在“碳達(dá)峰、碳中和”的政策背景下，發(fā)展裝配式建筑已成為我國推動(dòng)建筑業(yè)改革的重要舉措。文章對近年來浙江地區(qū)裝配式變電站的設(shè)計(jì)、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)為依托，從使用要求、結(jié)構(gòu)性能、投資控制3個(gè)角度分析鋼結(jié)構(gòu)建筑的適用范圍及變電站中主要建筑物采用鋼結(jié)構(gòu)形式的必要性。

裝配式建筑是傳統(tǒng)建筑業(yè)與先進(jìn)制造業(yè)的良性互動(dòng)，是建筑工業(yè)化和建筑信息化深度融合的產(chǎn)物。推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展，對推動(dòng)建筑生產(chǎn)方式變革、保障工程建設(shè)質(zhì)量安全、促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革等具有重要意義。尤其在近年新冠疫情的情況下，裝配式建筑由于其“施工快捷”的特點(diǎn)，在抗疫過程中發(fā)揮了重要作用。未來在“十四五”政策和“碳達(dá)峰、碳中和”的時(shí)代大背景下，加大推進(jìn)裝配式建筑持續(xù)健康發(fā)展仍是重要趨勢。

國家電網(wǎng)公司自2011年起推行裝配式變電站，其中變電站主要配電裝置樓結(jié)構(gòu)形式采用鋼結(jié)構(gòu)代替現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。經(jīng)過幾年的建設(shè)實(shí)踐，鋼結(jié)構(gòu)體系在變電站建設(shè)過程中發(fā)揮了其能耗低、施工人員投入少、現(xiàn)場濕作業(yè)少的優(yōu)勢，同時(shí)也暴露了一系列問題，其中以造價(jià)偏高最為典型。本文以近幾年浙江省變電站新建工程中裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑物的設(shè)計(jì)及建設(shè)管理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，探討變電站實(shí)施裝配式建筑的必要性以及其造價(jià)控制問題，總結(jié)鋼結(jié)構(gòu)體系在變電站中的地位，為今后裝配式變電站的發(fā)展與提升方向提供參考。

展與提升方向提供參考。目前浙江省發(fā)布的5個(gè)110～220 kV標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)計(jì)方案中生產(chǎn)建筑物及主要輔助建筑物均采用裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)，本文各章節(jié)中技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析均以浙江省標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)計(jì)方案中選取率最高的ZJ-110-A2-4 方案為例。

A2-4方案為全戶內(nèi)GIS布置形式。站區(qū)內(nèi)設(shè)有配電裝置樓一座，建筑面積1051 m2，建筑高度9.75 m（室外地面至女兒墻頂），室內(nèi)外高差0.45 m。設(shè)有10 kV開關(guān)室、110 kV GIS室、電容器室、二次設(shè)備室、蓄電池室、安全工具室、資料室等。其中主變室和110 kV GIS室層高為8.00 m，其余房間層高4.00 m。該方案建筑模型如圖1所示。

圖1  配電裝置樓建筑模型

我國裝配式建筑主要分為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)及裝配式鋼結(jié)構(gòu)兩種形式，其中 2020年采用鋼結(jié)構(gòu)的裝配式建筑新增約1.9億m2，較2019年增長46%，在當(dāng)年新開工裝配式建筑中的占比為30.2%，是裝配式建筑的重要組成部分。

在工業(yè)建筑領(lǐng)域，通常情況下，工業(yè)廠房設(shè)備生產(chǎn)線占地較大且連續(xù)性強(qiáng)，需要一個(gè)較為開闊的室內(nèi)空間，廠房等建筑物柱距一般比一般民用建筑大很多。由于材料特性的原因，混凝土結(jié)構(gòu)的跨度較小，一般建筑跨度在18 m以內(nèi)，而且隨著柱距的增加梁高也會急劇增加，難以滿足使用空間要求，而當(dāng)采用鋼結(jié)構(gòu)門式鋼架體系時(shí)其單跨跨度可達(dá)48 m。同時(shí)，由于鋼材抗壓、抗拉和抗剪強(qiáng)度都很高，基本屬于各向同性材料。以Q355鋼材與C30混凝土對比，相同截面尺寸下前者的抗壓承載力是后者的約20倍，可見在承受相同壓力的情況下，鋼構(gòu)件的截面尺寸可遠(yuǎn)小于混凝土構(gòu)件。所以在工業(yè)上經(jīng)常使用鋼結(jié)構(gòu)體系以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)大跨度、構(gòu)件小截面的要求。

當(dāng)一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人們的消費(fèi)能力達(dá)到一定程度后，建筑的高度也會不斷上升。然而隨著樓層的增高，建筑物須要在地震、臺風(fēng)等極端情況下滿足承載力及抵抗變形的能力，保證使用人員的安全性。這也會使技術(shù)難度大大增加，給建筑設(shè)計(jì)和施工帶來許多難題。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]的統(tǒng)計(jì)，不包括基礎(chǔ)及地下室在內(nèi)，上部結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)的造價(jià)一般為混凝土結(jié)構(gòu)的1.5～2.0倍。除了材料價(jià)差的原因，還在于防火涂料的使用以及由于鋼結(jié)構(gòu)制作安裝技術(shù)導(dǎo)致的勞務(wù)費(fèi)用的增加。然而即使如此，在高層建筑中采用鋼結(jié)構(gòu)體系仍舊具有有較高的經(jīng)濟(jì)性。首先，鋼材的容重叫較混凝土材料小，一般高層建筑中，上部結(jié)構(gòu)全部重量前者與后者的比值約為1∶ 1.5，即75層高度鋼結(jié)構(gòu)建筑上部結(jié)構(gòu)重量只相當(dāng)于50層高混凝土結(jié)構(gòu)建筑，基礎(chǔ)荷載明顯減小，大大減小了地基處理費(fèi)用及施工難度。其次，在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到一定規(guī)模后，其施工速度要快于混凝土結(jié)構(gòu)，在高層建筑施工中一般可節(jié)省20%～30%的時(shí)間。建設(shè)進(jìn)度的加快可減少財(cái)務(wù)投資帶來的利息負(fù)擔(dān)，也可使建設(shè)項(xiàng)目早日產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，收回成本。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，鋼結(jié)構(gòu)建筑上部結(jié)構(gòu)造價(jià)約為工程造價(jià)的15%～20%，占工程總投資的8%～15%，鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的價(jià)差約為工程總投資的3%～7%。但是這種價(jià)差可通過降低地基處理費(fèi)用，增加建筑使用面積和縮短工期等帶來的經(jīng)濟(jì)效益彌補(bǔ)。通過財(cái)務(wù)投資分析，如果其帶來的效益超過了由于結(jié)構(gòu)選擇而增加的投資，那采用鋼結(jié)構(gòu)建筑就具有較高的經(jīng)濟(jì)性。

目前裝配式變電站中鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)建筑的體量較小，多為一層或二層建筑。從結(jié)構(gòu)形式上來說，其設(shè)備房間須要的跨度及空間均不大，而且由于房屋高度小，地震及風(fēng)荷載效應(yīng)在結(jié)構(gòu)計(jì)算中不起控制作用，所以在結(jié)構(gòu)選型上鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢并不大。同樣由于體量原因，相對于混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)方案的工期僅略優(yōu)于前者，在建設(shè)周期未能大幅縮短的情況下，工期帶來的紅利無法體現(xiàn)。但是，在碳達(dá)峰、碳中和以及推行綠色裝配式建筑的大環(huán)境下，裝配式變電站的環(huán)保效益仍值得肯定。在減少碳排放，引領(lǐng)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，在電力行業(yè)中推行裝配式建筑的理念也能起到良好的示范作用，創(chuàng)造較大的社會效益。

俞昇森，本科，工程師，從事電力系統(tǒng)土建設(shè)計(jì)。