论构架某钢管格构式变电构架结构系统确定中专生

论文导读：变电站配电装置的构架是变电站的重要组成部分，其设计方案直接关系到变电站的建设投资和安全运行。由于本站电压等级较高，构架高度、跨度及导线张力荷载都比较大。结合本工程配电装置的推荐布置方案，本文运用空间计算手段，经过多方案比较，优化结构受力体系，选择合适的构架型式，达到结构安全、经济合理、降低工程造价的目的。　
摘要：变电站配电装置的构架是变电站的重要组成部分，其设计方案直接关系到变电站的建设投资和安全运行。由于本站电压等级较高，构架高度、跨度及导线张力荷载都比较大。结合本工程配电装置的推荐布置方案，本文运用空间计算手段，经过多方案比较，优化结构受力体系，选择合适的构架型式，达到结构安全、经济合理、降低工程造价的目的。
关键词：变电构架；钢管格构式；结构体系

一、梁柱断面的确定

构架柱根开尺寸对用钢量有一定影响。根开大,弦杆构件受力较小,斜材构件尺寸很大程度上依据构造要求而定,使得腹杆构件强度不能充分发挥,材料较浪费；根开过小，在构架柱根开尺寸一定的情况下,只能靠增加弦杆断面来增加刚度,因此弦杆规格较大,不但增加了用钢量,构架柱变形相对较大且外形也不美观。
（1）节间长度的确定
确定节间长度时主要考虑主材的长细比和腹杆的支撑角度。长细比按《变电所建筑结构设计技术规定》执行；腹材的理想支撑角度为45°，考虑到实际情况，《钢结构设计规范》建议控制支撑角度在30°～60°之间，超出这个范围的支撑体系对结构的整体稳定是不利的。因此，在规划节间长度时应充分考虑腹材的支撑角度在合理范围之内。
（2）梁、柱断面的选择
根据电气专业所提资料，确定出线梁、柱断面时，在保证安全的前提下，综合考虑用钢量、占地面积等方面，最终确定以9m作为本工程出线构架柱计算依据。对构架柱底部横向根开尺寸分别取3m、4m、

4.5m、5m进行建模，梁断面取矩形截面0m×0m计算，对比结果列于下表。

表1 单跨模型格构式柱不同断面用钢量表（根开9m）

通过上表对比可见，柱侧宽在从3m到4m之间变化时用钢量差别较大，而在4m～5 m之间时，构架用钢量差别较小。因此，取柱侧宽为4m较为合适。
在确定柱侧面宽度的情况下，对柱纵向根开进行反算，分别取挂线点高度的1/6～1/4选取代表值建模，计算结果列于下表。
表2 单跨模型格构式柱不同断面用钢量表

分析上表可见，构架用钢量随根开在9.0m前减小，9.0m后增大，因此取柱根开9.0m是合理的。

二、结构体系方案

根据配电装置方案的不同，构架整体布置有很大区别。本工程配电装置采用GIS形式，与之相对应，出线构架采用单排布置。出线构架单跨长度53m，出线构架挂线点高度45m，地线柱高度70m。
由于本工程出线构架跨度较大，对于单排构架来说，一个很重要问题的是解决构架连续跨数。连续跨数较少，则伸缩缝较多，本工程出线构架一般每个伸缩缝宽10m，伸缩缝数量多则会增加占地面积，与国家的土地政策不符，且会增加投资成本；连续跨数多，伸缩缝数量较少，可节约占地面积，但同时也给构架本身带来较为严重的温度应力问题。故合理的构架体系应综合考虑占地面积和温度应力，寻找二者的最佳平衡点。
为防止结构体系内因温度作用产生过大应力，各规范都根据自己的结构特点划分了温度区段的长度，在规定的温度区段之内可以不考虑温度作用对结构的影响。《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定，露天结构温度区段小于120m可不作温度变化作用效应的计算。《变电所建筑结构设计技术规定》（NDGJ96-92）规定，两端设有刚性支撑的连续排架，当其总长超过150m、或为连续刚架，当其总长度超过100m时，需源于：论文要求www.7ctime.com
考虑温度作用效应的影响。
比较各规范可以看出，结构型式对温度区段的长度有较大影响。竖向支承结构水平刚度大的、对横向水平构件约束作用强的，温度效应大，因此温度区段长度规定的较短。对于超过温度区段长度的结构，需要考虑温度作用的影响。
以往国内多跨连续变电构架通常采用的结构形式是梁与柱顶铰接，构架一端或两端设置斜撑作为抗侧力构件，承担导线侧向力。在布置构架时，通过设置伸缩缝使构架连续长度不超过温度区段的规定，从而不需考虑温度应力的影响。这样做可以使结构计算得到简化，但是过多地设置温度变形区段不仅增加了柱和基础的数量，还增加了构架区的占地面积，在当前土地资源紧缺的情况下，这种做法是值得再考虑的。
为充分考虑温度应力的影响，本文按以下两个方案来进行对比分析。
1）在不对构架进行特殊处理的情况下，寻找最佳连续长度；
2）论文导读：《高耸结构设计规范》（GB50135-2006）上一页12
在适当的梁柱连接节点处设置滑动支座，以释放温度变形，从而释放温度应力。
对于方案

一、我们按2跨、3跨、4跨连续三种情况来分析温度应力的影响，并与单跨时对比。

在上述三种情况下，考虑温度影响之后，梁、柱用钢量如下表所示。
表3

相对于单跨模型，构架在两跨连续时，由于连续长度较小，构架中温度应力很小，不需要特别考虑；三跨连续时，为抵消温度应力，用钢量已有小幅增加；四跨连续总长度超过200m，已较温度区段长出一倍，温度应力的影响已经较大，用钢量较之前的三跨连续增加较为显著。
考虑上述计算结果，在此方案下我们认为钢构架取3跨连续最优。
对于方案二，在梁柱连接节点设置滑动支座的做法从计算上可以显著降低多跨连续时的温度应力，理论上较方案一更优。但从目前应用角度来看，滑动支座在低电压等级配电装置构架中应用都尚不成熟，对于本工程构架来说，结构所受荷载很大，若采用滑动支座，节点构造将极为复杂，且缺乏必要的验证，可靠性差。考虑到高电压等级构架在变电站中的重要地位，采用这个方案是有较大风险的。
三、结语
综上所述，推荐本工程出线构架采用三跨连续布置方案，超过三跨时设置伸缩缝；不是三跨的整数倍时，采用三跨与两跨相结合的布置方案。
参考文献：
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
《变电所建筑结构设计技术规定》（NDGJ96-92）
[3]《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T 5154-2002）
[4]《高耸结构设计规范》（GB50135-2006）