摘 要：鋼結(jié)構預制基礎相比傳統(tǒng)土建基礎具有省時省力、經(jīng)濟易管理、精準度高、節(jié)能環(huán)保的特點。鑒于此，對鋼結(jié)構預制艙基礎和傳統(tǒng)土建基礎建設成本做了一定的對比分析，并提出了簡要的設計思路。
關鍵詞：預裝式模塊化變電站；工廠預制裝配式預制艙基礎；鋼結(jié)構預制基礎
0 引言
預裝式變電站由于工業(yè)化生產(chǎn)、工廠組裝、建設周期短、設備安裝方便、建設成本低等特點已得到廣泛運用。但預制艙基礎仍采用現(xiàn)場開挖等傳統(tǒng)土建方式，因建設周期長、完成度差、質(zhì)量難以控制等缺陷，其已成為預裝式變電站建設的痛點。鋼結(jié)構預制基礎采用現(xiàn)代化、工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)工藝與成熟的施工技術，外形美觀大方，優(yōu)化了預裝式變電站的感觀，提高了產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性，具有極大的推廣價值；并能進一步減少現(xiàn)場土建工作，很大程度上消除變電站建設過程中時間不可控的痛點，節(jié)約建設成本，縮短時間成本。
1 鋼結(jié)構預制基礎與傳統(tǒng)土建基礎的成本分析
1.1 省時省力
傳統(tǒng)土建基礎為鋼混或磚混結(jié)構，需在現(xiàn)場先進行土石方作業(yè)，開挖出預制艙下地下電纜室和各艙體電纜溝等設施。在主要施工開始前還需要進行道路平整、通水通電等前期準備工作，總體建設時間需要1.5個月甚至更久，且嚴重受環(huán)境和天氣影響。設備進場前，還需對前期壓壞的路面進行二次平整，方能滿足設備安裝條件。鋼結(jié)構預制基礎具有現(xiàn)代建造的明顯優(yōu)越性：工廠生產(chǎn)優(yōu)勢——對生產(chǎn)全過程（采購、設計、車間生產(chǎn)、物流、施工、維護）實施質(zhì)量系統(tǒng)管理，進行合理化生產(chǎn)；產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)優(yōu)勢——依托全產(chǎn)業(yè)鏈的現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)集群效應，利用行業(yè)內(nèi)資源互補如采用更優(yōu)異的加工方式，地區(qū)資源互補如生產(chǎn)地更靠近材料、設備集散地等。因此，鋼結(jié)構預制基礎具有不受環(huán)境等條件影響，施工周期更短、周轉(zhuǎn)快、實現(xiàn)便捷的特點，且能和預制艙同步發(fā)貨，同步施工。傳統(tǒng)土建基礎與鋼結(jié)構預制基礎主要施工用時對比如表1所示，鋼結(jié)構預制基礎工廠預總裝接線調(diào)試如圖1所示。
1.2 經(jīng)濟易管理
傳統(tǒng)基礎建造工程中，需要大量人力完成如清槽、鋼筋綁扎、支模板、搭腳手架等工作，耗時費力；需要大量物力運送砂石、鋼筋等原料，占用大量場地；采用大量工程機械，包括推土機、挖掘機、渣土車、攪拌機、卷揚機、混凝土泵等中大型設備；且大量人機混作，現(xiàn)場難以采取緊密的安全措施，容易產(chǎn)生機械傷害、跌落、漏電等安全風險，給安全管理工作帶來極大壓力。
鋼結(jié)構預制基礎每道工具基本只需1～2名工人，大大減少了人力的使用；物料僅需型鋼、鋼板、螺栓等，材料即來即用即整理，不僅用料節(jié)省，而且減少了場地占用；生產(chǎn)設備僅需鋸床、激光設備、焊機、角磨機等，現(xiàn)場施工時也僅需完成一些吊裝、拼接的工作；在工廠成熟的安全管理體系下，安全風險小，管理簡便。
傳統(tǒng)土建基礎與鋼結(jié)構預制基礎現(xiàn)場施工器械對比如表2所示。
1.3 精準度高
傳統(tǒng)基礎由于現(xiàn)場施工條件復雜、不易測量等原因，精確度一般為厘米級，預制艙就位時經(jīng)常只能以墊片的方式保證水平度，如圖2所示?，F(xiàn)場土建基礎與預制艙的不匹配已成為現(xiàn)場施工方與預制艙廠家發(fā)生爭執(zhí)的主要原因，一旦確定土建基礎不合格，各方商洽和改造的耗費起碼能占到該項工程造價的5%，是一筆可觀的費用。鋼結(jié)構預制基礎工廠化生產(chǎn)和質(zhì)檢，精確度為毫米級，現(xiàn)場只需少許調(diào)整工作即可投入使用，如圖3所示。
1.4 節(jié)能環(huán)保
傳統(tǒng)基礎施工大量工程車輛的使用，不僅增加了排放污染，還耗費了大量能源；在建設過程中混凝土作業(yè)需要使用大量水源進行配成和養(yǎng)護，同時需要使用一次性模板，消耗大量木材；工地由于沒有完善的處理措施，大量的生活垃圾和建筑垃圾會對當?shù)赝寥篮退丛斐蓸O大污染。
鋼結(jié)構預制基礎與傳統(tǒng)基礎相比，節(jié)水95%、節(jié)材80%、減排50%、減少工業(yè)垃圾90%。且鋼結(jié)構預制基礎主體材料90%可回收，對環(huán)境十分友好。
2 鋼結(jié)構預制基礎的關鍵技術
2.1 分離設計
2.1.1 結(jié)構選型、模組劃分、構件布置
為了便于運輸，鋼結(jié)構預制基礎應設計成模組化構件，各模組應根據(jù)項目實際情況需要進行劃分，并設計好各模組組裝方式。模組的劃分和組裝應綜合考慮項目的承載需求、預制艙的連接方式、現(xiàn)場組裝施工的便捷性。對于重量較輕的預制艙在滿足連接抗剪的前提下，可按支柱—承載平臺—圍護劃分模組；對于重量較大的預制艙，為了滿足抗震需求結(jié)構方案設計，可按支柱—梁系—輔助連接—圍護劃分模組。
2.1.2 材料選用
按現(xiàn)場環(huán)境情況選擇材料，主受力構件應選用B級以上鋼材；一級安全等級場所應選用C級以上鋼材，并采用防連續(xù)倒塌設計；寒冷地區(qū)應根據(jù)現(xiàn)場極端低溫選用D級甚至E級型鋼。
2.1.3 作用及作用效應分析、結(jié)構的極限狀態(tài)驗算
設計時應符合國家現(xiàn)行標準《建筑結(jié)構可靠度設計統(tǒng)一標準》（GB 50068—2001）和《工程結(jié)構可靠度設計統(tǒng)一標準》（GB 50153—1992）的規(guī)定，一般情況下建議按二級安全等級驗算，特殊情況下也不得低于三級；對于簡單的結(jié)構可按均布載荷簡化分析，如圖4所示。若項目特殊或為了優(yōu)化設計，建議借助計算機模擬做有限元分析。
2.1.4 結(jié)構、構件及連接的構造
梁柱連接節(jié)點盡量采用栓接連接，必要時采用栓焊混合連接。梁柱采用剛性或半剛性節(jié)點時，節(jié)點應進行在彎矩和剪力作用下的強度驗算。當梁柱采用剛性連接時，對應于梁翼緣的柱腹板部位宜設置橫向加勁肋。
采用端板連接的節(jié)點，應符合下列要求：
（1）連接應采用高強度螺栓；
（2）螺栓應成對稱布置，并滿足擰緊螺栓的施工要求。
2.1.5 防腐維護等要求
鋼結(jié)構防腐設計應充分考慮現(xiàn)場環(huán)境介質(zhì)的腐蝕性，可參照ISO規(guī)范中C1～C5劃分設計防腐工藝，但建議防腐等級不低于C3級；對難以維護或危及人身安全的部位應加強防護，或采用自身具有耐腐蝕性的材料或外覆耐腐蝕材料；各構件的連接間隙應充分考慮防護層施工、檢修、維護的需求，避免出現(xiàn)難以涂漆、檢修、清理的空間，或易于積留濕氣、灰塵的死角或凹槽；對于閉口封閉型材，應沿縫隙或端口焊接封閉。
2.1.6 滿足特殊要求結(jié)構的專門性能設計
有特殊要求時，如場地受限必須采用大跨度設計，無樁基，載荷嚴重集中或不平衡等情況，必須對結(jié)構做專門設計和驗算，如圖5所示。
2.2 工裝技術
工裝已在現(xiàn)代制造業(yè)中廣泛使用，同時構件有時會出現(xiàn)異形等情況。鋼結(jié)構預制基礎采用某些非標工裝，能極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。為了滿足現(xiàn)場快捷組裝的要求，應對某些費時費力的環(huán)境預先設計工裝。如為栓接位置設計快速定位工裝，使梁等構件不必長時間舉升；為異形構件設計專用夾具，方便現(xiàn)場吊裝，增加安全性，如圖6所示。
2.3 現(xiàn)場施工技術
鋼結(jié)構預制基礎采用成熟的吊裝技術，如圖7所示，安全可靠，僅需較少時間就能完成整體吊裝就位及初連接。初連接完成后吊車即可離場，減少了高昂的租賃費用和大面積場地占用。后續(xù)施工基本為干法施工，無需供水、大規(guī)模搬運物料等施工過程，耗費人力少，且環(huán)保無污染，無需擔心工業(yè)垃圾的處理。
3 結(jié)語
鋼結(jié)構預制基礎是一種響應國家綠色節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展號召的嶄新應用，是在變電站預裝化后的又一創(chuàng)新，其對社會具有節(jié)能減排的意義；對行業(yè)有可推廣的價值，并能促進行業(yè)整體進步；對企業(yè)能縮短建設周期，提升企業(yè)競爭力；對用戶能降低負擔，且可持續(xù)發(fā)展。
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作者簡介
何顯江（1990—），男，四川南充人，結(jié)構設計工程師，研究方向：模塊化智能變電站預制艙。
