变电站出线架计算

目录1.计算说明1.1 计算目的1.2 基本资料2.计算结果3.计算过程3.1 构架横梁计算3.1.1 横梁计算简图3.1.2 横梁荷载3.1.3 内力计算3.1.4 截面特性计算3.1.5 应力计算3.1.6 梁挠度计算3.2 构架计算103.2.1 截面特性计算113.2.2 构架内力计算123.2.3 应力计算163.2.4 挠度计算：3.3 中间跨构架173.3.1 内力计算173.3.2 应力计算213.3.3 挠度计算：223.4 基础设计223.4.1 地基承载力验算233.4.2 基础抗拔安全系数与抗倾覆安全系数验算24255. 附表及附图254. 计算成果分析开关站进出线构架结构计算及其基础设计1. 计算说明1.1 计算目的本计算书为XXXXXXX扩建220kV开关站进出线构架进行结构计算及其基础设计。1.2 基本资料互提资料卡：； 参考资料：变电架构设计手册（电力工业部中南电力设计院）、水工钢结构（武汉水力电力大学等合编 第3 版）、电力工程高压 送电线路设计手册（中国电力出版社 第 2 版）、钢结构设计手册 （中国建筑工业出版社 第2 版）。2. 计算结果出线构架横梁弦杆和腹杆拟采用角钢，弦杆和腹杆夹角为。，截面为一正三角形；格构架柱采用角钢，所有钢材均用Q235钢。 钢构架结构设计满足规范要求，截面见计算简图。地基应力及基础抗 拔抗倾满足要求，截面见计算简图。3. 计算过程3.1 构架横梁计算桁架弦初步选用L80X7的角钢，腹杆选用L70X7的角钢3.1.1 横梁计算简图横梁按简支梁计算，如下图所示横梁截面示意图3.1.2 计算工况出线构架按终端构架计算，根据互提资料运行工况、安装工况和检修工况单根导线荷载见下表。状态水平拉力 单位H垂直荷RA载RB单位最大荷载3875.432N198.507218.265kgf最大风速3690.224N187.317207.318kgf最低温度3376.753N176.678193.512kgf施工安装3385.876N176.942193.856kgf三相上人5810.025N234.319236.479kgf单相上人7166.743N263.001257.790kgf3.1.3横梁荷载3.1.3.1恒荷载计算1）自重计算，恒载系数1.2,q=1.2*43.304/24=2.165KN/m垂直面每榀框架自重近似为q =1/2*2.165 = 1.083 KN/m2）活荷载计算，活载系数1. 4a. 单根导线最大水平拉力单根导线最大水平拉力S = 1.4X7.17=10.04KNb. 导线垂直荷载单根导线垂直荷载为P=1.4X2.63=3.68KNc. 风荷载根据电力工程高压送电线路设计手册P326风荷载计算:风速V=26m/s，初步估算基本风压3 =0.43 kN/m200风压高度变化系数卩按14m高，取为1.12z风载体型系数卩,u =1.3SS单榀桁架体型系数为u二屮uStS，桁架杆件及节点挡风的静投影面积约为：A =2*0.08*16+11*1.05*0.07+10*1.95*0.07=4.74m2 n桁架轮廓面积约为：A=(1.05+0.08)*16=18.08m2有桁架挡风系数屮：屮二A /A=4.74/18.08=0.26n卩二屮卩=0.26*1.3=0.34St S风振调整系数为1.0则风荷载设计值为：w二卩 u *u *W =0.34*1.1*1*1=0.374kN/m2St z t 0那么，梁上线荷载为：qw=0.374*(1.05+0.08)*1.4=0.60 kN/m3.1.3内力计算根据变电架构设计手册P4647,横梁按简支梁进行计算梁自重产生的跨中最大弯矩M=1 ql 2 = 1 x 1.34 x 162 = 42.88KN mq 8 8导线张力及风荷载产生的跨中最大弯矩11Ms = si + sa + q 12481=-x 21.35 x 16 + 21.35 x 3.5 + - x 0.60 x I62 48=179.33KN m全部垂直荷载产生的跨中最大弯矩工 M = I(p + p + 2) + pa = x 16x (4.90 + 0.5 + 2) + 4.90x 3.5 = 46.75KN m p 414(P1为绝缘子串重量，由于缺乏资料，其设计值据类似工程取为0.5KN)支座处水平桁架平面内的剪力Q =1.5S+l/2*q *l=1.5X21.35+0.5*0.6*16=36.83KN H1支座处垂直面桁架平面内的剪力1 (3.0 P + 0.5P1 +1 ql +1.5 X 2)22二 2(30 X 组9 + 5 X 5 + 2 X12 X16 +1-5 X 2)爲=26.76kN梁按正三角形布置上弦杆内力M +E MN =qp=38.4 + 46.75 = 81.10kN1.05下弦杆内力M +工MN 二2hM_ 384。+ 4675 179.33 二际65殳“2 x 1.050.636 69.34其中h为截面高度，为636mm； b为截面宽度，为900mm。斜材内力水平桁架的斜材D = Qn sin d18.822 * sin 48=12.66kN倾斜桁架的内力由于Q值较小，不以计算。V3.1.4截面特性计算横梁主材拟采用 108X6钢管，斜材拟采用L56X5。截面特性通过计算，结果如下：截面：三根钢管组合格构式截面钢管截面 D*T=108*6截面高：636，截面宽：900 截面材料：钢 截面特性下肢截面特性A=3.845e-003; Xc =0.0000e+000;上肢截面特性A=1.923e-003; Xc =0.0000e+000;单个钢管截面特性A=1.923e-003;Ix =2.509e-006; Iy =3.2.509e-006;ix =33.612e-002; iy =3.612e-002;Wx =4.646e-005;整体截面特性(对形心)利用惯性轴平移轴公式计算在进行叠加：I 二 (I + d 2 A)ii=1A=5.769e-003; Xc =0.000e-000; Yc =2.120e-001;Ix =0.526e-003; Iy=0.786e-003;ix =3.020e-001; iy =3.691e-001;整个构件对X及Y轴的长细比为：X = l - i = 13000 十 302 = 43.05x 0 xX = l 十 i = 13000 十 369 = 35.23y0y格构式构件的换算长细比为：九=认2 + 空0xx A (1.5 - cos 2 9)-43.052 + 54：2 X 爲二角=45342 A入=，入2 += 0yy A cos2 9ii35.232 + 421 恋769113 = 37.9，541.5 x 3 x cos2 30查变电构件设计手册附录I，偏于安全取屮=0.888对单肢的长细比为：单角钢：九二 l - i 二 1600 十 36.12 二 44.30x 0 x查附录IV,对上弦杆偏于安全取申=0.888；其中1600mm为两腹杆节点间距离。3.1.5 应力计算按轴心构件计算主材、斜材的应力受拉：八吕单根钢管截面积为2513mm2,单根角钢截面积为541mm2上弦杆-着=册9刃=46-44 210 N/mm 2下弦杆b = = 148650 = 77.30 210N/mm2 A 1923=660 = 23.38 210N/mm2A 541.53.1.6 梁挠度计算B =0.9EI (采用较小刚度进行计算，偏于安全) g=0.9 X 206000 X 0.786 X 109=1.457 X 1014pal 224 Bgpl 35ql 4+ +48B 384B9410 x 2500 x 13000224 x 1.457 x 10143 - 4汪 丫 (13000 丿9410 x 13000348 x 1.457 x 10145 x 1.2 x 130004384 x 1.457 x 1014gg=3.24 + 2.96 + 3.06=9.26 - 250 二劈=52mm 将自重及出线荷载按同一方向计算，偏于安全。3.2 构架计算进线构架为二至七跨连续构架，边跨简化为单跨进行计算，计算构架尺寸如下图所示R2=2*1.4+3*1.2=6.4KN, 根据前面计算，横梁自重按 1.2KN/m 为简化计算，将梁自重的均布荷载转化为集中荷载加入到导线 垂直荷载中计算。梁自重转化为垂直荷载每个点的集中力为： 1.2X13三3=5.2KN所以 R1=5.2+2.95=8.15KN计算风荷载风荷载体型系数3 d2-1X0.32-0.090卩=1.2s风压调整系数及风压高度系数均为1设计值为 p=1.2X1X1X0.3X1.4=0.50KN/m计算参考变电架构设计手册3.2.1 截面特性计算根据前面所算，横梁的惯性矩（门型钢架平面内）1为：5.26X1108mm4；主材截面积为 1.923X103mm2；人字架采用300X8钢管，惯性矩I为7.75X 107mm4 2截面积为 7.314X103mm2横梁的惯性矩修正系数为J0.9I0 =：1.333h 2 + b 2AC1.54h 3+AD0.9 x5.26 x1081.154x9002 x6362 x(1300 900)汀333x6362 + 9002 + Ex6363541.5541.5=0.07590.9L(L-b)订=0.7461 + 5.50 + 4.50 21 +1.501.154b 2 h 2( L - b)3.2.2 构架内力计算1）作用于门型刚架及人字柱节点上的外力W由于无法提供出线与横梁水平方向角度，故认为导线出线在水平方向 与横梁垂直M = ph 2 = x 0.5 x 4.52 = 35.06kN m222W = pxh = 0.35x 4.5 = 12.25kN BX 2W = H = 5.6 kNCY 2W =1.5H = 1.5 x 9.41 = 14.12kN BY 1（2）门型刚架内力计算E xg x I x h0.746 x 5.26 x 108 x 14500K =11 = 2.8242 x E x I x L2 x 7.75 x 107 x 130002F =0.9441A 丄 +16 KF = 1= 0.2071B 2 + Ka) 水平力 W 、p 及 M 产生的弯矩BXM= (M + W h + ph 2) x F 一 (M + W h + ph2)AX 12 BX 1 6 11ABX 1 2 1=(5.06 + - x 2.25 x 14.5 + - x 0.5 x 14.52) x 0.944 - (35.06 + 2.25 x 14.5 + - x 0.5 x 14.52)2 6 2=36.72一90.25=-53.53kN mM = (M + -W h + - ph 2) x F -MBX 12 BX 1 6 1 1A=(5.06 + - x 2.25 x 14.5 + - x 0.5 x 14.52) x 0.8944 一 5.06 26= 36.72 一 5.06=31.66kN mM = M= 一 53.53kN mA1X 1AX 1M = M= 31.66 kN mB1X 1BX 1b) 垂直力 R1 产生的弯矩12 x a * a 1MAX 24 7 R1(1 - 7) L 代4 x&15 + &15 x 音(1 - 討13 x 0207= 6.15 kN mM =- 1R + R 色(1 -a)1 LxFBX 24 11 l lIB=-1 x8.15 + 8.15x2x25(1 -兰)lx 13x0.207 _41717 J= -12.30kN mM= - M= -6.15kN mA1 X 2AX 2M= -M= 12.30kN mB1 X 2BX 2c) 在水平力W、弯矩M、水平力p及垂直力R共同作用下BX1产生的弯矩M = M+ M=53.53 + 6.15 = 47.38kN mAXAX1AX 2M = M+ M= 31.66 12.30 = 19.36kN mBXBX1BX 2M= M+ M=53.53 6.15 = 59.68kN mA1XA1X 1A1X 2M= M+ M= 31.66 +12.30 = 43.96kN mB1XB1X1B1X 2(3) 字柱在水平力W及W作用下的内力计算 CY BYH=14.5mi = ab = 3400 300 = 0.107 取 i = l/10 2 H2 x 14500b=0.3m300等径杆查附录III-表3t=8.61abK=0.646bwK=0.431bmK=0.369awK=0.246amW=W+W =5.6+14.12=19.72kNCY BYM= W *h=5.6*4.5=25.2kNCY 2NAB=NA1B1= (0.5W Mi I b丿ab=(0.5 x 19.72 252 x x 8.61 (0.310 丿25.2= 96.57kNM =k W-k MB1A1Y bw bm=0.646X19.72-0.431X25.2=1.88kN mM =-k W+k MA1B1Y aw am=-0.369X19.72+0.246X25.2=1.08kN m(4) 人字柱轴力和弯矩计算a) 人字柱顶部的垂直荷载计算横梁重按q=1.2kN/m计算P=ql=0.5*1.2*13=7.8kN1梁间垂直荷载P =3/2 X Rl=3/2*2.95=4.43kN2地线柱及避雷针重地线柱重约3kN避雷针重约1kNP=3+1=4kN*1.2=4.8KN3避雷线垂直荷载为P =2*1.4=2.8kN4人字柱顶垂直荷载P为P=P+P+P+P1234=7.8+4.43+4.8+2.8=19.83kNb) 人字柱自重 G=0.58*14.5=8.41kN0设计值为 G = 8.41X1.2 = 10.09(5) 综合构架XY两个方向的内力及垂直荷载:拉杆：N =N -P=96.57T9.83=76.74KN (拉)B1 A1B1N =N -G =76.74T0.09=66.65KN (拉)A1 B1 0压杆：N =N -P=-96.57T9.83=T16.4KN (压)B1 A1 B1N =N -G=T16.4T0.09=T26.49KN (压)A1 B1 0压杆 柱顶 M=0.5XM =0.5X43.96=21.98kNmBx B1XM =M =1.88KNmN=T16.4kNBY B1A1Y柱脚 M =0.5XM =0.5X (-59.68)=-29.84kN mAX A1XM =M =-1.08KN mN=T26.49kNAY A1B1Y拉杆 柱顶 M =0.5XM =0.5X82.02=41.01kN mBx B1XM =M =1.88KN m N=76.74kNBY B1A1Y柱脚 M =0.5XM =0.5X (-59.68)=-29.84kN mAX A1XM =M =-1.08KN m N=66.65kNAY A1B1Y3.2.3应力计算人字柱按压弯构件及拉弯构件计算压杆柱顶仝土人_M- fA rW rW n x nx y nyr=r=1.15xy根据前面计算，N=-116.4KNN M , M-116.4 x 10321.98 x 1061.88 x 106= A rW r W73141.15 x 5.18 x 105 1.15 x 5.18 x 105x nx y ny=15.91 36.90 13.16 = -55.97 f = 210N /mm2柱脚 仝土人土化 fA rW rW n x nxy nyr=r=1.15xy根据前面计算，N=-126.49KNN M , M -126.49 x 10329.84 x 1061.08 x 106+= A rW r W73141.15 x 5.18 x 1051.15 x 5.18 x 105x nx y ny=17.29 50.09 1.81 = 69.19 f = 210N /mm2根据前面所算内力，拉杆应力同样满足规范要求。3.2.4 挠度计算：根据变电所建筑结构设计技术规定当人字柱平面外一侧或 两侧设置端撑时，可将人字柱示为一端固定，一端为不动铰支承柱计 算分析，所以无须计算人字柱平面外的位移。3.3 中间跨构架3.3.1 内力计算连续多跨门型架中间跨构架按等径杆双孔门型架中间构架计算：（简化为两跨计算）AA1A2Wa） 在弯矩及水平力作用下：根据前面计算M = ph 2 = x 0.5 x 4.52 = 5.06kN m222W = pxh = 0.5x 4.5 = 2.25kN BX 2W= 2H = 2x5.6 = 11.2kNCY 2W= 2x1.5H = 2 x1.5 x 9.41 = 28.23kNBY 1梁柱线刚度比- 2x E x I x L22 x 7.75 x-07 x -30002 K (K + -)2 x 2.824(2.824 + -)2 K 2 + 3K + -2 x 2.8242 + 3 x 2.824 + -332 K (K + 2)2 x 2.824(2.824 + 2)2 K 2 + 3K + -2 x 2.8242 + 3 x 2.824 + -330.746x5.26x108 x14500= 0.871= 1.101F2BF2Ck Exg xI xh2.824M (M + W h + ph 2)x F 一 (M + W h + ph2)A12 BX 1 6 1 2 B BX 1 2 1111(5.06 + - x 2.25 x 14.5 + - x 0.5 x 14.52)x 0.871 - (5.06 +12.25 x 14.5 + - x 0.5 x 14.52)26233.88 - 90.255637kN mM (M + -W h + -ph 2) x F MB12 BX 1 6 12 B(5.06 + - x 2.25 x -4.5 + - x 0.5 x-4.52)x-.-0- 5.06 2642.82 5.0637.76KN mb) 垂直力R1产生的弯矩：中间跨人字柱在垂直集中力作用下弯矩为0c) 人字柱在水平力W及W作用下的内力计算CY BYH=14.5mi =匕=3400 300 = 0.107 取 i = l/10 2 H 2 x 13000b=0.3m300等径杆查附录III-表3t=8.61abK=0.646bwK=0.431bmK=0.369awK=0.246amW=W+W =11.2+28.23=39.43kN CY BYM= W *h=11.2*4.5=50.4kNCY 2(M = 0.5W it Ib丿= 0.5 x 39.43 504 x 丄(0.310 丿N = NABA1B1ab bx 8.61 空0.3= 193.10kNM =k W-k MB1A1Y bw bm=0.646X39.43-0.431X50.4 =3.75kN mM =-k W+k MA1B1Y aw am=-0.369X39.43+0.246X50.4 =-2.15kN md) 人字柱顶部荷载及人字柱重与前计算方法相同Q人字柱顶部的垂直荷载计算横梁重按q=1.2kN/m计算P =ql=1.2*13=15.6kN1梁间垂直荷载P=3XRl=3*2.95=8.85kN2 地线柱及避雷针重地线柱重约3kN避雷针重约1kNP=3+1=4kN*1.2=4.8KN3避雷线垂直荷载为P =2*1.4=2.8kN4人字柱顶垂直荷载P为P=P+P+P+P1234=15.6+8.85+4.8+2.8=32.05kNQ 人字柱自重 G=0.58*14.5=8.41kN0设计值为 G = 8.41X1.2 = 10.09E）综合内力拉杆：N =N -P=193.10-32.05=161.05KN （拉）B1 A1B1N =N -G=161.05T0.09=150.96KN （拉）A1 B1 0根据前面的计算结果：压杆：N =N -P=T93.1032.05=-225.15KN （压）B1 A1 B1N =N -G =-225.15T0.09=-235.24KN （压）A1 B1 0压杆 柱顶 M =M =37.76kN mB1 BxM =M =3.75KN m N=-225.15kNB1A1Y BY柱脚 M =M =-56.37kN mA1 AXM =M =-2.15KN m N=-235.24kN AY A1B1Y拉杆 柱顶 M =37.76kN mBxM =3.75KN m N=161.05kN BY柱脚 M =-56.37kN mAXM =M =-2.15KN m N=150.96kNAY A1B1Y3.3.2应力计算人字柱按压弯构件及拉弯构件计算压杆柱顶仝人_M一 A r W r W n x nx y nyr=r=1.15xy根据前面计算，N=-225.15KNN t M , M - 225.15 x 10337.76 x 1063.75 x 106= A rW r W73141.15 x 5.18 x 1051.15 x 5.18 x 105x nx y ny=30.78 63.39 6.30 = 100.47 f = 210N/mm2柱脚NMM 一 fArWrWn x nx y nyr=r=1.15xy根据前面计算，N=-235.24KNN M M235.24x10356.37x1062.15x106= A rW r W73141.15 x 5.18 x 1051.15 x 5.18 x 105x nx y ny=32.16 94.63 3.61 = 130.4 f = 210N/mm2根据前面所算内力，拉杆应力同样满足规范要求。3.3.3 挠度计算：根据变电架构设计手册计算刚架的挠度时，略去梁的变形对挠度的影响：单根钢管刚度为：B二EI=2.06X 106X7.75X 107=1.6X 10i4构架柱挠度计算：W H 3BX3BM H 2PH 4B1X+2 B8B2250 x 14500337.76 x 106 x 1450020.5 x 145004= +3x1.6x10142x1.6x10148x1.6x1014=14.29 24.55 +17.28=7.02mm 1.3N N 150.96yA1其中 Ny 为上拔力垂直分量，这里用拉杆方向力，偏于安全。y基础抗拔安全系数满足要求。2、 基础抗倾安全系数验算(G+ N) B (G+ N) B(446.35 + 52.23)*5.02M2M2*622.14y基础抗倾安全系数满足要求。4. 计算成果分析本次计算为 xxxxxxx 工程外江水电站 220KV 开关站中进出线构 架进行结构计算及基础设计，连接焊缝没有计算，其余构架及支架及 其基础图纸参考 xxxxxxx220KV 变电所和 xxxxxxx500KV 变电所工程 220KV 间隔进出线构架及其基础设计。认为本次计算符合规范及本阶 段设计的精度要求，可作为施工图依据使用。5. 附表及附图