变电站出线构架计算

目录1.计算说明3151.1计算目的33441.2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43.1.2横梁荷载43.1.3内力计算63.1.4截面特性计算73.1.5应力计算93.1.6梁挠度计算93.2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：173.3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 244. 计算成果分析 . 255. 附表及附图 . 25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XXXXXX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 0，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L80X 7的角钢，腹杆选用L70X 7的角钢3.1.1横梁计算简图横梁按简支梁计算，如下图所示横梁计算简图横梁截面示意图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H水平拉力 RA RB单位 垂 直 荷3载单位最大荷载7872.166N255.712224.415kgf最大风速7746.296N243.600212.117kgf最低温度8833.393N297.973266.688kgf施工安装7707.179N255.712224.415kgf三相上人12799.909N305.712274.415kgf单相上人15248.137N330.712299.415kgf3.1.3 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*(4*12.3*16+44*1.05*9.42+40*1.95*9.42+22*1.5*9.42)*10 *78.5/16=1.34KN/m垂直面每榀框架自重近似为 q= 1/2*1.34 = 0.67 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= 1.4 X 15.25=21.35KNb. 导线垂直荷载单根导线垂直荷载为 P=1.4X 3.5=4.90KNc. 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V0=32m/s,初步估算基本风压 3 o= 0.65 kN/m 2风压高度变化系数卩z按13m高，取为1.1风载体型系数a S, j! S= 1.3单榀桁架体型系数为卩St二卩S桁架杆件及节点挡风的静投影面积约为：A n=2*0.08*16+11*1.05*0.07+10*1.95*0.07=4.74m桁架轮廓面积约为：A=(1.05+0.08)*16=18.08m有桁架挡风系数:二A/A=4.74/18.08=0.26a st二卩 s=0.26*1.3=0.34风振调整系数为1.0则风荷载设计值为：w=a st a z* a t *W0=O.34*1.1*1*1=O.374kN/m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11M二丄ql21.34 162 =42.88kN88导线张力及风荷载产生的跨中最大弯矩112Ms = si saqd4811221.35 16 21.35 3.50.60 16248= 179.33kN *m全部垂直荷载产生的跨中最大弯矩11 Mp= l(p P12) pa= T6 (4.900.5 2)4.90 3.5 = 46.75kN m44(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QH=1.5S+1/2*q i*l=1.5 X 21.35+0.5*0.6*16=36.83KN 支座处垂直面桁架平面内的剪力11 1Qv(3.0P 0.5P1 ql 1.5 2)22sin P1 1 1(3.0 4.90.5 0.51.2 161.5 2)22sin 31= 26.76kN梁按正三角形布置上弦杆内力38.4046.751.05一 81.10kN下弦杆内力Mq Mp Ms 38.40 46.75179.33148.65“N-kN2hb 2 叮.050.63669.34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nsin 点 2* sin 48= 12.66kN倾斜桁架的内力由于 Q值较小，不以计算 3.1.4截面特性计算横梁主材拟采用 108X 6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;lx =2.509e-006; ly =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：3I (li d2A)i AA=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 To “ ix =13000302 =43.05y =1。- iy =13000 一369 = 35.23格构式构件的换算长细比为:242AX A(1.5-cos2R43.052342 75.769 102541.5 3(1.5 -cos 30)= 45.33242 A42 75.769 10“ c0y 二 y 2 二 35.23 -：-237.9Aicos2 日 Y541.5 汉 3 汇 cos2 30查变电构件设计手册附录IV，偏于安全取=0.888对单肢的长细比为:单角钢：x =l0“ix =1600“ 36.12 =44.30查附录IV，对上弦杆偏于安全取 0.888 ;其中1600mn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：- N受压：匚=A单根钢管截面积为2513mm单根角钢截面积为541mm上弦杆- N 7931046.44 _ 210N/mm2璃 0.8881923下弦杆- N J48650 =77.30 _ 210N/mm2A 1923斜材23.38 乞 210N /mm2541.53.1.6梁挠度计算Bg=0.9EI(采用较小刚度进行计算，偏于安全)914=0.9 x 206000X 0.786 X 10=1.457 X 10pal224Bfa 21IJ丿.pl3. 5ql448Bg 384Bg9410 x2500 灯30002 一1424 1.457 103413000 丿9410 1300035 1.2 13000414 +1448 1.457 10384 1.457 10= 3.24 2.963.06 = 9.26 迟1 J3000 .52mm250250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R仁2.95KN H1=9.41KN H2=4*1.4=5.6KNR2=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:1.2 X 13- 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 od2=1 X 0.32=0.09卩s=1.2风压调整系数及风压高度系数均为1设计值为 p=1.2 X 1 X 1 X 0.3 X 1.4=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 1为：5.26 X8410 mn;主材截面积为1.923 X 103口金人字架采用300X8钢管，惯性矩丨2为7.75 X 107mrri截面积为7.314 X 103mrn横梁的惯性矩修正系数为E :0.91I / .333h2 + b2 丄 1.54h31.154b2h2(L-b)ACAD0.9x5.26x108 J1.333x6362 +9002 丄 1.54x6361.154x9002x6362x(1300-900)541.5541.5= 0.0759二 0.7460.9L1+5.5 +4.52 1 1+1.5*一322构架内力计算(1)作用于门型刚架及人字柱节点上的外力P口口叮寸丨 0DQ7-CYBYW23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1 2 1 2Mph20.5 4.5 = 35.06kN m2 2WBX = p h2 二 0.35 4.5 二 12.25kNWcy = H 2 二 5.6kNWBY =1.5H1 =1.5 9.41 =14.12kN(2) 门型刚架内力计算一 E1 J 0.746 5.26 1。8 14500 = 2.8242 E I2 L 2 7.75 107 13000F1A= 0.9446K1Fib=1=0.2072 Ka) 水平力VW、p及M产生的弯矩11 1Maxi =(MWbxph/)凤-(皿 Wbxph；)2 6 21 1 2 1 2 = (5.062.25 14.50.5 14.52) 0.944- (35.06 2.25 14.50.5 14.52)2 6 2= 36.72 -90.25-53.53kN112M BX1 = (M二 Wbx h1 ph1 ) F1 a - M26112= (5.062.25 14.50.5 14.52) 0.8944-5.0626= 36.72 -5.06= 31.66kN * mMA1X1 = M AX1 = -53.53kN * mM B1X1 = M BX1 = 31.66kN * mb) 垂直力R1产生的弯矩:MaX2 =1 4R1 R 罕(1f) L F1B1 8.15 8.152也2 2.517(1秒 13 0.207= 6.15kN * mMbx2 丄 R1 R 竿(1罟)L F1B_4l l12252 5 18.15 8.15(1) 13 0. 207_41717=-12.30kN mM A1X2 - -M AX2 - -6.15kN * mMB1X2 - _MbX2 =12.30kN *mc) 在水平力WX、弯矩M水平力p及垂直力R共同作用下产生的弯矩M AX = M AX1 M ax2 = -53.53 6.15 = -47.38kN * mM bx - M bx 1 M bx 2 31.66 -12.30 - -19.36 kN mM A1X = M A1X1 M A1X 2 =53.53-6.15 =59.68kN mM B1X = M B1X1 M Bg 二 31.66 12.30 = 43.96kN * m(3) 字柱在水平力WY及WY作用下的内力计算H=14.5ma -b i2H= 340-300 rm 取)=1/102 14500b=0.3m300等径杆查附录III-表3t ab=8.61K bW=0.646K bm=0.431K aw=0.369K an=0.246W=Wv+W=5.6+14.12=19.72kNM= WcY*h2=5.6*4.5=25.2kN(M )MNab =Na1B1 0.5W=i fab 土匸lb丿b(252 1、25 2= 0.5心9.72 汉一 ix8.61 -I0.3 10 丿0.3=96.57kN|/B1A1Y=kbw M=0.646 X 19.72-0.431 X 25.2=1.88kN mM1B1Y=-k aw W+km M=-0.369 X 19.72+0.246 X 25.2=-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P1=ql=0.5*1.2*13=7.8kN梁间垂直荷载P2=3/2 X R1=3/2*2.95=4.43kN地线柱及避雷针重地线柱重约 3kN避雷针重约 1kNP3=3+1=4kN*1.2=4.8KN 避雷线垂直荷载为 P4=2*1.4=2.8kN人字柱顶垂直荷载P为P=P1+P2+P3+P4=7.8+4.43+4.8+2.8=19.83kNb) 人字柱自重 G0=0.58*14.5=8.41kN设计值为 G= 8.41 X 1.2 = 10.09(5) 综合构架XY两个方向的内力及垂直荷载: 拉杆：NB1=NA1B1-P=96.57-19.83=76.74KN (拉)NA1=NB1-G0=76.74-10.09=66.65KN (拉) 压杆:NBi =NAi bi -P=-96.57-19.83=-116.4KN(压)Nai =NBi -Go=-116.4-1O.O9=-126.49KN (压)压杆 柱顶 M bx=0.5 x MBix=0.5 x 43.96=21.98kN mMh=|MiAn=1.88KN. m N=-116.4kN柱脚 M ax=0.5 x MAix=0.5 x (-59.68)=-29.84kN mMAy=Mibiy=-1.08KN m N=-126.49kN拉杆 柱顶 M bx=0.5 x MB1X=0.5 x 82.02=41.01kN mMBy=MB1A1y=1.88KN - m N=76.74kN柱脚 M ax=0.5 x MA1X=0.5 x (-59.68)=-29.84kN mMAy二M1B11.O8KN m N=66.65kN3.2.3应力计算人字柱按压弯构件及拉弯构件计算压杆柱顶“一旦 也一 f An xWnx ryWnyrx=ry=1.15根据前面计算，N=-116.4KNN M x M y-116.4 1O321.98 1O61.88 1O6 =一A - rxWnx - ryWny73141.15 5.18 1O5 1.15 5.18 1O52二-15.91 -36.90 -13.16 二 -55.97 乞 f 二 21ON /mm柱脚 A型鼻卫二_ fAn rxWnx ryWnyrx=ry=1.15根据前面计算，N=-126.49KNN Mx My 126.49 10329.84 1061.08 106- 5 5A rxWnx ryWny73141.15 5.18 101.15 5.18 10二17.29 50.09 1.8仁69.19 乞 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）a） 在弯矩及水平力作用下:根据前面计算1 2 1 2Mph20.5 4.5 = 5.06kN *m2 2Wbx = p h? = 0.5 4.5 = 2.25kNWcy =2H2 =2 5.6=11.2kNWBY =2 1.5H2 1.5 9.41=28.23kN梁柱线刚度比E I1 h12 E I2 L0.746 5.26 108 145002 7.75 107 13000=2.824F 2B2K(K 1)212K2 3K -32 2.824(2.8241)c ,0.871212 2.82423 2.824 -3F2C2K(K 2)212K 3K -32 2.824(2.8242)1.101212 2.8243 2.824 -3Ma1 =(M 丄WBxh丄 ph/) F2B (M WBxh丄 ph)2 6 21 1212= (5.062.25 14.50.5 14.5 ) 0.871 -(5.06 12.25 14.50.5 14.5 )2 6 2=33.88 -90.25-56.37kN *m1 12MB1 = (M Wbx ph, ) F2B M2 6112= (5.06 2.25 14.5 0.5 14.5 ) 1.101-5.066= 42.82 -5.06= 37.76KN *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WY及WY作用下的内力计算H=14.5ma -b i = 2H3400 - 3002 13000= 0.107取 i = 1/1029b=0.3m300等径杆 查附录III-表3t ab=8.61K bw=0.646K bm=0.431K aw=0.369K an=0.246W二WY+VW=11.2+28.23=39.43kNM= WcY*h2=11.2*4.5=50.4kN(M . )MN AB = N A1B1 = 士 0- 5W _ i fab -Ib Jb50.4 1、50.4= 0.5x39.43 汉一 p8.610.3 10丿0.3二 _193.10kNMB1A1Y=kbw W-km M=0.646 X 39.43-0.431 X 50.4=3.75kN mMA1B1Y=-kaw W+km M=-0.369 X 39.43+0.246 X 50.4 =-2.15kN md) 人字柱顶部荷载及人字柱重与前计算方法相同:人字柱顶部的垂直荷载计算横梁重按q=1.2kN/m计算P1=ql=1.2*13=15.6kN梁间垂直荷载P2=3X R仁3*2.95=8.85kN地线柱及避雷针重地线柱重约 3kN避雷针重约 1kNP3=3+1=4kN*1.2=4.8KN避雷线垂直荷载为 P4=2*1.4=2.8kN人字柱顶垂直荷载P为 P=P1+P2+P3+P4=15.6+8.85+4.8+2.8=32.05kN 人字柱自重 G=0.58*14.5=8.41kN设计值为 G= 8.41 X 1.2 = 10.09E）综合内力拉杆：NB1=NA1B1-P=193.10-32.05=161.05KN （拉）Nm=NBi-Go=161.O5-1O.O9=15O.96KN （拉） 根据前面的计算结果：压杆：NB1=NA1B1-P=-193.1O32.O5=-225.15KN（压）NA1=NB1-GO=-225.15-1O.O9=-235.24KN（压）压杆 柱顶 MBi=Mx=37.76kN mMBiaiy = My=3.75KN m N=-225.15kN柱脚 M Ai=Mx=-56.37kN mMAy=MibiY=-2.15KN m N=-235.24kN拉杆 柱顶 M Bx=37.76kN mMBy=3.75KN m N=161.05kN柱脚 MAx=-56.37kN mMAy=Mibiy=-2.15KN m N=150.96kN332应力计算人字柱按压弯构件及拉弯构件计算压杆柱顶山一匹出f An rxWnx ryWnyrx=ry=1.15根据前面计算，N=-225.15KNN M x M y -225.15 10337.76 1063.75 106主士= 一 一5A rxWnx ryWny73141.15 5.18 101.15 5.18 102-30.78 63.39 一6.30 =100.47 一 f =210N/mm柱脚 N卫鼻型二_ f An rxWnx ryWnyrx=ry=1.15根据前面计算，N=-235.24KNN Mx M y -235.24 1056.37 1062.15 106土 土 =A 一 rxWnx 一 ryWny73141.15 5.18 105 1.15 5.18 1052=32.16 -94.63 -3.61 - -130.4 - f =210N /mm根据前面所算内力，拉杆应力同样满足规范要求。333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=EI=2.06 x 106x 7.75 x 107=1.6 x 1014 构架柱挠度计算：324f WbxHM bixHPH一 3B 一 2B8B2250 145003 37.76 106 145002 0.5 1450043 1.6 10142 1.6 10148 1.6 10=14.29 -24.5517.2814500=7.02mm145mm100计算挠度满足规范要求。3.4基础设计本变电站进出线构架边跨均设有端支撑，本计算书只对中跨人字架基础进行计算，基础截面拟采用下图形式：时Q匚341地基承载力验算按双偏心受压计算地基最大压应力计算条件：土的容重为 19.5KN/M3地基承载力R= 220Kpa作用于基础上的垂直荷载:N= P+2G= 32.05+2 X 10.09 = 52.23KN基础及土重(包括200mm混凝土护面)：G =(2.0*5.0*0.5+1.4*5.0*1.3)*23+2.0*5.0*0.2*23+0.6*5.0*1.3*19.5=446.35KN作用在基础上的人字架平面外弯矩：MX= MAX=-55.52kN m作用在基础上的人字架平面内弯矩：MY= Max=W!(14.5+4.5)+ W By*14.5= 11.2*19+28.23*14.5=622.14 kN m地基最大应力计算如下：M y622.14彳 “aex=1.248N G 52.23 446.35CX=B/2- e x=5.0/2-1.248=1.252ey= Mx 55.520.111N G 52.23 446.35CX=A/2- e y=2.0/2-0.111=0.889Pmax=0.35 x N G 0.35 x 52.23 446.35 156.8Kpa1.3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)*5.0 o n 彳。=2.0 1.32M2My2*622.14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31