关于《国家电网公司输变电工程提高使用寿命设计指导意见》对结构设计的影响之探讨
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摘要：国网公司要求输变电工程建构筑物设计使用寿命年限由原来的50年提高为60年以上，在结构设计时对影响建构筑物结构的可靠性、耐久性的重要参数做相应调整。
关键词：设计使用年限；可靠性；耐久性；结构设计
中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：
为全面贯彻落实电力工程全寿命周期设计管理理念，统筹协调电力工程建设安全、效能、成本的关系，促进设计理念和方法创新，提高电力工程建设效率和效益，提高工程建设整体水平，2012年，国家电网公司下发了《国家电网公司输变电工程提高使用寿命设计指导意见（征求意见稿）》，其中要求“新设计建设的输变电工程建构筑物使用寿命达到60年以上，变电主要一次设备和线路主要设备使用寿命达到40年以上，主要二次设备使用寿命达到20年以上。”在此之前变电站内建筑物按照国家相关规范规定正常使用年限为50年，针对此要求，本着输变电工程提高使用寿命的可靠性、耐久性和经济性协调统一的总体原则，对于新建变电站工程建、构筑物在结构计算中相关的系数及构造要求需要做相应调整。本文仅对本地区110kV变电站内建筑物结构设计的影响进行探讨。
1 提高建筑物的可靠性
1.1 结构重要性系数γ0
电力设施的可靠性最重要的指标反映在变电站建筑上即为建筑结构的安全等级，与之对应的参数为结构重要性系数γ0。《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001中对于建筑物的使用年限、结构破坏可能产生的后果(危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等)的严重性采用不同的安全等级分别取相应的γ0值。 该规范第7.0.3 结构重要性系数γ0 应按下列规定采用：参考文献
1） 对安全等级为一级或设计使用年限为100 年及以上的结构构件，不应小于1.1；
2） 对安全等级为二级或设计使用年限为50 年的结构构件，不应小于1.0；
3） 对安全等级为三级或设计使用年限为5 年的结构构件，不应小于0.9。
由此可以认定在制定规范时考虑结构的安全等级与设计使用年限存在一定的关联。现行的《35—110kV变电所设计规范》GB50059—2011中有关结构重要性系数的规定与原1992版对应条款有所变化，原92版第4.1.3条“建筑物、构筑物的安全等级，均应采用二级，相应结构重要性系数应为1.0”。现行《35—110kV变电所设计规范》GB50059—2011第4.1.4条“建筑物、构筑物的安全等级，均不应低于二级，相应的结构重要性系数不应小于1.0”。参考文献由此可以理解为对于变电站设计的结构重要性系数较以前有提高。现在全球进入地震活动多发期，以日本福岛核电站为例，在地震中除去造成人员伤亡的安全问题，仅核电站本身的破坏使日本电力供应紧缺，不但经济灾后重建受到限制就连人民的生活质量都受到很大影响。因此电力设施的安全问题，对整个社会的经济稳定起到尤为重要的作用。国网公司下发《国家电网公司输变电工程提高使用寿命设计指导意见（征求意见稿）》要求建筑物的设计使用年限为60年以上其宗旨是对建设“一流电网”工程质量提出更高要求，以加强智能电网的坚强性。据此，本人认为在变电站内建筑物结构设计中重要性系数本着就高不就低的原则取1.1。
1.2 地震影响
根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2004对电力工程第5.2.4规定，“330kV及以上的变电所和220kV及以下枢纽变电所的主控通信楼、配电装置楼、就地继电器室”的抗震设防类别应为乙级，抗震等级根据《电力设施抗震设计规范》GB50260-96第六章“火力发电厂和变电所的建构筑物”之表6.1.1确定。主控制楼、配电装置楼的混凝土结构抗震等级为二级。参考文献
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第3.2.2条规定抗震设防烈度和设计基本地震加速度取值的对应关系，应符合表3.2.2的规定。参考文献
表3.2.2地震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系
本表取值对设计使用年限50年的结构。对年限超过五十的结构，宜考虑实际需要和可能，对地震力作适当调整。在该规范的条文说明中，对于设计使用年限不同于50年的结构，其地震作用需要作适当调整。参考《建筑工程抗震性态设计通则（适用）》CECS460：2004的附录Ａ，其调整系数的范围大体是：设计使用年限70年，取1.15～1.2，100年取1.3～1.4。
2 提高建筑物的耐久性
反应建筑物耐久性的指标即为建筑物的设计使用年限。
设计使用年限：设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。
国网公司对于耐久性的解释是指正常使用和维护条件下，主要设备、材料的寿命能够满足工程使用寿命要求，并适当留有裕度的原则，具体到建构筑物为设计使用寿命60年以上。
根据《混凝土结构设计规范》GB50010—2010第3.5条耐久性规定：参考文献
混凝土结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计，耐久性设计包括下列内容：
１、确定结构所处的环境类别；
２、提出对混凝土材料的耐久性要求；
３、确定构件中钢筋混凝土保护层厚度；
４、不同环境条件下的耐久性技术措施；
５、提出结构使用阶段的检测与维护要求。
因此影响建筑物耐久性的因素主要有：混凝土的保护层和最低强度等级
混凝土结构的环境类别按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010表3.5.2选用。设计使用年限为５０年的混凝土结构，其混凝土材料宜符合表3.5.3的规定。
表3.5.3结构混凝土材料的耐久性基本要求
规范3.3.5一类环境中，设计使用年限为100年的混凝土结构尚应符合下列规定：
钢筋混凝土结构最低强度等级为C30，预应力混凝土结构的最低强度等级为C40；
混凝土中的最大氯离子含量为0.06％；
宜使用非碱活性骨料，当使用碱活性骨料时，混凝土中最大碱含量为3.0kg／m３
混凝土保护层厚度应符合本规范第8.2.1的规定，当采取有效的表面防护措施时，混凝土保护层厚度可适当减小。
3.5.6二三类环境中，设计使用年限100年的混凝土结构应采取专门的有效措施。
8.2.1构件中普通钢筋及预应力钢筋的混凝土保护层厚度满足下列要求。
1.构件中受力钢筋的保护层厚度不应小于钢筋的公称直径d；
2、设计使用年限为50年的混凝土结构，最外层钢筋的保护层厚度应符合表8.2.1的规定；设计使用年限为100年的混凝土结构，最外层钢筋的保护层厚度不应小于表8.2.1中数值的1.4倍。
表8.2.1混凝土保护层的最小厚度C（mm）
纵观以上规范规定，在设计使用年限变更为６０年以上会导致对混凝土最低强度等级及保护层厚度要求的变化。按照插入值法，60年设计使用年限的保护层应为表中数值的1.08倍，70年设计使用年限的保护层应为表中数值的1.16倍。
本人认为对设计使用年限60年以上的建构筑物，除了保护层增大外，混凝土的最低强度等级应按表3.5.2提高一个标号。对混凝土中最大氯离子含量按0.06％控制。处在二三类环境中的混凝土（如基础工程）应增大保护层厚度，采用耐腐蚀性能钢筋或采用环氧树脂涂层钢筋。
基础：按照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011规范内容确定地基基础设计等级。地基基础的设计使用年限不应小于建筑结构的设计使用年限。参考文献
以一个110kV通用变电站设计为例；
通过软件计算分析结构重要性系数、地震力影响系数、保护层厚度的调整对建筑结构的材料用量的影响。
工程特征：建筑规模：110kV变电站
地理环境：寒冷地区
地震设防烈度：7度
地震分组：第三组
设计基本地震加速度值：0.1g
结构形式：三层现浇混凝土框架结构
计算软件：PKPM
建筑规模：建筑面积：1726.44平方米
平面布置：一层：电缆夹层，层高3m；二层：10kV开关室、电容器室，层高5.4m；三层：110KVGIS 室，层高7.6m；主控制室、消弧线圈室，层高5.4m。
楼面活荷载：10kV开关室 7KN/M2，电容器室9KN/M2，110KVGIS 室10KN/M2，主控制室、消弧线圈室4KN/M2
设计使用年限50年与60年以上参数调整与计算结果对比表
注：1、本工程计算结果仅用于结果比较，没有实际工程参照意义。
2、计算板、梁、柱配筋量为PKPM程序生成量，未做人工调整。
根据以上实例计算结果显示，在材料标号相同的情况下，板配筋增加了2%，梁的配筋增加了15%左右，柱筋由于归并的原因应认为没有变化，基础配筋则没有变化。
以上仅为本人在工作中对《国家电网公司输变电工程提高使用寿命设计指导意见（征求意见稿）》对结构设计的影响之思考，正确与否还望专家同行指正。
参考文献
《GB50068-2001建筑结构可靠度设计统一标准》
GB50059—2011《35—110kV变电所设计规范》
GB50223-2004《建筑工程抗震设防分类标准》
《GB50011-2010建筑抗震设计规范》
《GB50010—2010混凝土结构设计规范》
GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》