變電站出線構(gòu)架計算

目錄

1,計算說明.............................................3

1.1計算目的..........................................3

1.2基本資料..........................................3

2.計算結(jié)果............................................3

3.計算過程............................................4

3.1構(gòu)架橫梁計算......................................4

3.1.1橫梁計算簡圖..................................4

3.1.2橫梁荷載.....................................4

3.1.3內(nèi)力計算..................................6

3.1.4截面特性計算..................................7

3.1.5應(yīng)力計算..................................9

3.1.6梁撓度計算....................................9

3.2構(gòu)架計算.........................................io

3.2.1截面特性計算.................................11

3.2.2構(gòu)架內(nèi)力計算.................................12

3.2.3應(yīng)力計算.....................................16

3.2.4撓度計算：...................................17

3.3中間跨構(gòu)架.......................................17

3.3.1內(nèi)力計噂.....................................17

3.3.2應(yīng)力計算.....................................21

3.3.3撓度計算：...................................22

3.4基石出設(shè)計.........................................22

3.4.1地基承載力驗算...............................23

3.4.2基礎(chǔ)抗拔安全系數(shù)與抗傾覆安全系數(shù)驗算.........24

4.計算成果分析......................................25

5.附表及附圖........................................25

2

開關(guān)站進出線構(gòu)架結(jié)構(gòu)計算及其基礎(chǔ)設(shè)計

1.計算說明

1.1計算目的

本計算書為XXXXXXX擴建220kV開關(guān)站進出線構(gòu)架進行結(jié)構(gòu)計

算及其基礎(chǔ)設(shè)計。

1.2基本資料

互提資料卡:；

參考資料：《變電架構(gòu)設(shè)計手冊》（電力工業(yè)部中南電力設(shè)計院）、

《水工鋼結(jié)構(gòu)》（武漢水力電力大學等合編第3版）、《電力工程高壓

送電線路設(shè)計手冊》（中國電力出版社第2版）、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》

（中國建筑工業(yè)出版社第2版）。

2.計算結(jié)果

出線構(gòu)架橫梁弦桿和腹桿擬采用角鋼，弦桿和腹桿夾角為

°,截面為一正三角形；格構(gòu)架柱采用角鋼，所有鋼材均用Q235鋼。

鋼構(gòu)架結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足規(guī)范要求，截面見計算簡圖。地基應(yīng)力及基礎(chǔ)抗

拔抗傾滿足要求，截面見計算簡圖。

3

3.計算過程

3.1構(gòu)架橫梁計算

桁架弦初步選用L80X7的角鋼，腹桿選用L70X7的角鋼

3.1.1橫梁計算簡圖

橫梁按簡支梁計算，如下圖所示。

橫梁計算蜀圖

橫梁截面示意圖

3.1.2計算工況

出線構(gòu)架按終端構(gòu)架計算，根據(jù)互提資料運行工況、安裝工況和檢

4

修工況單根導(dǎo)線荷載見下表。

狀態(tài)水平拉力單位垂直荷載單位

HRARB

最大荷載7872.166N255.712224.415kgf

最大風速7746.296N243.600212.117kgf

最低溫度8833.393N297.973266.688kgf

施工安裝7707.179N255.712224.415kgf

三相上人12799.909N305.712274.415kgf

單相上人15248.137N330.712299.415kgf

3.1.3橫梁荷載

3.1.3.1恒荷載計算

1)自重計算，恒載系數(shù)L2,

q=l.2*(4*12.3*16+44*1.05*9.42+40*1.95*9.42+22*1.5*9.42)*100

*78.5/16=1.34KN/m

垂直面每根框架自重近似為q=1/2*1.34=0.67KN/m

2)活荷載計算，活載系數(shù)1.4

a.單根導(dǎo)線最大水平拉力

單根導(dǎo)線最大水平拉力S=l.4X15.25=21.35KN

b.導(dǎo)線垂直荷載

單根導(dǎo)線垂直荷載為P=1.4X3.5=4.90KN

c.風荷載

根據(jù)《電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊》P326風荷載計算：

2

風速V0=32m/s,初步估算基本風壓3o=O.65kN/m

風壓高度變化系數(shù)J按13m高，取為1.1

風載體型系數(shù)Us,Us=1.3

5

單幅桁架體型系數(shù)為入,二甲Us.

桁架桿件及節(jié)點擋風的靜投影面積約為：

An=2*0.08*16+11*1.05*0.07+10*1.95*0.07=4.74m2

桁架輪廓面積約為：

A=(1.05+0.08)*16=18.08m2

有桁架擋風系數(shù)中：

中二An/A=4.74/18.08=0.26

ust=^us=0.26*1.3=0.34

風振調(diào)整系數(shù)為1.0

則風荷載設(shè)計值為：w=PstUz*Ut*Wo=O.34*1.l*l*l=0.374kN/m2

那么，梁上線荷載為：qw=0.374*(1.05+0.08)*1.4=0.60kN/m

3.1.3內(nèi)力計算

根據(jù)《變電架構(gòu)設(shè)計手冊》P46?47,橫梁按簡支梁進行計算

梁自重產(chǎn)生的跨中最大彎矩

22

Mq=-a/=—x1.34x16=42.88kN?m

88

導(dǎo)線張力及風荷載產(chǎn)生的跨中最大彎矩

1,1P

Ms=-5/+sa+-q}l

=-x21.35x16+21.35x3.5+-x0.60xl62

48

=179.334N?/n

全部垂直荷載產(chǎn)生的跨中最大彎矩

=-/(p+Pi4-2)4-p^=-x16x(4.90+0.5+2)+4.90x3.5=46.75&N?

(Pl為絕緣子串重量，由于缺乏資料，其設(shè)計值據(jù)類似工程取為0.5KN)

6

支座處水平桁架平面內(nèi)的剪力

Q,<=1.55+1/2^^1=1.5X21.35+0.5*0?6*16=36.83KN

支座處垂直面桁架平面內(nèi)的剪力

Q=-(3.OP+0.5Pl+-+1.5x2)—

v22sinp

=-(3.0x4.94-0.5x0.5+-x1.2x16+1.5x2)——

22sin31

=26.76kN

梁按正三角形布置

上弦桿內(nèi)力

3840+4675

N=——工--------匕=-=-81.10kN

h1.05

下弦桿內(nèi)力

MM、,38.40+46.75179.33148.65…

N=----------±--=------------------±---------=kN

2hb2x1.050.636-69.34

其中h為截面高度，為636mm；b為截面寬度，為900nlm。

斜材內(nèi)力

水平桁架的斜材

D=-^―=18-82=12.66攵N

nsind2*sin48

傾斜桁架的內(nèi)力由于彘值較小，不以計算。

3.1.4截面特性計算

橫梁主材擬采用6108X6鋼管，斜材擬采用L56X5O截面特性通

過計算，結(jié)果如下：

☆截面：三根鋼管組合格構(gòu)式截面

7

鋼管截面D*T=108*6

截面高：636,截面寬：900

☆截面材料：鋼

☆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=l.923e-003;Xc=0.0000e+000;

◎單個鋼管截面特性

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;

◎整體截面特性(對形心)

利用慣性軸平移軸公式計算在進行疊加：

/=￡(/"4)

i=i

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;

整個構(gòu)件對X及Y軸的長細比為：

=/0-r/r=13000+302=43.05

=Zo13000+369=35.23

8

格構(gòu)式構(gòu)件的換算長細比為:

42A(43.052+42x75.769xl03

=45.3

九(1.5-cos20)541.5x3(1.5-cos230)

3

42x75.769xlO一八

35.232+--------------------------------T----=37.9

A),y=541.5x3xcos230

查《變電構(gòu)件設(shè)計手冊》附錄IV,偏于安全取,二0.888

對單肢的長細比為：

單角鋼：4=1600+36.12=44.30

查附錄IV,對上弦桿偏于安全取e=0.888；其中1600mm為兩腹

桿節(jié)點間距離。

3.1.5應(yīng)力計算

按軸心構(gòu)件計算主材、斜材的應(yīng)力

受拉：a=—受壓：a=—

A(pA

單根鋼管截面積為2513mm2,單根角鋼截面積為541mm2

上弦桿a=—=—更如一=46.44<210N/nvn2

(pA0.888x1923

下弦桿b='=148650_77.30<21ON/mm2

A1923

斜材a=—=I2'、。=23.38<2ION/mm2

A541.5

3.1.6梁撓度計算

Bg=0.9EI(采用較小剛度進行計算，偏于安全)

=0.9X206000X0.786X109=1.457X1014

9

人中一可+二+出

248」飛刀」48A384紇

_9410x2500x1300()2F_(2500丫+9410x1300()3+5xl.2xl30004

24x1.457x10、-[—113000；+48x1.457x1014+384x1.457x1014

=3.24+2.96+3.06

13000

=9.26<---==52mm

250250

將自重及出線荷載按同一方向計算，偏于安全。

3.2構(gòu)架計算

進線構(gòu)架為二至七跨連續(xù)構(gòu)架，邊跨簡化為單跨進行計算，計算

構(gòu)架尺寸如下圖所示

Rl=2.95KN,H1=9.41KN,H2=4*l.4=5.6KN

R2=2*l.4+3*1.2=6.4KN,

根據(jù)前面計算，橫梁自重按L2KN/m

為簡化計算，將梁自重的均布荷載轉(zhuǎn)化為集中荷載加入到導(dǎo)線

垂直荷載中計算。

10

梁自重轉(zhuǎn)化為垂直荷載每個點的集中力為：

1.2X134-3=5.2KN

所以Rl=5.2+2.95=8.15KN

計算風荷載

2

風荷載體型系數(shù)30d2=1X0.3=0.09Us=1.2

風壓調(diào)整系數(shù)及風壓高度系數(shù)均為1

設(shè)計值為P=1.2X1X1X0.3XL4=0.50KN/m

計算參考《變電架構(gòu)設(shè)計手冊》

3.2.1截面特性計算

根據(jù)前面所算，橫梁的慣性矩（門型鋼架平面內(nèi)）L為：5.26X

10smn）'；

主材截面積為1.923乂10、謂

人字架采用中300X8鋼管，慣性矩L為人75X10W

截面積為7.314義10片1112

橫梁的慣性矩修正系數(shù)為C：

0.9/J1.333-2+—2L54/23

22

lA54bh(L-b)~AC+A.

0.9x5.26x108FV1.333X6362+90021.54X6363

=-------------z------z------------------------------------------H---------------

1.154x90()2X6362X(\300-900)541.5541.5

=0.0759

0.9L

&=--------=0.746

1+5.50+4.5,

(L-b)

1+1.50

11

3.2.2構(gòu)架內(nèi)力計算

(1)作用于門型剛架及人字柱節(jié)點上的外力

Q4M一|

由于無法提供出線與橫梁水平方向角度，故認為導(dǎo)線出線在水平方向

與橫梁垂直

11■,

M=一〃小2-=-xO.5x4.52=35.06^

2-2

WBX=pxh2=0.35x4.5=12.25AN

WCY=H2=5.6kN

WBY=1.5//,=1.5x9.41=14.12ZN

(2)門型剛架內(nèi)力計算

8

K_EX《X/]X"0.746x5.26x10x14500

=2.824

2x7.75xl07X13000

2xExI2xL

F1A=—^=0.944

—+1

6K

12

F1B=—^=0.207

2+K

a)水平力■/、p及M產(chǎn)生的彎矩

2

孫XI=(M+4卬做4+1p/?1)xFu-(M+WBXhi+：p6)

2o2

=(5.06+-x2.25x14.5+』x0.5x14.52)x0.944-(35.06+2.25x14.5+-x0.5x14.52)

262

=36.72-90.25

=-53.53kN?m

M網(wǎng)=(M+x4+JPY)*%-M

26

=(5.06+-x2.25X14.5+-X0.5X14.52)X0.8944-5.06

26

=36.72-5.06

=31.66AN?加

M/.IIIYAI.=r*MAIAy.=-53.53ZN

=MBXl=3T.66kN?m

b)垂直力RI產(chǎn)生的彎矩：

M人X2=g；叫+叫^"^(1一刊Lx/

1T1…2x2.5八2.5、］八…

=——x8.15+8.15x---------(1---------)x13x0.207

2|_41717_

=6.15ZN?機

M6X2=-:弋+與年a一亍)LxFIB

~17x2525

=--x8.15+8.15x^^(l--)x13x0.207

_41717_

=-12.30%N?m

MA.=~^AXI=FT5kNem

%X2=一"?2=12.30女N?加

c)在水平力WBX、彎矩M、水平力p及垂直力RI共同作用下

產(chǎn)生的彎矩

13

MAX+MAX2=-53.53+6.15=-47.38^?m

MU吆J\="M人1RXI+DMAXRX)=31.66—12.30=—19.36kN?ni

MA.X+M*X，=-53.53-6.15=-59.68^?m

Mmy==31.66+12.30=43.96ZN。tn

（3）字柱在水平力WCY及WBY作用下的內(nèi)力計算

H=14.5m

。一人二3400—300

=0.107取i=l/10

2H~2x14500

b=0.3m中300等徑桿

查附錄n:[-表3

tab=8.61

Kb=0.646

K『0.431

K10.369

元產(chǎn)0.246

W=WCY+WBY=5.6+14.12=19.72kN

M=WCY*h2=5.6*4.5=25.2kN

NAB=N.=±fo.5V￥±^-

lb)b

=±f0.5x19.72--x—|x8.61±25.2

[0.3lOj~03~

=±9657kN

MBIRIY=kbw?kbm?M

=0.646X19.72-0.431X25.2

=1.88kN,m

MAiBiY=-kair?W+kam?M

=-0.369X19.72+0.246X25.2

14

=—1.08kN?m

(4)人字柱軸力和彎矩計算

a)人字柱頂部的垂直荷載計算

橫梁重按q=l.2kN/m計算

Pi=ql=0.5*1.2*13=7.8kN

梁間垂直荷載

P2=3/2XRl=3/2*2.95=4.43kN

地線柱及避雷針重

地線柱重約3kN

避雷針重約IkN

P3=3+l=4kN*l.2=4.8KN

避雷線垂直荷載為P1=2*1.4=2.8kN

人字柱頂垂直荷載P為

P=R+P2+P3+P4

=7.8+4.43+4.8+2.8=19.83kN

b)人字柱自重G0=0.58*14.5=8.41kN

設(shè)計值為G=8.41X1.2=10.09

(5)綜合構(gòu)架XY兩個方向的內(nèi)力及垂直荷載:

拉桿：

NBI=NAIB-P=96.57-19.83=76.74KN(拉)

NAFNBI-GO=76.74-10.09=66.65KN(拉)

壓桿：

15

NB；=NAI'B/-P=-96.57-19.83=-116.4KN(壓)

NA/=NB1-GO=-116.4-10.09=-126.49KN(壓)

壓桿柱頂MBX=0.5XMBIX=0.5X43.96=21.98kN?m

MBY=MB1AIY=1.88KN?mN=-116.4kN

ttWMAX=0.5XMAIX=0.5X(-59.68)=-29.84kN?m

MAY=MA1BIY=-1.08KN?mN二一126.49kN

拉桿柱頂MBX=0.5XMB1X=0.5X82.02=41.OlkN?m

MBY=MBIAIY=L88KN?mN=76.74kN

柱腳MAX=O.5XMA1X=0.5X(-59.68)=-29.84kN?m

MAY=MAIBIY=-1.08KN?mN=66.65kN

3.2.3應(yīng)力計算

人字柱按壓彎構(gòu)件及拉彎構(gòu)件計算

壓桿柱頂電土耳土，”

4日解

rx=ry=l.15

根據(jù)前面計算，N=-116.4KN

s66

-N-+」---M--±--------=------1--1--6--.-4-x--1--0---------2--1-.-9--8--x-l-0--------------1-.-8--8--x-l-0------

-5

ArxWnv~ryWny73141.15x5.18x101.15x5.18x10,

=-15.91-36.90-13.16=-55.97<f=2i0N/mm2

rx=ry=l.15

根據(jù)前面計算，N=-126.49KN

16

亞+2+旦=T26.49xl()3.29.84x0______a⑹

A&W心人叱花73141.15x5.18xlO51.15x5.18x1°$

=-17.29-50.09-1.81=-69.19</=210^//?w2

根據(jù)前面所算內(nèi)力，拉桿應(yīng)力同樣滿足規(guī)范要求。

3.2.4撓度計算：

根據(jù)《變電所建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》當人字柱平面外一側(cè)或

兩側(cè)設(shè)置端撐時，可將人字柱示為一端固定，一端為不動較支承柱計

算分析，所以無須計算人字柱平面外的位移。

3.3中間跨構(gòu)架

3.3.1內(nèi)力計算

連續(xù)多跨門型架中間跨構(gòu)架按等徑桿雙孔門型架中間構(gòu)架計算：

(簡化為兩跨計算)

a)在彎矩及水平力作用下:

17

根據(jù)前面計算

121,

M=—xO.5x4.52=5.06kN?，n

2-2

=〃x〃2=05x4.5=2.25ZN

%=2H2=2x5.6=11.2ZN

%=2x1.5〃]=2x1.5x9.41=28.23ZN

梁柱線剛度比

uEx^xZ.x/10.746x5.26xl08x14500。。一

K=="=2.824

7

2XEXI2XL2x7.75x10x13000

口2K(K+l)2x2.824(2.824+1)

F2B=----------------f=-----------------------------f=0?871

2K2+3K+-2x2.824?+3x2.824+-

33

廠2K(K+2)2x2.82*2.824+2)…-

F2C=---------------r=---------------------------r=1101

2K2+3AT+-2x2.8242+3x2.824+-

33

M八產(chǎn)(M+x尸28一(M+

262

二(5.06+-x2.25x14.5+4x0.5x14.52)x0.871-(5.06+12.25x14.5+-xO.5x14.52)

262

=33.88-90.25

=-56.31kN?m

%=(M+；p〃「)xF28-M

26

=(5.06+-x2.25x14.5+-x0.5x14.52)x1.101-5.06

26

=42.82-5.06

=37.76KN?加

b)垂直力RI產(chǎn)生的彎矩：

中間跨人字柱在垂直集中力作用下彎矩為Oo

c)人字柱在水平力WCY及Wa,作用下的內(nèi)力計算

H=14.5m

18

鬻=翳彘皿°7取i=l/l。

b=0.3m①300等徑桿

查附錄HI-表3

tab=8.61

Kb=0.646

K片0.431

Ka.=0.369

GO.246

W=WCT+WBY=11.2+28.23=39.43kN

M=WCy*h2=l1.2*4,5=50.4kN

N.B=N.0=±（0.5卬一比k土日

Ib）b

/八1-50.4…50.4

=±0.5x39.43-----x—x8Q.61±----

I0.310；0.3

=±193.10&N

_

MBIAIY二kbw?Wkbm?M

=0.646X39.43-0.431X50.4

=3.75kN?m

MAlBlV=-kar*W+kam*M

=-0.369X39.43+0.246X50.4

=-2.15kN?m

d)人字柱頂部荷載及人字柱重與前計算方法相同:

①人字柱頂部的垂直荷載計算

橫梁重按q=l.2kN/m計算

19

Pi=ql=L2*13=15.6kN

梁間垂直荷載

P2=3XR1=3*2.95=8.85kN

地線柱及避雷針重

地線柱重約3kN

避雷針重約IkN

P3=3+l=4kN*L2=4.8KN

避雷線垂直荷載為P,尸2*1.4=2.8kN

人字柱頂垂直荷載P為

P=P1+P2+P3+P1

=15.6+8.85+4.8+2.8=32.05kN

②人字柱自重Go=0.58*14.5=8.41kN

設(shè)計值為G=8.41X1.2=10.09

E）綜合內(nèi)力

拉桿：

NBI=NAIBI-P=193.10-32.05=161.05KN（拉）

NAI=NB-GO=161.05-10.09=150.96KN（拉）

根據(jù)前面的計算結(jié)果：

壓桿：

NB/=NA/B/-P=-193.1032.05=-225.15KN（壓）

NA1'=NBI'-GO=-225.15-10.09=-235.24KN（壓）

壓桿柱頂MB尸MB>=37.76kN?m

20

MB.AIY=MBY=3.75KN?mN=-225.15kN

柱腳MA1=MAX=-56.37kN?m

MAY=MAIBIY=-2.15KN?mN=-235.24kN

拉桿柱頂MBX=37.76kN?m

MBY=3.75KN?mN=161.05kN

柱腳MAX=-56.37kN?m

MAY=MAIBIY=-2.15KN?mN=150.96kN

3.3.2應(yīng)力計算

人字柱按壓彎構(gòu)件及拉彎構(gòu)件計算

壓桿柱頂*±旦±±y

7

4G%

rx=ry=l.15

根據(jù)前面計算，N=-225.15KN

NM、..-225.15x1()337.76xlO63.75xlO6

從一八卬小々％73141.15x5.18xl051.15x5.18x1O5

=-30.78-6339-6.30=100.47</=21ON/mm2

柱腳

4勺%成%

rx=ry=l.15

根據(jù)前面計算，N=-235.24KN

N、M-My-235.24XlO356.37xlO62.15xl06

5

ArxWlLVryWny73141.15x5.18x101.15x5.18x10$

=-32.16-94.63-3.61=-130.4<f=2lON/fnm2

根據(jù)前面所算內(nèi)力，拉桿應(yīng)力同樣滿足規(guī)范要求。

21

3.3.3撓度計算：

根據(jù)《變電架構(gòu)設(shè)計手冊》計算剛架的撓度時，略去梁的變形

對撓度的影響：

單根鋼管剛度為：B=EI=2.06X106X7.75X10=1.6X1014

構(gòu)架柱撓度計算：

MB—\PH&

J-3B2888

=225。，145。0137.76、1。隈1450。2+0.5x14500』

3xl.