220kV构架及基础计算公式

220kV连续跨10跨构架，构架高度14.5m,构架梁跨度13m,地线柱高为4m;构架梁为3相挂点，导线挂点高度为14.5m,平面外计算时偏角按5°考虑；地线挂点高度为18.5m,偏角按0°考虑。详见图一、图二、图三所示：[456220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kV构架及基础计算书1构架导线荷载(kN)备注(参考变电站出线荷载资料)水平拉力H₁垂直荷载R运行工况最高温度出线垂直荷载2.38kN最大荷载出线垂直荷载2.38kN最大风速出线垂直荷载2.38kN最低温度出线垂直荷载3.55kN安装工况施工安装出线垂直荷载2.38kN检修工况三相上人出线垂直荷载2.38kN单相上人出线垂直荷载2.38kN三相均挂阻波器，每相垂直荷载800+2x130kg=1060kg;最大风速时侧向风压150kg220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kV构架及基础计算书23.场地条件地震抗震烈度6度，建筑场地类别I类；地面粗糙度为B类，基本风压为0.90kN/m²(地面粗糙程度按B级考虑)。二、风荷载计算1.避雷针风荷载计算避雷针详图见图四所示，据《变电构架设计手册》(以下简称《手册》)公式3-2图四：避雷针受力示意图1)第一段计算：220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kV构架及基础计算书3a)βz=2.0(查《手册》3.1.3.5条5.风振系数，下同)b)中心标高H=28.5+2.5/2=29.75m,按B类场地粗糙度查得风压高度变化系数(查《手册》表3-5,下同):c)Hz@od²=1.416×0.9×0.042²=0.002;故体形系数μs=1.2(查《手册》表3-2,下同)d)@K=βzμsμzW₀=2.0×1.2×1.416×0.9=3.06kN/m²e)沿高度方向线荷载：q1=@K×d=3.06×0.042=0.13kN/mf)第一段中点处集中力：Q1=q1×2.5=0.33kN2)第二段计算：b)中心标高H=26.0+2.5/2=27.25m,按B类场地粗糙度查得风压高度变化系数c)μz@od²=1.367×0.9×0.083²=0.008∈故体形系数e)沿高度方向线荷载：q2=@k×d=2.26×0.083=0.19kN/mf)第二段中点处集中力：Q2=q2×2.5=0.48kN3)第三段计算：b)中心标高H=23.5+2.5/2=24.75m,按B类场地粗糙度查得风压高度变化系数c)μz@od²=1.336×0.9×0.127故体形系数μs=0.6d)@k=βzHsμz@o=2.220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kV构架及基础计算书44)第四段计算：c)Hz@oa²=1.291×0.9×0.168²=0.032>0.015故体形系数μ₅=0.6d)@K=βzHsμzWo=2.0×0.6×1.291×0.9=1.39kN/m²5)第五段计算：c)Hz@od²=1.245×0.9×0.194²=0.042>0.015故体形系数μ₅=0.6d)@k=βzHsHzo=2.0×0.6×1.245×0.9=1.34kN/m²I第一段(2.5m)第二段(2.5m)第三段(2.5m)第四段(2.5m)5第五段(2.5m)=0.33×11.25+0.48×8.75+0.45×6.25+0.58×3.75+0.65×1.25=13.71kNm2.地线柱风荷载计算d)@k=βzHsμzW₀=2×0.6×1.176×0.9=1.27kN/m²f)VK针=0.35×4=1.40kN3.人字柱风荷载计算61.设计资料2.运行工况(取最大风速工况)1)上主材7λ=L/i=172.5/3.824=45<[λ]=150查《手册》附录表A-4得φ=0.82)下主材=1.4×(H最大风荷载×13/4+H最大风荷载×2.5+1.5×13/4)下主材采用角钢ø114×6,A=20.358cm²,L=172.5cm,i=3.824cm8λ=L/i=172.5/3.0824=45<[λ]=150查《手册》附录表A-4得φ=0.878(B类)拉应压应3)水平斜材λ=L/i=120/1.56=77<[λ]=150查《手册》附录4)垂直斜材λ=L/i=120/1.56=77<[λ]=150查得φ=0.707(B类)3.检修工况(取单相上人工况)91)上主材λ=L/i=172.5/3.824=45<[λ]=150查《手册》附录表A-4得φ=0.878(B类)2)下主材λ=L/i=172.5/3.824=45<[λ]=150查《手册》附录表3)水平斜材查《手册》附录表A-4得φ=0.736(B类)4)垂直斜材λ=L/i=120/1.56=70<[λ]=150查得φ=0.751(B类)4.横梁挠度B₈=EI=206×10³×8.686×10⁸5.横梁法兰计算：6.材料一览表上主材下主材水平斜材端部水平斜材中间水平斜材端部垂直斜材中间垂直斜材Aa)查《手册》4.1.132.中柱平面内内力计算1)各荷载重(均为标准值):避雷针自重G针=2.90kN地线柱自重G地柱=2.58kN地线自重R地线=0.36kN(地线自重参考前期工程取值)=14.03+(2.38+10.6+2.57)×3=60.68kN有构架横梁传来R边梁=R中梁/2——边柱(R出线参考“变电所出线荷载资料”取值，R进线为最大荷载工况下荷载值)主变进线张力H最大荷载=(23.91+20.44×2)/2=32.40kN(按照不考虑导线偏角计算)2)作用在柱顶的荷载值为：(荷载简图见图七所示)3)内力计算(本次计算时将进线张力及地线张力分开计算):=-6.44kN·m(按无地线计算较有有地线时偏大)N中=-N中=N中(进线张力所产生作用)+N中(地线张力所产生作用)220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kV构架及基础计算书拉杆N拉=N中-G中/2=145.77-63.62/2=113.96kN中/2=145.77+63.62/2=177.58kN1)查《手册》4.1.132)作用在柱顶的荷载值为：(荷载简图见图七所示)3)内力计算：MA=M(进线所产生的弯矩)+M(避雷针弯矩所产生的弯矩)=-9.60kN·mN边=-N中=N(进线张力所产生作用)+N(避雷针弯矩所产生作用)拉杆N拉=N边-G边/2=80.40-36.18/2=62.31kN压杆N拉=N边+G边/2=80.4+36.18/2=98.49kN220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kV构架及基础计算书5引(引(比地y图九：平面外受力示意图2.人字柱柱顶弯矩、剪力计算V地线=1.4kN其余均取出线水平张力H=10kN(参考变电所出线荷载资料)V进线导线=19.47×3×sin10°=10.1kNV出线导线=10×3×sin10°=5.2kN1)截面特征：ø273×8钢杆(查<<手册>>表2-13):EI=[206×10³N/mm²]×[5851.714×10⁴mm⁴]=1.205×10⁴kNEA=[206×10³N/mm²]×[66.602×10²mm²220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kVEI=[206×10³N/mm²]×[15791.851×10⁴mm⁴]=3.253×10⁴kNm²EA=[206×10³N/mm²]×[92.74×10²mm钢梁(计算过程见三.4)sEI=206×10³×8.686×10⁸EA=206×10³×2035.8×3=2)受力大小计算：M1=MK针=13.71kNmM2=0.59K地柱L²=0.5×0.35×4²=2.8V1=V11=VK针+V进线导线/2=2.49+10.1/2=7.54kNV2=V4=V5=V7=V8=V9=V地线+V进线导线/2+V出线导线/2=1.4+10.1/2+5.2/2=9.05kNV3=V10V地线+出线导线=1.4+5.2=6.6kNV6=VK针+V进线导线/2+V出线导线/2=2.49+10.1/2+5.2/2=10.14kN3.平面外《结构力学求解器》计算端撑(左侧)端撑(右侧)边柱(为双柱总和)中柱(为双柱总和)0挠度1.端撑内力组合2.边柱内力组合轴力N压=N平面内内力+N平面外内力=98.49+271.39/2=234.19kN3.中柱内力组合4.钢杆承载力计算(1)A:端撑(采用o377×8钢杆)强度计算，查《手册》公式5-8:B:局部稳定：查《钢结构设计规范》GB50000580058图十：端撑尺寸示意图3D:端撑销钉抗剪计算：采用直径为ø46(Q235B)的销钉(销钉孔为ø50),可知销钉为双剪，销钉及端撑见详图图十一：销钉尺寸示意图A:边柱(采用ø377×8钢杆)强度计算，查《手册》公式5-8:B:局部稳定：查《钢结构设计规范》GB500根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第5.2.2.1.1)说明取βmx=1.0,A:中柱(采用ø273×8钢杆)强度计算，查《手册》公式5-8:B:局部稳定：查《钢结构设计规范》GB50017-2003第5.4.5条规定，其外径与壁厚之比不应超过100C:整体稳定(见图七):查《钢结构设计规范》GB50017-2003第5.2.2条：公式5.2.2-1:5.结论1.构架避雷针挠度计算4)a)根据《变电站建筑结构设计技术规定》(修编送审稿)表8.5.3及8.5.4条规定取最大风荷载标准值的0.5倍作为设计值。即0.5q;及0.5Q;。(查《手册》表2-16得E=206×10³N/mm²)=0.5(32.60+4.81+1.20+0.54+6)避雷针荷载所产生集中力对以下四段产生的挠度：=0.5(8.92+5.73+3.18+2.58W=W₁+W₂=19.75+10.21=29.96mm<125002.避雷针底部内力值标准值：设计值：针=1.4×13.71=19.19kNmN设计K针=1.2×2.9=3.48kN(自重)1)受拉(弯)共同作用时(查《手册》5.52公式):6.8级镀锌粗制螺栓fb=300N/mm²3)最底端法兰连接核算(如图十四所示):/2,取管外壁切线为旋转轴，Y,=80.5/2=40.25mm——2个螺栓受力最大的一个螺栓的拉力：法兰板上均布荷载：Lγ/Lx=120.5/177.5=0.679