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第1篇

首先,從發(fā)展鋼結構的主要物質基礎來看,自1996 年開始,我國鋼的總產量就已超過1 億t ,居世界首位,而且隨著鋼材產量和質量持續(xù)提高,其價格正逐步下降,鋼結構的造價也相應有較大幅度的降低。與之相應的是,鋼結構配套的新型建材也得到了迅速發(fā)展。

其次,從國家政策來看,建設部頒布的《中國建筑技術政策》中,明確提出發(fā)展建筑鋼材、建筑鋼結構和建筑鋼結構施工工藝的具體要求,使我國長期以來實行的“節(jié)約鋼材”政策已轉變?yōu)椤昂侠碛娩摗钡恼摺＿@將進一步促進我國建筑產品結構的調整,使多年來由混凝土和磚石結構一統(tǒng)天下的局面發(fā)生了向多種材料結構合理使用的變化。

第三,從發(fā)展鋼結構的技術基礎來看,普通鋼結構、薄壁輕鋼結構、高層民用建筑鋼結構、門式剛架輕型房屋鋼結構、網(wǎng)架結構、壓型鋼板結構、鋼結構焊接和高強度螺栓連接、鋼與混凝土組合樓蓋、鋼管混凝土結構及鋼骨(型鋼) 混凝土結構等方面的設計、施工、驗收規(guī)范規(guī)程及行業(yè)標準已陸續(xù)頒布。有關鋼結構的規(guī)范規(guī)程的不斷完善為鋼結構體系的應用奠定了必要的技術基礎,為設計提供了依據(jù)。

2 輕型建筑鋼結構體系及應用范圍

2.1 承重結構體系

2.1.1 門式剛架結構體系

門式鋼架結構體系是我國輕鋼結構工業(yè)建筑中最主要的結構形式。它可以分為單跨、雙跨、多跨的單層門式剛架以及帶挑擔或帶毗鄰的單層門式剛架等形式。門式主剛架與檁條、墻梁和各類支撐體系、圍護體系構成空間三維受力體系而共同工作。根據(jù)跨度和高度及荷載不同,門式剛架的梁、柱可采用等截面或變截面實腹焊接工字型截面或軋制H型截面。設有橋式吊車時,柱宜采用等截面形式。

門式剛架結構體系適宜建造單層工業(yè)廠房(30t 吊車以內) 、超市、倉庫、農貿市場、飲食娛樂、體育設施、碼頭建筑以及各種臨時建筑。

2.1.2 多層多跨框架結構體系

多層多跨框架結構體系的主要組成部分是梁和柱，及與之相連的樓面屋面結構、支撐、墻板或墻架結構。其房屋高寬比不宜大于6 ,柱網(wǎng)設置宜為6～12m ,常設計成強柱弱梁形式。梁、柱均為等截面,材料主要選用高頻焊接和熱軋H型鋼、普通或輕型熱軋型鋼、冷彎型鋼。

多層框架輕鋼建筑自重輕、自振周期長,對地震作用不敏感。但框架體系的側向剛度較小,需設置各種側向支撐,或者結合電梯井的位置,采用框架- 抗剪桁架結構,框架-抗剪鋼板剪力墻、框架- 鋼混剪力墻等新體系,以確保結構水平位移控制在規(guī)范允許的范圍內。

這種承重結構的發(fā)展適宜于多層輕鋼建筑這一類很有發(fā)展前途的金屬建筑形式。如總高度小于24m 的商業(yè)購物中心、辦公大樓等公共建筑;總高度在20m 以下,樓面荷載小于8kNPm2 的電子、機械等行業(yè)的工業(yè)廠房;10 層以下的多層民用住宅。

2.2 支撐體系

為了加強輕鋼結構的側向剛度,抵抗水平荷載和地震作用,通常用槽鋼或角鋼在柱間布置垂直支撐體系。根據(jù)要求可以沿縱、橫單向布置或雙向布置。支撐與框架鉸接,按拉桿或壓桿設計。考慮到門窗的位置,可以采用X 型、單斜桿型、人字型、倒人字型、W型、倒W型、門式等形式,還可采用偏心支撐。在不影響建筑功能的前提下,平面上的支撐應均勻布置。對后五種支撐應驗算梁上支撐軸力引起的附加彎矩。偏心支撐的優(yōu)點是在較小或中等的水平荷載作用下有足夠的剛度,而在嚴重超載(如大地震) 時具有良好的延性,是一種較好的抗剪支撐。

2.3 樓蓋體系

樓面結構由鋼梁和樓面板組合而成。樓面主次梁應采取結構措施和樓面板緊密聯(lián)系,確保鋼梁的整體穩(wěn)定性。樓面板必須具有足夠的強度、剛度和整體性。當前主要采取的樓板形式為: ①現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板; ②預制輕質混凝土板;③壓型鋼板- 現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板,壓型鋼板可作為永久性底模并參與共同工作,省去了支模的不便。第三種樓板形式兼具了兩種不同材料的優(yōu)點:一方面鋼筋混凝土提供了對鋼結構的保護,使其具有較好的抵抗火災和腐蝕的能力;另一方面又提供了對鋼構件壁板的約束作用,防止其過早地發(fā)生局部屈曲,大大地提高了鋼結構的承載力,具有很好的發(fā)展前景。

2.4 圍護結構

為了減輕多層房屋鋼結構的自重,圍護結構多采用輕質材料。外墻墻體多采用輕質填充材料,如空心砌塊、加氣混凝土等,有時可采用壓型鋼板加輕質保溫層組成的復合墻體,也有很多房屋外墻采用輕質美觀的玻璃幕墻結構。內隔墻可采用空心砌塊、加氣混凝土等輕質填充墻或輕鋼龍骨石膏板,也可采用鋁合金框玻璃隔斷。輕型鋼結構的屋面一般采用色彩鮮艷、外形美觀的彩色壓型鋼板。同時組成屋面和墻面圍護系統(tǒng)的構件材料還有冷彎薄壁型鋼檁條和墻梁、輕質保溫材料、采光材料、天溝及泛水等。

2.5 節(jié)點構造

輕鋼結構柱多采用H 形或箱形截面。由于腹板比較薄,故在此弱軸方向與梁的連接多采用鉸接,而強軸方向采用剛接。有的還可采用半剛性連接,但其受力特性較復雜,往往需通過試驗來取得較準確的設計數(shù)據(jù)。同時輕鋼結構的構件相對較薄,應盡量避免工地現(xiàn)場焊接連接。為了加強結構的整體剛度,可以把次梁做成連續(xù)梁的形式。

2.6 基礎形式

輕鋼房屋基礎常用柱下獨立基礎、條形基礎、十字形基礎。采用柱下獨立基礎時,應注意各基礎相對不均勻沉降對上部結構的影響?；A梁常用現(xiàn)澆或預制鋼筋混凝土結構,有時根據(jù)要求也可以采用鋼基礎梁,但通常將埋置在地面以下的柱腳和鋼梁外包混凝土,以解決防腐問題。

3 輕型建筑鋼結構的設計方法

輕鋼結構設計依據(jù)的規(guī)范有《鋼結構設計規(guī)范》GBJ17 -88、《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》。目前國內自主開發(fā)并經(jīng)注冊的鋼結構設計軟件有上海同濟大學土木工程學院開發(fā)的空間鋼結構桿系系統(tǒng)CAD 軟件3D3S;中國建筑科學研究院開發(fā)的鋼結構設計軟件STS。設計人員可以根據(jù)情況選擇適合自己的設計軟件。

3.1 單層門式剛架輕型房屋的設計

門式剛架設計的主要工作是計算出一榀剛架的構件斷面,其余檁條、墻梁及屋面、柱間支撐的布置均要符合相應的規(guī)范條文。

1) 確定剛架跨度、柱距及柱高。這一點主要根據(jù)工藝要求以及吊車參數(shù)決定?？缍?0m 以內一般以3m 為模數(shù)遞增,柱距6～9m ,柱高在滿足各項要求的情況下盡量低。屋面坡度一般取1∕5～1∕20。

2) 確定剛架柱及橫梁截面。柱截面高取柱高的1∕15～1∕25 左右,橫梁截面高取跨度的1∕30～1∕50 左右,梁寬取梁高的1∕3～1∕5 ,并應符合相應的規(guī)范要求。

3) 輸入計算簡圖。這一步主要在計算機上進行,有吊車柱腳設為剛接,無吊車柱腳設為鉸鏈,多跨中柱設為搖擺柱。

4) 輸入恒載、活載、風載及吊車荷載。

5) 進行結構計算。檢查剛架截面的強度、整體性是否符合規(guī)范要求以及柱頂位移、橫梁撓度是否在規(guī)范允許的范圍內。如果不滿足要求或有較大富裕應進行截面優(yōu)化,以求出既經(jīng)濟又合理的截面尺寸。

6) 節(jié)點設計。連接節(jié)點的設計是鋼結構設計中重要的內容之一。在結構分析前,就應該對節(jié)點的形式有充分思考與確定。常常出現(xiàn)的一種情況是,最終設計的節(jié)點與結構分析模型中使用的形式不完全一致,這必須避免。按傳力特性不同,節(jié)點分剛接、鉸接和半剛接。一般宜選擇可以簡單定量分析的前兩者。連接的不同對結構影響甚大,比如,有的剛接節(jié)點雖然承受彎矩沒有問題,但會產生較大轉動,不符合結構分析中的假定,會導致實際工程變形大于計算數(shù)據(jù)等的不利結果。連接節(jié)點有等強設計和實際受力設計兩種常用的方法,初學者可偏安全選用前者。設計手冊中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設計者查用,比較方便。也可以使用結構軟件的后處理部分來自動完成。

3.2 多層多跨輕鋼框架結構房屋的設計

此類房屋的設計類似于鋼筋混凝土框架結構,應遵循強柱弱梁、強節(jié)點弱桿件的基本原則。所不同的是輕鋼房屋由于側向剛度小,需要設置足夠的柱間支撐,以確保房屋的側向位移滿足要求?？紤]到混凝土樓板對鋼梁的有利作用,一般把梁設計成組合梁,并在鋼梁上設置栓釘,以加強混凝土樓板與鋼梁的整體連接。同時注意局部穩(wěn)定及節(jié)點設計。

3.3 輕型建筑鋼結構設計應注意事項

1) 設計光靠軟件不行,還必須進行判斷。設計者應該知道軟件是怎么計算的,要考慮到軟件未考慮的一些問題。

2) 荷載取值要準確。輸入荷載計算簡圖時,要考慮當?shù)氐难┖奢d標準值是否大于屋頂活荷載標準值0.3kNPm2 ,如果大于,應該在輸入活荷載的時候按雪荷載輸入。考慮風吸力的影響時端部和中部體型系數(shù)不同。

3) 鋼結構設計中的重點是節(jié)點的設計,節(jié)點的設計一定要與計算簡圖相符,該鉸接的一定要設計成鉸接,該剛接的一定要使該節(jié)點能傳遞和承受節(jié)點的內力。

4) 鋼結構設計中防腐、防火、防雷也是關鍵,關系到結構的安全使用,應引起設計人員的足夠重視,在不同的工程項目中采取相應的措施。

參考文獻：

第2篇

關鍵詞：環(huán)氧樹脂； 電子變壓器； 絕緣設計； 局部放電

中圖分類號：TN91134文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2012)06015203

Insulation design of epoxy cast electronic transformer

DENG Li

（Sichuan Information Technology College, Guangyuan 628017, China）

Abstract： In order to improve the insulating property of highvoltage electronic transformer, core type, singleinline package structure and epoxy poured highvoltage transformer is adopted. In practical application, the pouring thickness is 1/3 to 1/4 of the theoretical value. The external insulation distance is designed generally as 400 V/mm in good indoor environment to avoid the phenomenon of creepage or flashover. The splitting resistance of transformer winding is improved and PD is reduced to make the insulating property of the transformer to meet the requirement through improving the pouring technology level and adjusting solidification methods. The transformer made with the technology can work securely, reliably and stably.

Keywords： epoxy; electronic transformer; insulation design; PD

收稿日期：201110260引言

電子變壓器應用十分廣泛，是各種電子產品中極其重要的部件，其質量的好壞直接影響電子設備的可靠性。而變壓器的絕緣水平又是保證變壓器安全、穩(wěn)定、可靠運行的關鍵所在，所以變壓器的絕緣設計顯得尤為重要。在進行絕緣設計時必須結合變壓器的應用技術標準、環(huán)境、性能指標和工作狀態(tài)，對不同參數(shù)的變壓器采用不同的絕緣結構及工藝方法，以求達到所需的絕緣性能。如何保證變壓器的絕緣性能達到要求，現(xiàn)做如下分析。

1環(huán)氧澆注高壓電子變壓器絕緣設計需考慮的因素

1.1絕緣電阻

絕緣電阻主要檢查變壓器絕緣系統(tǒng)的局部缺陷和普遍缺陷缺陷，是驗證變壓器絕緣在常態(tài)、熱態(tài)、高溫和潮濕等環(huán)境條件下絕緣可靠性程度的一個重要技術指標，也是決定變壓器抗電強度試驗的主要參考依據(jù)。

1.2抗電強度

抗電強度是考驗變壓器絕緣系統(tǒng)承受暫態(tài)過電壓沖擊能力和絕緣系統(tǒng)是否存在潛在缺陷的關鍵技術指標。為了證明變壓器的設計、選材和制造工藝的可靠性，必須要進行的主絕緣可靠性試驗。

1.3局部放電

局部放電是變壓器線圈、絕緣內部或表面兩電極間空氣在強電場作用下，發(fā)生的局部、非貫穿性的放電。局放可使變壓器絕緣材料的電氣性能和機械性能下降，是導致絕緣材料老化的主要原因，將直接影響著變壓器的安全運行和壽命。因此在設計時，應從絕緣結構設計上采取相應措施，不允許絕緣結構內發(fā)生較強烈的局部放電。

1.4熱老化和熱壽命

熱老化和熱壽命是考核變壓器絕緣材料在變壓器工作溫度特性作用下，其絕緣、防潮、機械等性能下降直到失效這一過程的重要性能指標。為了減緩絕緣材料的熱老化進程，使變壓器絕緣有足夠的熱壽命，必須按變壓器工作溫度來選擇絕緣材料的耐熱等級。

2環(huán)氧澆注高壓電子變壓器的絕緣設計

2.1高壓繞組的絕緣結構

（1） 繞制絕緣。由于變壓器的高電壓或高電位的要求，繞組宜采用心式、單線包結構形式。繞制時，采用分段（正、反）繞制，首尾相連的方法，以達到降低層間和組間的電壓，合理減少絕緣（如厚度）以達到減小變壓器體積的目的。

（2） 出頭與絕緣。繞組出頭的絕緣距離，應根據(jù)繞組工作電壓、鄰近出頭之間的電位差及變壓器的工作環(huán)境確定。如果出頭按常規(guī)排列狀態(tài)不能滿足絕緣要求時，可采用加強絕緣、翻頭、焊片打彎、高壓電纜、沉孔灌注（螺母）和加隔墻（板）等方式改變出頭位置，增強出頭的絕緣性能，加大電距離，達到有效防止爬電或飛弧的目的。

2.2采用環(huán)氧樹脂的絕緣設計

由于變壓器次級對初級與鐵心間抗電試驗往往高達幾千伏、幾十千伏，而其漏電流卻要求非常小，如果按照常規(guī)進行絕緣設計和選用一般的絕緣材料是很難滿足要求的。而環(huán)氧樹脂不僅具有良好的電氣性能、機械性能和工藝性能，還是一種難燃、阻燃，對環(huán)境條件的適應性很強的材料。資料表明，環(huán)氧樹脂的固化產物具有優(yōu)異的電氣絕緣性能，擊穿電壓一般為35～50 kV／mm，體積電阻率為1013~1016 Ω?cm。環(huán)氧樹脂產品粘合力強、機械強度高、收縮率小、尺寸穩(wěn)定。在常溫下或稍微加溫后，便可以成為流動的液體，容易與各種試劑互相混合，保證各種加工工藝的順利進行，因此被廣泛應用于變壓器，特別是高壓或高電位變壓器的灌注。

（1） 絕緣厚度設計。在實際應用中，環(huán)氧樹脂的抗電強度與厚度關系是非線性的，取決于工藝水平，比較成熟的經(jīng)驗數(shù)據(jù)是理論值的1/3~1/4。由于變壓器初、次級繞組的工作電位不同，其環(huán)氧澆注的厚薄差異很大，可對初、次級繞組分別進行浸漬、澆注，而且高壓繞組在澆注前應進行真空絕緣浸漬，以達到提高機械性能、電性能的目的。但如果在初級繞組外采用同工藝制作的條形環(huán)氧樹脂墊塊定位后，再繞制次級高壓繞組，也可進行一次性環(huán)氧澆注，能達到省時、省料的目的。

（2） 外絕緣距離設計。實踐證明，變壓器高電位引出端至初級引出端、鐵芯及其緊固件之間，在沿著環(huán)氧樹脂固體表面或在極間空氣中會出現(xiàn)爬電或飛弧現(xiàn)象，這與外絕緣距離的設計及使用環(huán)境條件有關，在一般良好室內環(huán)境條件下，其安全絕緣距離通常為400 V/mm。另外，如果使電介質表面電場均勻，可大大縮小飛弧的絕緣間距。如在環(huán)氧樹脂澆注線圈表面建立導電鍍層或半導電鍍層，蓋住銳邊的邊緣，使絕緣電極和非絕緣電極的不均勻電場重新分配（布），以達到使介質（環(huán)氧樹脂）表面電場均勻的目的。還可采用同種工藝環(huán)氧樹脂填堵繞組與鐵心之間全部空氣間隙，可解決其結合部位局部電場不均勻造成的電暈。

變壓器的高壓繞組采用環(huán)氧樹脂作為其基本密封絕緣后，具有良好的電氣性能、絕緣性能和機械強度，產品均具有難燃、自熄、防潮，抗震、防火，防塵，安全可靠等特點。

3提高繞組抗開裂性和降低局放

由于銅的膨脹系數(shù)為16×10-6/K，鋁的膨脹系數(shù)為24×10-6/K，它們與環(huán)氧樹脂的膨脹系數(shù)相差甚大，這樣純環(huán)氧樹脂與銅或鋁固化成一體后，在熱脹冷縮的作用下很容易發(fā)生開裂現(xiàn)象，使樹脂絕緣損傷，機械性能下降，危及電氣性能，造成局部放電上升，使樹脂固化物老化、壽命減少。因此，防止樹脂澆注體開裂，控制澆注體內殘留氣泡的產生，使局放降低到最小限度是樹脂絕緣變壓器的關鍵技術問題。

當環(huán)氧樹脂與一定的填料物質混合在一起固化后，不僅能減小固化體系收縮率和線性熱膨脹系數(shù)，而且還能有效地降低成本，增加固化體系熱傳導性能、提高樹脂固化體的耐開裂和減小微局放。

3.1采用帶填料的環(huán)氧樹脂澆注

加入不同的填料對環(huán)氧樹脂固化物性能的改變各不相同，應根據(jù)產品的要求選擇不同的填料。

（1） 以活性硅微粉為填料，不僅能降低固化收縮率與線膨脹系數(shù)，有效地防止固化物開裂，增加固化產物的機械強度，更重要的是能大大降低高壓繞組的局部游離放電現(xiàn)象的發(fā)生。而且活性硅微粉能與樹脂反應交聯(lián)，不會影響澆注工藝。因此被廣泛用于高壓變壓器的澆注中。

（2） 以短玻璃絲氈為填料，固化物的膨脹系數(shù)可降低到（10～15）×10-6／K左右，這就與銅的膨脹系數(shù)較為接近，因此該類型的澆注產品通常采用銅導體。同時，由于玻璃絲氈的機械強度遠大于環(huán)氧樹脂，因而使抗拉強度、彎曲強度提高。以短玻璃絲氈為填料的真空澆注線圈，其外包封厚度較薄，通常只有2 mm左右，散熱性能較好。但是整個線圈在制造過程中工藝要求嚴格，不得出現(xiàn)氣孔和浸透不勻現(xiàn)象。但是，對于各類樹脂絕緣變壓器的線圈，膨脹系數(shù)這個因素并不是決定澆注體是否發(fā)生開裂的惟一條件，同時要有高真空的設備和正確的澆注工藝來保證。

3.2調整固化方法

澆注線圈在固化過程中，因固化收縮而產生的內應力是不可避免的，但是選擇適當?shù)墓袒瘲l件，可以在一定程度上減少固化內應力?？刹捎镁徛郎?、分布固化的方法，使固化物在緩慢的固化過程中能自行調節(jié)內應力的分布，達到防止開裂的目的，還可避免表面產生縮孔、凹陷現(xiàn)象。

此外，可對環(huán)氧樹脂填堵部位進行硅橡膠復蓋澆注或在澆注體固化后再降溫開模，都可以達到防止開裂的目的。

3.3降低局部放電

局部放電指標是用戶關心的一項性能指標，也是變壓器生產廠家檢測設計制造水平的一項指標，與產品結構設計、絕緣材料互配、環(huán)氧樹脂澆注料和澆注工藝有關。繞組內部導線及焊接的尖角、毛刺，澆注過程中存在氣泡，導線及絕緣的裂紋和孔隙等是影響局部放電的關鍵因素。在生產過程中應注意澆注真空度要符合技術規(guī)范要求，而且絕緣樹脂應嚴格按工藝文件規(guī)定配比；嚴格檢查導線質量，盡量采用耐壓高的漆包線，這樣樹脂的滲透性更好，避免氣泡產生。

4結語

變壓器的絕緣設計是保證變壓器安全、穩(wěn)定、可靠運行的關鍵所在，為保證變壓器絕緣設計的科學、先進、合理并達到最佳效果，采用環(huán)氧樹脂進行澆注，從絕緣結構、絕緣厚度、外絕緣距離等方面著手，使變壓器的絕緣性能達到要求。當然，若能改善工藝方法和提高澆注工藝水平，則起到事半功倍的效果。

參考文獻

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