220kV构架及基础计算书

卷册检索号TW865A1-2010-T0301计算书设计阶段：施工图阶段工程名称：220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案计算书名称：220kV构架及基础计算书工程检索号：TW865A1-2010卷册号：T0301批准人：审核人：校核人：计算人：浙江省电力设计院2010年1月杭州220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kV构架及基础计算书1220kV构架及基础计算书一、设计资料1.220kV构架资料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：图一：220kV构架轴测图图二：构架梁展开图220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kV构架及基础计算书2图三：挂线点位置示意图2.220kV构架荷载资料220kV主变间隔导线：LGJ-800/55,L=62m,v=38m/s（W0=0.9kN/m2）,最大弧垂2.0m。导线构架导线荷载(kN)备注（参考变电站出线荷载资料）荷载状态水平拉力H1垂直荷载R运行工况最高温度9.772.57出线垂直荷载2.38kN最大荷载16.042.98出线垂直荷载2.38kN最大风速19.473.52出线垂直荷载2.38kN最低温度13．972.58出线垂直荷载3.55kN安装工况施工安装14．022.59出线垂直荷载2.38kN检修工况三相上人20．443．10出线垂直荷载2.38kN单相上人23.913.36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150kg安装时梁上人及工具重2.0kN梁自重按1.2kN/m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33.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/㎡(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风荷载标准值：K=ZSZ0（kN/㎡）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4a)Z=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）：Z=1.34+)34.142.1(25302575.29=1.416c)Z0d2=1.416×0.9×0.0422=0.002；故体形系数S=1.2（查《手册》表3-2，下同）d)K=ZSZ0=2.0×1.2×1.416×0.9=3.06kN/㎡e)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：a)Z=2.0b)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Z=1.34+)34.142.1(25302525.27=1.367c)Z0d2=1.367×0.9×0.0832=0.008[0.002,0.015],故体形系数S=1.2-)6.02.1(002.0015.0002.0008.0=0.92d)K=ZSZ0=2.0×0.92×1.367×0.9=2.26kN/㎡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：a)Z=2.0b)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Z=1.25+)25.134.1(20252075.24=1.336c)Z0d2=1.336×0.9×0.1272=0.0190.015,故体形系数S=0.6d)K=ZSZ0=2.0×0.6×1.336×0.9=1.44kN/㎡220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kV构架及基础计算书5e)沿高度方向线荷载：q3=K×d=1.44×0.127=0.18kN/mf)第三段中点处集中力：Q3=q3×2.5=0.45KN4)第四段计算：a)Z=2.0b)中心标高H=21.0+2.5/2=22.25m，按B类场地粗糙度查得风压高度变化系数：Z=1.25+)25.134.1(20252025.22=1.291c)Z0d2=1.291×0.9×0.1682=0.0320.015故体形系数S=0.6d)K=ZSZ0=2.0×0.6×1.291×0.9=1.39kN/㎡e)沿高度方向线荷载：q4=K×d=1.39×0.168=0.23kN/mf)第四段中点处集中力：Q4=q4×2.5=0.58KN5)第五段计算：a)Z=2.0b)中心标高H=18.5+2.5/2=19.75m，按B类场地粗糙度查得风压高度变化系数Z=1.20+)20.125.1(5.17205.1775.19=1.245c)Z0d2=1.245×0.9×0.1942=0.0420.015故体形系数S=0.6d)K=ZSZ0=2.0×0.6×1.245×0.9=1.34kN/㎡e)沿高度方向线荷载：q5=K×d=1.34×0.194=0.26kN/mf)第四段中点处集中力：Q5=q5×2.5=0.65kN6)避雷针各段风荷载参数一览表：ZSZ0（kN/㎡）K（kN/㎡）q(kN/m)Q(kN)d(mm)iI（cm4）s第一段(2.5m)2.01.21.4160.93.060.130.33429.453第二段(2.5m)2.00.921.3670.92.260.190.488393.561第三段(2.5m)2.00.61.3360.91.440.180.45127357.14第四段(2.5m)2.00.61.2910.91.390.230.581681003.117220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kV构架及基础计算书6第五段(2.5m)2.00.61.2450.91.340.260.651941800.0767)避雷针第五段底端弯矩、轴力、剪力值(均为标准值)：M针K=Q1×11.25+Q2×8.75+Q3×6.25+Q4×3.75+Q5×1.25=0.33×11.25+0.48×8.75+0.45×6.25+0.58×3.75+0.65×1.25=13.71kNmN针K=2.9kN（自重）V针K=Qi=0.33+0.48+0.45+0.58+0.65=2.49kN2.地线柱风荷载计算a)Z=2.0b)标高为14.5+4/2=16.5m，按B类场地粗糙度查得风压高度变化系数Z=1.14+)14.12.1(155.17155.16=1.176c)Z0d2=1.176×0.9×0.2732=0.080.015故体形系数S=0.6d)K=ZSZ0=2×0.6×1.176×0.9=1.27kN/㎡e)沿高度方向线荷载：q地柱K=K×d=1.27×0.273=0.35kN/mf)V针K=0.35×4=1.40kN3.人字柱风荷载计算a)Z=1.2b)标高14.5-4.5/2=12.25m，按B类场地粗糙度查得风压高度变化系数Z=1.00+)00.107.1(105.121025.12=1.06c)Z0d2=1.126×0.9×0.2732=0.0760.015故体形系数S=0.6d)标高10.00m以上时：K=ZSZ0=1.2×0.6×1.06×0.9=0.69kN/㎡标高10.00m以下时：K=ZSZ0=1.2×0.6×1.00×0.9=0.65kN/㎡e)沿高度方向线荷载：220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kV构架及基础计算书7标高10.00m以上：q人柱K=K×d=0.69×0.273=0.19kN/m（当为ø273钢杆）q人柱K=K×d=0.69×0.377=0.26kN/m（当为ø377钢杆）标高10.00m以下：q人柱K=K×d=0.65×0.273=0.18kN/m（当为ø273钢杆）q人柱K=K×d=0.65×0.377=0.25kN/m（当为ø377钢杆）总上所述，构架10.00m以上及以下时线荷载差别不大，为方便计算均取构架10.00m以上值：q人柱K=K×d=0.69×0.273=0.19kN/m（当为ø273钢杆）q人柱K=K×d=0.69×0.377=0.26kN/m（当为ø377钢杆）三、出线横梁计算1.设计资料计算简图及尺寸如图三所示，导线张力及竖向荷载见前页。根据电气提供的荷载值，考虑最大荷载、单相上人两种工况下梁内力计算。梁自重按1.2kN/m计算,安装时梁上人及工具重2.0kN三相均挂阻波器，每相垂直荷载800+2x130kg；最大风速时侧向风压150kG。本计算书型材截面特性均由“钢结构截面特性”软件算得，不再写详细计算过程。查《手册》1.3.2条取[]=150。2.运行工况（取最大风速工况）最大风速工况内力分析计算，按考虑主变进线侧挂线核算水平力时梁材料强度和考虑主变进线侧挂线及出线侧核算垂直力时梁材料强度。计算时假定各节点均为交接,为便于计算取阻波器挂点为各导线挂点，此时计算微偏于安全。1)上主材220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kV构架及基础计算书8图五：梁受力示意图垂直力产生的最大弯矩设计值：Mymax=1.4×[（R最大风速+2.38）×13/4+（R最大荷载+2.38）×2.5]+1.2×（81×q自重×L2+R阻×13/4+R阻×2.5）=1.4×[(3.52+2.38)×13/4+(3.52+2.38)×2.5)]+1.2×(81×1.2×132+10.6×13/4+10.6×2.5)=151.06kNm轴力设计值：N=hMymax=800.006.151=188.83kN上主材采用钢管ø114×6，A=20.358cm2,L=172.5cm,i=3.824cm=L/i=172.5/3.824=45[]=150查《手册》附录表A-4得=0.878（B类）应力=AN=8.2035878.01083.1883=105.64N/mm2f=215N/mm2满足要求2)下主材Mymax=151.06kNm水平力产生的最大弯矩设计值：Mxmax=1.4×(H最大风荷载×13/4+H最大风荷载×2.5+1.5×13/4)=1.4×(19.47×13/4+19.47×2.5+1.5×13/4)=163.56kNmN拉、压=hMy2maxbMxmax=8.0206.1518.056.163=（压力）（拉力）03.11086.298kN下主材采用角钢ø114×6，A=20.358cm2,L=172.5cm,i=3.824cm220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案220kV构架及基础计算书9=L/i=172.5/3.0824=45[]=150查《手册》附录表A-4得=0.878（B类）拉应力=AN=8.20351086.2983=146.79N/mm2f=215N/mm2满足要求压应力=AN=8.2035878.01003.1113=62.12N/mm2f=215N/mm2满足要求3)水平斜材设计轴力N=bLH最大风荷载234.1=800120047.19234.1=61.33kN水平斜材采用角钢L80×10，A=15