钢筋混凝土现浇重盖结构，混凝土标号LC30，容重1650kg/m3，厚度110mm，焊接钢筋桁架底模厚度0.75mm；刚性板同时承担屋架上弦水平支撑作用；建筑物围护结构采用240mm厚砖墙围护，通过构造柱箍筋、水平拉结筋及圈梁将水平力可靠传至主体结构。