变电站出线构架计算.doc

目录1. 计算说明31.1 计算目的31.2 基本资料32. 计算结果33. 计算过程43.1 构架横梁计算43.1.1 横梁计算简图43.1.2 横梁荷载43.1.3 内力计算53.1.4 截面特性计算73.1.5 应力计算83.1.6 梁挠度计算93.2 构架计算93.2.1 截面特性计算103.2.2 构架内力计算113.2.3 应力计算153.2.4 挠度计算：163.3 中间跨构架163.3.1 内力计算163.3.2 应力计算203.3.3 挠度计算：213.4 基础设计223.4.1 地基承载力验算223.4.2 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245. 附表及附图24 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 o，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L807的角钢，腹杆选用L707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。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 垂 直 荷 载 单位 H RA RB 最大荷载 3875.432 N 198.507 218.265 kgf 最大风速 3690.224 N 187.317 207.318 kgf 最低温度 3376.753 N 176.678 193.512 kgf 施工安装 3385.876 N 176.942 193.856 kgf 三相上人 5810.025 N 234.319 236.479 kgf 单相上人 7166.743 N 263.001 257.790 kgf3.1.3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q1/2*2.1651.083 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S1.47.17=10.04KNb. 导线垂直荷载单根导线垂直荷载为P=1.42.63=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V0=26m/s,初步估算基本风压00.43 kN/m2风压高度变化系数z按14m高，取为1.12风载体型系数S，S1.3单榀桁架体型系数为St=S，桁架杆件及节点挡风的静投影面积约为： An=2*0.08*16+11*1.05*0.07+10*1.95*0.07=4.74m2桁架轮廓面积约为：A=(1.05+0.08)*16=18.08m2有桁架挡风系数：=An/A=4.74/18.08=0.26St=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=St z*t *W0=0.34*1.1*1*1=0.374kN/m2那么，梁上线荷载为：qw=0.374*(1.05+0.08)*1.4=0.60 kN/m 3.1.3 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Mq=导线张力及风荷载产生的跨中最大弯矩 全部垂直荷载产生的跨中最大弯矩 （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*q1*l=1.521.35+0.5*0.6*16=36.83KN支座处垂直面桁架平面内的剪力梁按正三角形布置上弦杆内力下弦杆内力其中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倾斜桁架的内力由于QV值较小，不以计算。3.1.4 截面特性计算横梁主材拟采用1086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： A=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：格构式构件的换算长细比为：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：查附录IV，对上弦杆偏于安全取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： 受压：单根钢管截面积为2513mm2,单根角钢截面积为541mm2上弦杆下弦杆斜材3.1.6 梁挠度计算Bg=0.9EI(采用较小刚度进行计算，偏于安全)=0.92060000.786109=1.4571014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R1=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：1.2133=5.2KN所以R1=5.2+2.95=8.15KN计算风荷载风荷载体型系数0d2=10.32=0.09 s=1.2风压调整系数及风压高度系数均为1设计值为p=1.2110.31.4=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)I1为：5.26108mm4；主材截面积为1.923103mm2；人字架采用3008钢管，惯性矩I2为7.75107mm4截面积为7.314103mm2横梁的惯性矩修正系数为： 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（2）门型刚架内力计算F1A=0.944 F1B=0.207a） 水平力WBX、p及M产生的弯矩b） 垂直力R1产生的弯矩：c） 在水平力WBX、弯矩M、水平力p及垂直力R1共同作用下产生的弯矩（3） 字柱在水平力WCY及WBY作用下的内力计算H=14.5m 取i1/10b=0.3m 300等径杆查附录III-表3 tab=8.61 Kbw=0.646 Kbm=0.431 Kaw=0.369 Kam=0.246 W=WCY+WBY=5.6+14.12=19.72kN M= WCY*h2=5.6*4.5=25.2kNMB1A1Y=kbwW-kbmM=0.64619.72-0.43125.2=1.88kNmMA1B1Y=-kawW+kamM=-0.36919.72+0.24625.2=-1.08kNm(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=3/2R1=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G8.411.210.09（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：NB1=NA1B1-P=-96.57-19.83=-116.4KN（压）NA1=NB1-G0=-116.4-10.09=-126.49KN（压）压杆 柱顶 MBx=0.5MB1X=0.543.96=21.98kNmMBY=MB1A1Y=1.88KNm N=-116.4kN 柱脚 MAX=0.5MA1X=0.5(-59.68)=-29.84kNmMAY=MA1B1Y=-1.08KNm N=-126.49kN拉杆 柱顶 MBx=0.5MB1X=0.582.02=41.01kNmMBY=MB1A1Y=1.88KNm N=76.74kN 柱脚 MAX=0.5MA1X=0.5(-59.68)=-29.84kNmMAY=MA1B1Y=-1.08KNm 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 rx=ry=1.15根据前面计算，N=-116.4KN 柱脚 rx=ry=1.15根据前面计算，N=-126.49KN 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：根据前面计算梁柱线刚度比 b） 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0。c） 人字柱在水平力WCY及WBY作用下的内力计算 H=14.5m 取i1/10b=0.3m 300等径杆查附录III-表3 tab=8.61 Kbw=0.646 Kbm=0.431 Kaw=0.369 Kam=0.246 W=WCY+WBY=11.2+28.23=39.43kN M= WCY*h2=11.2*4.5=50.4kNMB1A1Y=kbwW-kbmM=0.64639.43-0.43150.4=3.75kNmMA1B1Y=-kawW+kamM=-0.36939.43+0.24650.4=-2.15kNmd） 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=3R1=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G0=0.58*14.5=8.41kN 设计值为G8.411.210.09E）综合内力拉杆：NB1=NA1B1-P=193.10-32.05=161.05KN（拉）NA1=NB1-G0=161.05-10.09=150.96KN（拉）根据前面的计算结果：压杆：NB1=NA1B1-P=-193.1032.05=-225.15KN（压）NA1=NB1-G0=-225.15-10.09=-235.24KN（压）压杆 柱顶 MB1=MBx=37.76kNmMB1A1Y MBY=3.75KNm N=-225.15kN 柱脚 MA1=MAX=-56.37kNmMAY=MA1B1Y=-2.15KNm N=-235.24kN拉杆 柱顶 MBx=37.76kNmMBY=3.75KNm N=161.05kN 柱脚 MAX=-56.37kNmMAY=MA1B1Y=-2.15KNm N=150.96kN3.3.2 应力计算 人字柱按压弯构件及拉弯构件计算压杆 柱顶 rx=ry=1.15根据前面计算，N=-225.15KN 柱脚 rx=ry=1.15根据前面计算，N=-235.24KN 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=EI=2.061067.75107=1.61014构架柱挠度计算：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：3.4.1 地基承载力验算 按双偏心受压计算地基最大压应力。计