Типы зданий на ПС, их технологическое назначение весьма различны. Конструктивное решение зданий, как правило, каркасно-панельное — из железобетона и керамзитобетона, по номенклатуре изделий, выпускаемых заводами Минэнерго СССР (см. разд. 4). Как исключение, при наличии местных ресурсов эти здания выполняются из кирпича.
Для отдаленных и северных районов применяются облегченные металлоконструкции и эффективные стеновые панели типа «сэндвич», изготовление которых освоено заводами Минэнерго.
В последние годы в энергетическом строительстве нашли применение индустриальные секции быстромонтируемых зданий, разработанных предприятием Энерготехпром Минэнерго СССР.
Каждая секция представляет собой сочетание кровельной плиты размером 3X12 м и двух стеновых панелей шириной 3 и высотой 6 и 4 м, соединенных поверху с кровельной панелью шарниром. Транспортное положение секции позволяет складывать их в плоские компактные элементы и перевозить в виде пакета.
На заранее подготовленные фундаменты секции устанавливаются с помощью монтажного крана грузоподъемностью 160 кН. При подъеме секции стеновые панели поворачиваются в шарнирных узлах и принимают вертикальное положение. Шарниры замыкаются тягой, образуя жесткие узлы. Опирание на фундаменты свободное. Узел опирания исключает возможность перемещения секции по горизонтали.
Быстромонтируемые здания (БМЗ) выполняются полностью из железобетонных кровельных плит и стеновых панелей с эффективным утеплителем, комбинированных секций — комплексных кровельных панелей с использованием профилированного стального листа и железобетонных стеновых панелей, а также полностью из облегченных металлических кровельных и стеновых панелей. Монтаж может производиться как целыми секциями, так и отдельными элементами.
Расчет секции БМЗ в стадии эксплуатации сводится к определению усилий в элементах П-образной рамы с жесткими верхними и шарнирными нижними узлами.
Спецификой подстанционного строительства являются также фундаменты под синхронные компенсаторы (СК). В настоящее время на ПС устанавливаются СК мощностью 15, 50, 100 и 160 МВ-А. СК мощностью 15 МВ-А устанавливаются, как правило, в помещениях, машины большей мощности — на открытом воздухе; нижняя часть фундамента установки заглублена в грунт, что обусловлено
Рис. 2.14. Разрез и фрагмент плана БМЗ.
а — разрез; б — план; 1 — кровельная панель; 2 — стеновая панель; 3 — фундамент; 4 — торцевая панель; 5 — тяга верхнего узла; Н — высота здания; Ζ — пролет.
В разд. 4 дана номенклатура сборных железобетонных элементов, из которых состоят БМЗ. На рис. 2.14 показан общий вид здания общеподстанционного пункта управления, собранного из сек-особенностями монтажа машины. Эта особенность, а также сравнительно небольшое количество ПС с установками СК, разбросанность их по стране сдерживают внедрение сборного железобетона в конструкции фундамента под СК.
Рис. 2.15. Фундамент под СК мощностью 50 МВ-А.
Из сборного железобетона сооружены лишь отдельные фундаменты под СК мощностью 15 МВ-А рамного типа. Под остальные типы СК фундаменты выполняются стенчатыми в монолитном железобетоне.
На рис. 2.15 показаны общий вид и геометрические размеры фундамента под СК мощностью 50 МВ-А (типовой проект), предусматривающего установку двух СК с монтажной площадкой между ними. Помещение под монтажной площадкой служит для размещения вспомогательного оборудования. Вдоль фундамента предусматривается коридор с коммуникационным каналом. Фундамент стенчатого типа выполняется в виде двух продольных стен, связанных между собой ригелями и поперечными стенами.
Элементы верхнего строения фундамента соединяются между собой и нижней плитой жесткими рамными узлами, что обеспечивается соответствующим армированием узлов сопряжений. Материал — бетон марки 200, арматура — класса А-Ι. Толщина нижней фундаментной плиты должна быть близкой по размерам толщине стен. Помещения внутри фундамента для машин с водородным охлаждением классифицируются: по пожарной опасности — категории А; по взрывоопасности — группа В-16 (ПУЭ). Помещения отделяются друг от друга противопожарными герметичными дверьми.
Расчет фундамента под СК производится в соответствии с указаниями глав СНиП по проектированию фундаментов машин с динамическими нагрузками, по проектированию бетонных и железобетонных конструкций и по проектированию оснований и фундаментов.
При проектировании должны также учитываться рекомендации других глав СНиП, в которых регламентируется та или иная особенность местных условий: защита от коррозии, сейсмичность района и другие факторы.
Расчет фундамента под СК состоит из двух частей — статического и динамического. Статический расчет сводится к определению деформации и несущей способности оснований (с учетом динамики), расчету прочности элементов фундамента. Динамический расчет производится для определения частотных характеристик фундамента и амплитуд колебаний.
Статическому расчету предшествуют сбор нагрузок и определение геометрических характеристик фундамента, необходимых для расчета. В исходных данных машины должны быть указаны: мощность, кВ-А; частота вращения, об/мин; общая масса машины, включающая массу ротора и других частей, т; значения и места приложения статических и динамических нагрузок; диаметр и длина анкерных болтов; условия монтажа и демонтажа машины и ее частей. Кроме того, должны быть известны грунтовые и климатические условия района строительства.
На фундамент действуют постоянные и временные нагрузки. К постоянным относятся нагрузки от массы машины (включая массу вращающихся частей), массы вспомогательного оборудования, собственной массы фундамента и грунта на обрезах, боковое давление грунта. К временным относятся нагрузки, соответствующие максимальному динамическому воздействию машины, а также нагрузки от короткого замыкания.
При проектировании фундаментов под СК, которые, как правило, несколько несимметричны в продольном направлении, большое значение имеет для обеспечения вибрационной устойчивости фундамента и нормальной эксплуатации машины центрирование подошвы фундамента. Общий центр тяжести фундамента, машины и грунта на обрезах фундамента и центр тяжести площади подошвы должны находиться на одной вертикали. Эксцентриситет не должен превышать: для грунтов с нормативным давлением Rн≤1,5 кгс/см2 — 3%, а для грунтов с Rн>1,5 кгс/см2 — 5% размера продольной стороны подошвы фундамента.
Определение геометрических характеристик для проверки этого условия производится до выполнения статического и динамического расчетов, ибо от центрирования зависят принятые предварительные размеры конструкций фундамента. Положение центра тяжести всей установки (фундамента, машины и грунта на обрезах) определяется по формуле
где Мх-х — алгебраическая сумма моментов всех масс относительно оси, проходящей через центр тяжести площади подошвы фундамента; G — общая масса установки, т.
При этом имеется в виду, что в поперечном направлении и фундамент и машина симметричны относительно продольной оси и, следовательно, центры тяжести установки и подошвы фундамента находятся на этой оси (в плане).
Значения Мх-х и G используются при определении давления на грунт основания.
Среднее давление на основание фундамента от нормативных статических нагрузок должно удовлетворять условию
где т — коэффициент условий работы, учитывающий характер и значения динамических нагрузок и равный 0,8; Rн — нормативное давление на основание, определяемое в соответствии с указаниями главы СНиП по проектированию оснований и фундаментов.
Динамический расчет фундамента сводится к определению горизонтальной и вертикальной амплитуд колебаний. При этом условно принимается в расчет участок стены в пределах расстояния между поперечными стенами. Методика динамического расчета для СК мощностью до 100 МВ-А приведена в главе СНиП «Фундаменты машин с динамическими нагрузками», свыше 100 МВ·А — в специальной инструкции института Теплоэлектропроект.
Блочные транспортабельные устройства.
В отдаленных и труднодоступных районах страны особо важную роль приобретает блочный метод сооружения объектов ПС. Все большее применение находят конструкции блочных транспортабельных устройств (УТБ) для ПС 110—500 кВ, в которых размещается оборудование напряжением 10 кВ и ниже, панели управления, релейной защиты и связи, аккумуляторные батареи, компрессорные и другое оборудование. Применение УТБ позволяет отказаться от сооружения специальных зданий на ПС.
В УТБ предусмотрены вентиляция, электроотопление и электроосвещение. Конструктивно УТБ представляет собой блок-боксы, имеющие жесткое основание из стальной рамы и каркас, к которому крепятся трехслойные панели типа «сэндвич». Основание утеплено минераловатными плитами. Окна выполнены в виде стеклопакетов. Предусматривается три типа УТБ с размерами в плане 3250X12 000; 6370X12 000 и 9490X12 000. Блоки второго и третьего типов монтируются из блоков первого типа, при этом конструкция кровли выполняется с шарнирами для возможности уменьшения транспортных габаритов (рис. 2.16).
Рис. 2.16. Различные варианты исполнения блок-боксов УТБ.
а, б, в — соответственно блоки первого, второго и третьего типов; 1 — фундаменты; 2 — стальная рама основания; 3 — кровля с шарнирами; 4 — крыльцо.
Блочные транспортабельные устройства рассчитаны для применения в районах со скоростью ветра до 36 м/с, нормативной снеговой нагрузкой 2000 Н/м2, сейсмичностью района — до 6 баллов. На ПС в качестве оснований под УТБ используются сваи или бетонные блоки. Для удобства прокладки кабеля и труб высота установки от поверхности планировки принята 1,0—1,2 м.
