摘 要：钢结构预制基础相比传统土建基础具有省时省力、经济易管理、精准度高、节能环保的特点。鉴于此，对钢结构预制舱基础和传统土建基础建设成本做了一定的对比分析，并提出了简要的设计思路。
关键词：预装式模块化变电站；工厂预制装配式预制舱基础；钢结构预制基础
0 引言
预装式变电站由于工业化生产、工厂组装、建设周期短、设备安装方便、建设成本低等特点已得到广泛运用。但预制舱基础仍采用现场开挖等传统土建方式，因建设周期长、完成度差、质量难以控制等缺陷，其已成为预装式变电站建设的痛点。钢结构预制基础采用现代化、工业化、产业化的生产工艺与成熟的施工技术，外形美观大方，优化了预装式变电站的感观，提高了产品稳定性、可靠性，具有极大的推广价值；并能进一步减少现场土建工作，很大程度上消除变电站建设过程中时间不可控的痛点，节约建设成本，缩短时间成本。
1 钢结构预制基础与传统土建基础的成本分析
1.1 省时省力
传统土建基础为钢混或砖混结构，需在现场先进行土石方作业，开挖出预制舱下地下电缆室和各舱体电缆沟等设施。在主要施工开始前还需要进行道路平整、通水通电等前期准备工作，总体建设时间需要1.5个月甚至更久，且严重受环境和天气影响。设备进场前，还需对前期压坏的路面进行二次平整，方能满足设备安装条件。钢结构预制基础具有现代建造的明显优越性：工厂生产优势——对生产全过程（采购、设计、车间生产、物流、施工、维护）实施质量系统管理，进行合理化生产；产业化生产优势——依托全产业链的现代化、产业集群效应，利用行业内资源互补如采用更优异的加工方式，地区资源互补如生产地更靠近材料、设备集散地等。因此，钢结构预制基础具有不受环境等条件影响，施工周期更短、周转快、实现便捷的特点，且能和预制舱同步发货，同步施工。传统土建基础与钢结构预制基础主要施工用时对比如表1所示，钢结构预制基础工厂预总装接线调试如图1所示。
1.2 经济易管理
传统基础建造工程中，需要大量人力完成如清槽、钢筋绑扎、支模板、搭脚手架等工作，耗时费力；需要大量物力运送砂石、钢筋等原料，占用大量场地；采用大量工程机械，包括推土机、挖掘机、渣土车、搅拌机、卷扬机、混凝土泵等中大型设备；且大量人机混作，现场难以采取紧密的安全措施，容易产生机械伤害、跌落、漏电等安全风险，给安全管理工作带来极大压力。
钢结构预制基础每道工具基本只需1～2名工人，大大减少了人力的使用；物料仅需型钢、钢板、螺栓等，材料即来即用即整理，不仅用料节省，而且减少了场地占用；生产设备仅需锯床、激光设备、焊机、角磨机等，现场施工时也仅需完成一些吊装、拼接的工作；在工厂成熟的安全管理体系下，安全风险小，管理简便。
传统土建基础与钢结构预制基础现场施工器械对比如表2所示。
1.3 精准度高
传统基础由于现场施工条件复杂、不易测量等原因，精确度一般为厘米级，预制舱就位时经常只能以垫片的方式保证水平度，如图2所示。现场土建基础与预制舱的不匹配已成为现场施工方与预制舱厂家发生争执的主要原因，一旦确定土建基础不合格，各方商洽和改造的耗费起码能占到该项工程造价的5%，是一笔可观的费用。钢结构预制基础工厂化生产和质检，精确度为毫米级，现场只需少许调整工作即可投入使用，如图3所示。
1.4 节能环保
传统基础施工大量工程车辆的使用，不仅增加了排放污染，还耗费了大量能源；在建设过程中混凝土作业需要使用大量水源进行配成和养护，同时需要使用一次性模板，消耗大量木材；工地由于没有完善的处理措施，大量的生活垃圾和建筑垃圾会对当地土壤和水源造成极大污染。
钢结构预制基础与传统基础相比，节水95%、节材80%、减排50%、减少工业垃圾90%。且钢结构预制基础主体材料90%可回收，对环境十分友好。
2 钢结构预制基础的关键技术
2.1 分离设计
2.1.1 结构选型、模组划分、构件布置
为了便于运输，钢结构预制基础应设计成模组化构件，各模组应根据项目实际情况需要进行划分，并设计好各模组组装方式。模组的划分和组装应综合考虑项目的承载需求、预制舱的连接方式、现场组装施工的便捷性。对于重量较轻的预制舱在满足连接抗剪的前提下，可按支柱—承载平台—围护划分模组；对于重量较大的预制舱，为了满足抗震需求结构方案设计，可按支柱—梁系—辅助连接—围护划分模组。
2.1.2 材料选用
按现场环境情况选择材料，主受力构件应选用B级以上钢材；一级安全等级场所应选用C级以上钢材，并采用防连续倒塌设计；寒冷地区应根据现场极端低温选用D级甚至E级型钢。
2.1.3 作用及作用效应分析、结构的极限状态验算
设计时应符合国家现行标准《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068—2001）和《工程结构可靠度设计统一标准》（GB 50153—1992）的规定，一般情况下建议按二级安全等级验算，特殊情况下也不得低于三级；对于简单的结构可按均布载荷简化分析，如图4所示。若项目特殊或为了优化设计，建议借助计算机模拟做有限元分析。
2.1.4 结构、构件及连接的构造
梁柱连接节点尽量采用栓接连接，必要时采用栓焊混合连接。梁柱采用刚性或半刚性节点时，节点应进行在弯矩和剪力作用下的强度验算。当梁柱采用刚性连接时，对应于梁翼缘的柱腹板部位宜设置横向加劲肋。
采用端板连接的节点，应符合下列要求：
（1）连接应采用高强度螺栓；
（2）螺栓应成对称布置，并满足拧紧螺栓的施工要求。
2.1.5 防腐维护等要求
钢结构防腐设计应充分考虑现场环境介质的腐蚀性，可参照ISO规范中C1～C5划分设计防腐工艺，但建议防腐等级不低于C3级；对难以维护或危及人身安全的部位应加强防护，或采用自身具有耐腐蚀性的材料或外覆耐腐蚀材料；各构件的连接间隙应充分考虑防护层施工、检修、维护的需求，避免出现难以涂漆、检修、清理的空间，或易于积留湿气、灰尘的死角或凹槽；对于闭口封闭型材，应沿缝隙或端口焊接封闭。
2.1.6 满足特殊要求结构的专门性能设计
有特殊要求时，如场地受限必须采用大跨度设计，无桩基，载荷严重集中或不平衡等情况，必须对结构做专门设计和验算，如图5所示。
2.2 工装技术
工装已在现代制造业中广泛使用，同时构件有时会出现异形等情况。钢结构预制基础采用某些非标工装，能极大地提高生产效率和产品质量。为了满足现场快捷组装的要求，应对某些费时费力的环境预先设计工装。如为栓接位置设计快速定位工装，使梁等构件不必长时间举升；为异形构件设计专用夹具，方便现场吊装，增加安全性，如图6所示。
2.3 现场施工技术
钢结构预制基础采用成熟的吊装技术，如图7所示，安全可靠，仅需较少时间就能完成整体吊装就位及初连接。初连接完成后吊车即可离场，减少了高昂的租赁费用和大面积场地占用。后续施工基本为干法施工，无需供水、大规模搬运物料等施工过程，耗费人力少，且环保无污染，无需担心工业垃圾的处理。
3 结语
钢结构预制基础是一种响应国家绿色节能、可持续发展号召的崭新应用，是在变电站预装化后的又一创新，其对社会具有节能减排的意义；对行业有可推广的价值，并能促进行业整体进步；对企业能缩短建设周期，提升企业竞争力；对用户能降低负担，且可持续发展。
[参考文献]
[1] 运输包装件尺寸界限：GB/T 16471—1996[S].
[2] 建筑结构可靠度设计统一标准：GB 50068—2001[S].
[3] 工程结构可靠度设计统一标准：GB 50153—1992[S].
[4] 钢结构设计规范：GB 50017—2003[S].
[5] 色漆和清漆——防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护 第5部分 防护涂料体系：ISO 12944-5：2018[S].
[6] 无锡固亚德电力设备有限公司.西门子南京SNC E-house项目[Z].
作者简介
何显江（1990—），男，四川南充人，结构设计工程师，研究方向：模块化智能变电站预制舱。
