220kV构架

卷册检索号 TW865A1-2010-T0301 计 算 书

设计阶段： 工程名称： 220kV(20kV)计算书名称：工程检索号：

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施工图阶段 变电站标准化设计 户外AIS方案 构架及基础计算书 TW865A1-2010 卷册号： T0301

浙江省电力设计院

2010年 1 月 杭州

220kV 220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案 220kV构架及基础计算书

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220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案 220kV构架及基础计算书

220kV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

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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 荷 载 状 态 最高温度 运行 工况 最大荷载 最大风速 最低温度 安装工况 施工安装 检修 工况 三相上人 单相上人 构 架 导 线 荷 载(kN) 水平拉力H1 9.77 16.04 19.47 13．97 14．02 20．44 23.91 垂直荷载 R 2.57 2.98 3.52 2.58 2.59 3．10 3.36 备注（参考变电站出线荷载资料） 出线垂直荷载2.38 kN 出线垂直荷载2.38 kN 出线垂直荷载2.38 kN 出线垂直荷载3.55 kN 出线垂直荷载2.38 kN 出线垂直荷载2.38 kN 出线垂直荷载2.38 kN 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1.2 kN /m计算 3

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3. 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：

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a) ?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+

29.75?2530?25(1.42?1.34)=1.416

?2c) ?Z0d=1.41630.930.0422=0.002；故体形系数?S=1.2（查《手册》表3-2，下同）

d) ?K=?Z?S?Z?0=2.031.231.41630.9=3.06 kN/㎡ e) 沿高度方向线荷载：q1=?K3d=3.0630.042=0.13 kN/m f) 第一段中点处集中力：Q1=q132.5=0.33 kN 2) 第二段计算：

a) ?Z=2.0

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

?Z=1.34+

27.25?2530?25(1.42?1.34)=1.367

?2c) ?Z0d=1.36730.930.0832=0.008?[0.002,0.015],

故体形系数?S=1.2-

0.008?0.0020.015?0.002(1.2?0.6)=0.92

??d) ?K=?ZS?Z0=2.030.9231.36730.9=2.26 kN/㎡

e) 沿高度方向线荷载：q2=?K3d=2.2630.083=0.19 kN/m f) 第二段中点处集中力：Q2=q232.5=0.48 kN 3) 第三段计算：

a) ?Z=2.0

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

?Z=1.25+

c)

24.75?2025?20(1.34?1.25)=1.336

?Z?0d2=1.33630.930.1272=0.019>0.015,

故体形系数?S=0.6 d)

?K=?Z?S?Z?0=2.030.631.33630.9=1.44 kN/㎡

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e) 沿高度方向线荷载：q3=?K3d=1.4430.127=0.18 kN/m f) 第三段中点处集中力：Q3=q332.5=0.45 KN 4) 第四段计算：

a) ?Z=2.0

b) 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+

22.25?2025?20(1.34?1.25)=1.291

?2c) ?Z0d=1.29130.930.1682=0.032>0.015故体形系数?S=0.6 ??d) ?K=?ZS?Z0=2.030.631.29130.9=1.39 kN/㎡

e) 沿高度方向线荷载：q4=?K3d=1.3930.168=0.23 kN/m f) 第四段中点处集中力：Q4=q432.5=0.58 KN 5) 第五段计算：

a) ?Z=2.0

b) 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+

19.75?17.520?17.5(1.25?1.20)=1.245

?22c) ?Z0d=1.24530.930.194=0.042>0.015故体形系数?S=0.6 ??d) ?K=?ZS?Z0=2.030.631.24530.9=1.34 kN/㎡

e) 沿高度方向线荷载：q5=?K3d=1.3430.194=0.26 kN/m f) 第四段中点处集中力：Q5=q532.5=0.65 kN 6) 避雷针各段风荷载参数一览表：

?0（kN/Ii ?Z ?S ?Z ?K（kN/㎡） q (kN/m) Q (kN) d(mm) （cm4）s 3.06 2.26 1.44 1.39 6

㎡） 第一段(2.5m) 2.0 1.2 1.416 1.367 1.336 1.291 0.9 0.9 0.9 0.9 0.13 0.19 0.18 0.23 0.33 0.48 0.45 0.58 42 83 127 168 9.453 93.561 357.14 1003.117 第二段(2.5m) 2.0 0.92 第三段(2.5m) 2.0 第四段(2.5m) 2.0

0.6 0.6 220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案 220kV构架及基础计算书

第五段(2.5m) 2.0 0.6 1.245 0.9 1.34 0.26 0.65 194 1800.076 7) 避雷针第五段底端弯矩、轴力、剪力值(均为标准值)：

MK针=Q1311.25+ Q238.75 +Q336.25+ Q433.75+ Q531.25

=0.33311.25+ 0.4838.75 +0.4536.25+ 0.5833.75+ 0.6531.25=13.71 kN m NK针=2.9 kN（自重）

VK针=?Qi=0.33+ 0.48 +0.45+ 0.58+ 0.65 =2.49 kN

2. 地线柱风荷载计算

a) ?Z=2.0

b) 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+c) ?Z?0 d

216.5?1517.5?15(1.2?1.14)=1.176

2=1.17630.930.273

=0.08>0.015故体形系数?S=0.6

d) ?K=?Z?S?Z?0=230.631.17630.9=1.27 kN/㎡ e) 沿高度方向线荷载：qK地柱=?K3d=1.2730.273=0.35 kN/m f) VK针=0.3534 =1.40 kN

3. 人字柱风荷载计算

a) ?Z=1.2

b) 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+

c)

12.25?1012.5?10(1.07?1.00)=1.06

?Z?0d2=1.12630.930.2732=0.076>0.015故体形系数?S=0.6

d) 标高10.00m以上时：

?K=?Z?S?Z?0=1.230.631.0630.9=0.69 kN/㎡ ?K=?Z?S?Z?0=1.230.631 .0030.9=0.65 kN/㎡

标高10.00m以下时：e) 沿高度方向线荷载：

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标高10.00m以上：qK人柱=?K3d=0.6930.273=0.19 kN/m（当为?273钢杆） qK人柱=?K3d=0.6930.377=0.26 kN/m（当为?377钢杆） 标高10.00m以下：qK人柱=?K3d=0.6530.273=0.18 kN/m（当为?273钢杆）

qK人柱=?K3d=0.6530.377=0.25 kN/m（当为?377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：

qK人柱=?K3d=0.6930.273=0.19 kN/m（当为?273钢杆） qK人柱=?K3d=0.6930.377=0.26 kN/m（当为?377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1.2 kN /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

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图五：梁受力示意图

垂直力产生的最大弯矩设计值：

yMmax= 1.43[（R最大风速+2.38）313/4+（ R最大荷载+2.38）32.5]+1.23（

183q自重3L2+ R阻313/4+

R阻32.5）

=1.43 [(3.52+2.38)313/4+(3.52+2.38)32.5)] +1.23(2.5)

=151.06kN m 轴力设计值：N=

Mymax1831.23132+10.6313/4+10.63

h=

151.060.800=188.83 kN

上主材采用钢管?11436 ，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）

N188.83?103应力?=

?A=

0.878?2035.8=105.64N/mm2

2) 下主材 Mmax=151.06kN m

水平力产生的最大弯矩设计值：

Mmax=1.43(H最大风荷载313/4+H最大风荷载32.5+1.5313/4)

=1.43(19.47313/4+19.4732.5+1.5313/4) =163.56kN m N拉、压=

Mymaxxy2h?Mxmaxb=

151.062?0.8?163.560.82（拉力）?298.86=? kN ?110.03（压力）?下主材采用角钢?11436 ，A=20.358cm ,L=172.5cm ,i=3.824cm

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?=L/i=172.5/3.0824=45<[?]=150 查《手册》附录表A-4得?=0.878（B类）

NA拉应力?==

298.86?102035.83=146.79N/mm2

压应力?=

N?A=

111.03?1030.878?2035.8=62.12N/mm2

3) 水平斜材

1.4?32H最大风荷载?Lb1.4?32?19.47?1200800 设计轴力N===61.33 kN

水平斜材采用角钢L80310 ，A=15.1cm2 ,L=120cm ,i=1.56cm

?=L/i=120/1.56=77<[?]=150 查《手册》附录表A-4得?=0.707（B类）

N61.33?103应力?=

?A=

0.707?1510=57.45N/mm2

4) 垂直斜材 支座反力R=1.43 =1.43

12123[3(R最大风荷载+R阻+2.38)+q自重3L] 3[33(3.52+10.6+2.38)+1.2313]

=45.57 kN 垂直斜材设计轴力 N=

2?bR?l2=

245.57?12002?8002?(h/2)?4002= 30.58kN

垂直斜材采用角钢L80310 ，A=15.1cm2 ,L=120cm ,i=?=L/i=120/1.56=77<[?]=150 查得?=0.707（B类）

N30.58?10356cm

应力?=

?A=

0.707?1510=28.64N/mm2< f= (0.6+0.0015?)3215=143 N/mm2 满足要求

3. 检修工况（取单相上人工况）

? 检修工况内力分析计算，按考虑主变进线侧挂线核算水平力时梁材料强度挠度，按考虑主变进线

侧挂线及出线侧核算垂直力时梁材料强度挠度。

? 本次计算不考虑架设及移换导线时产生的过牵引力，该力由施工单位采用适当的安装方式和措施

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加以解决。

1) 上主材

垂直力产生的最大弯矩设计值：

yMmax= 1.2 [（R单线上人+2.38+2+2 R阻）313/4+（ R安装工况+2.38+ R阻）32.5+

183q自重3L2]

=1.2[ (3.36+2.38+2+2310.6)313/4+(2.59+2.38+10.6)32.5+ =190.0kN m 轴力N=

Mymax1831.23132]

h=

190.00.8=237.50 kN

上主材采用上主材采用钢管?11436 ，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）

N237.5?103应力?=

?A=

0.878?2035.8=132.87N/mm2< f= 215 N/mm2满足要求

2) 下主材 Mmax=190.0kN m

水平力产生的最大弯矩设计值：

Mmax=1.23[(H单人+1.5)313/4+H安装32.5)]

=1.23[(23.91+1.5)313/4+14.0232.5)] =141.2kN m N拉、压=

Mymaxxy2h?Mxmaxb=

190.02?0.8?141.2（拉力）?295.25=? kN 0.8（压力）??57.75下主材采用上主材采用钢管?11436 ，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）

NA拉应力?==

295.25?102035.83=145.03N/mm2

3压应力?=

N?A=

57.75?100.878?2035.8=32.31N/mm2

3) 水平斜材

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111.3?（2H安装?H单人?1.5）?L1.3?（2?14.02?23.91?1.5）?113122 设计轴力N===49.12 kN

b800水平斜材采用角钢L80310 ，A=15.1cm2 ,L=113.1cm ,i=1.56cm

?=L/i=113.1/1.56=72.5<[?]=150 查《手册》附录表A-4得?=0.736（B类）

N49.12?103应力?=

?A=

0.736?1510=44.2N/mm2

4) 垂直斜材 支座反力R=1. 23 =1.23

12123[2(R安装+R阻+2.38)+(R单人+2R阻+2+2.38)+q自重3L]

3[23(2.59+10.6+2.38)+ (3.36+10.632+2+2.38)+1.2313]

=45.4kN 垂直斜材设计轴力 N=

R?l2?b=

45.4?11312?800=32.09 kN

56cm

垂直斜材采用角钢L80310 ，A=15.1cm2 ,L=120cm ,i=?=L/i=120/1.56=70<[?] =150 查得?=0.751（B类）

N32.09?103应力?=

?A=

0.751?1510=28.30N/mm2

4. 横梁挠度

gA. 梁刚度计算：B=EI

查《手册》表2-16得：E=206310N/mm IX=

2332h2A=

233800232035.8=8.6863108 mm4

Bg= EI=206310338.6863108=1.78931014N mm2

B. 根据《手册》3.3.4.3条规定取安装工况时变形作为横梁的挠度即

P=2.59+2.38+10.6=15.57kN；查《手册》表4-1得： C. fz=

PaL24B2[3?4(gaL)]?2(P?P1)L48Bg3

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=

15570?2500?1300024?1.789×10142 [3?4(2.513)]?215570?1300048?1.789×10314

=4.37+3.98=8.35mm<

13000200=65mm

5. 横梁法兰计算：

构架梁下主材主要是轴心受拉构件，采用刚性法兰连接（螺栓采用

的最大拉力为295.25kN, 详见图六：

6M20X80），构架梁刚性法拉所受

图六：梁法兰详图

A. 有加劲法兰螺栓所受的最大拉力为： Ntmax=

bMY1?Y2i?Nn=

295.256=49.21 kN

b 其中螺栓强度查自《钢结构设计与计算》（第二版）表N-3 B. 法兰加劲角焊缝的计算：

法兰角焊缝厚度为8mm，焊条为E43XX.

法兰加劲板角焊缝正应力（由于螺栓拉力与焊缝非轴心重合引起弯矩的应力）：

?f=6 Ntmax340/(2hf0.7Lf)

=6349.2134031000/(23830.73902) =130.18 N/mm2

b2 13

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法兰加劲板角焊缝剪应力(查《手册》公式5-49)：

b?f= Ntmax/(2hf0.7Lf)

=49.2131000/(23830.7390) =48.82 N/mm2

角焊缝的折算应力(查《手册》公式5-50)： （?f1.22）??f22=（130.181.22）?48.8222=117.34 N/mm2<160 N/mm2（查自《钢结

构设计规范》GB50017-2003表3.4.1-3） C. 法兰板的计算：

法兰板上的均布荷载：q=

NbtLxLy=

49.21?1079?553=11.33 N/mm2

LyLx=

7955=1.44

查《手册》表5-8得：?=0.12648 查《手册》公式5-54得：M=?qL2x=0.12648311.333552=4334.88 N2mm2

5MfomOX 查《手册》公式5-55得：t=16 mm >

=

5?4334.88215=10mm.

6. 材料一览表

综上所述220kV构架横梁材料一览表如下：（详见220kV构架梁图纸）

水平斜材 上主材 ?11436 下主材 端部水平斜材 ?11436 L80310 中间水平斜材 L80310 端部垂直斜材 L80310 中间垂直斜材 L6338 垂直斜材 14

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四、 人字柱平面内计算

1. 内力系数计算

a)

查《手册》4.1.13 i=

a?b2H图七：人字柱受力示意图

=

3.875?0.2002?14.700=0.125

1141tab=

i(313Hi?1214bb2=

)0.125(313?14.7?0.125?12?0.20.22=7.382

)Hi?b?4Hi?14.7?0.125??0.2?4?14.7?0.125tabbHAC2324（） =2H11bi(Hi?b?)324Hi1Hi?AC1Hi?BC1 15

220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案 220kV构架及基础计算书

1=

30.125(?8.7?0.125?12?6?0.125?12?0.2?14?0.20.2213（)8.714.7）

2?14.7?0.125?4?14.7?0.125=3.005

2. 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） ? 有构架横梁传来R中梁=G梁自重+ R出线+R阻+R进线 ——中柱

=14.03+(2.38+10.6+2.57)33=60.68 kN

? 有构架横梁传来R边梁= R中梁/2 ——边柱

=60.68/2=30.34 kN

（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） ? 地线张力 H地线=5 kN

? 主变进线张力 H最大荷载=(23.91+20.4432)/2=32.40 kN （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）

G中= G地柱+ R地线+ R中梁=2.58+0.36+60.68=63.62 kN W中= H最大荷载=32.40 kN

3) 内力计算（本次计算时将进线张力及地线张力分开计算）： MA=

12(32.437.382)(

1230.2+14.730.125)-

12(32.4314.7)

=-6.44 kN2m(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)

16

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=

12(32.437.382)+{[

1235-

5?4?0.1250.2]37.382+

5?40.2}=145.77 kN

拉杆 N拉=N中-G中/2=145.77-63.62/2=113.96 kN 压杆 N拉=N中+G中/2=145.77+63.62/2=177.58 kN

3. 边柱平面内内力计算

图八：人字柱受力示意图

1) 查《手册》4.1.13

i=

a?b2H3.925?0.3002?14.700==0.125

1141tab=

i(313Hi?1214bb2=

)3?14.7?0.125??0.32Hi?b?4Hi110.30.125(?14.7?0.125??0.3?)324?14.7?0.125=7.10

17

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tabbHAC224=3（） 2H11bi(Hi?b?)324HiACBC1Hi?1Hi?11=

8.72324（） 214.7110.30.125(?14.7?0.125??0.3?)324?14.7?0.125?8.7?0.125?1?6?0.125?1?0.3=2.94

2) 作用在柱顶的荷载值为：（荷载简图见图七所示）

G边= G针+G地柱+ R地线+ R边梁=2.9+2.58+0.36+30.34=36.18 kN W边= H

+ H

出线地线+ H

避雷针剪力=5+32.4/2+2.49=21.2 kN

3) 内力计算：

MA= MA(进线所产生的弯矩)+ MA(避雷针弯矩所产生的弯矩) =-12(21.237.10)(

0.3?7.121230.3+14.730.125)-

12(21.2314.7)-

13.71?0.1250.3?[14.7(1-7.13

0.125)- ]

=-9.60 kN2m

N边=- N 中= N中(进线张力所产生作用)+ N中(避雷针弯矩所产生作用) =

12(21.237.1)+[ -

13.71?0.1250.337.1+

13.710.3]=80.40 kN

拉杆 N拉=N边-G边/2=80.40-36.18/2=62.31 kN 压杆 N拉=N边+G边/2=80.4+36.18/2=98.49 kN

18

220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案 220kV构架及基础计算书

五、 人字柱平面外计算

1. 计算简

图九：平面外受力示意图

2. 人字柱柱顶弯矩、剪力计算

? 避雷针底部内力值： M1=MK针=13.71 kN m

NK针=2.90 kN（自重） VK针=2.49 kN

? 地线柱风压值：qK地柱=0.35 kN/m

M2=0.5 qK地柱L2=0.530.35342=2.8 kN m V地线=1.4 kN

? 人字柱风压值: qK人柱=0.19 kN/m（当为?273钢杆）

qK人柱=0.26 kN/m（当为?377钢杆,端撑及端部人字柱均是?377钢杆） ? 导线偏角按10°考虑，主变进线及母联水平张力按最大风荷载工况计算，H最大风荷载=19.47kN 其余均取出线水平张力H=10 kN(参考变电所出线荷载资料)

V进线导线=19.47333sin10°=10.1 kN V出线导线=10333sin10°=5.2 kN

1) 截面特征：

?27338 钢杆(查<<手册>>表2-13):

EI=[2063103N/mm2]3[5851.7143104 mm4]=1.2053104kN m2 EA=[206310N/mm]3[66.602310

322 mm

2]=1.372310kN

619

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?37738 钢杆(查<<手册>>表2-13):

EI=[2063103N/mm2]3[15791.8513104 mm4]=3.2533104kN m2 EA=[2063103N/mm2]3[92.743102 mm2]=1.9103106kN

钢梁（计算过程见三.4）s

EI=206310338.6863108=1.7893105kN m2 EA=206310332035.833=1.2583106kN

2) 受力大小计算：

M1=MK针=13.71 kN m M2=0.5 qK地柱L2=0.530.35342=2.8 kN m V1= V11= VK针+ V进线导线/2=2.49+10.1/2=7.54 kN

V2= 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=9.05 kN V3= V10 V地线+ V出线导线=1.4+5.2=6.6 kN

V6= VK针+V进线导线/2+ V出线导线/2=2.49+10.1/2+5.2/2=10.14 kN

3. 平面外《结构力学求解器》计算

1. 2. 3.

构架平面外计算采用《结构力学求解器》软件。 所有截面特性见五.2条。

计算数据及结果详见软件计算结果，下面列出几个控制内力(标准值)：

端撑（左侧） 端撑（右侧） M(kN m) N(kN) -13.86 277.93 -13.95 277.51 边柱（为双柱总和） -28.12 271.39 20

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中柱（为双柱总和） 挠度 16.00 17mm 0 六、 构架内力标准值组合

1. 端撑内力组合

287.90轴力N= N平面外内力±N钢杆自重=277.93±(13.699372.801310/1000)= ??kN 267.96柱底弯矩M=-13.95 kN m

2. 边柱内力组合

轴力N拉=N平面内内力+ N平面外内力=62.31+271.39/2=198.01 kN 轴力N压=N平面内内力+ N平面外内力=98.49+271.39/2=234.19 kN 柱底弯矩M平面内=-9.6 kN m

柱底弯矩M平面外=-14.06kN m

3. 中柱内力组合

拉杆轴力N=113.96 kN 压杆轴力N=177.58 kN

平面内：柱底弯矩M=6.44 kN m 平面外：柱底弯矩M=8.00 kN m

4. 钢杆承载力计算

(1) A: 端撑（采用?37738钢杆）强度计算，查《手册》公式5-8：

NAn?Mx?xWny?My?yWny≤f=215N/mm2

IR15791.85137.7?0.5查钢结构截面特性： A=9274 mm2 WX= WY=

=

31000=837764 mm3

21

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NAn?Mx?xWny?My?yWny=

1.3?287.9?10009274?1.3?13.95?10000001.15?837764

.18 =?59 N /mm2

3778=47.1

100?235215=109

C:整体稳定（见图十）：查《钢结构设计规范》GB50017-2003第5.2.2条： 公式5.2.2-1： N??mxMX?XA?XW1X(1-0.8NN?Ex≤f=215N/mm2 )查《手册》表5-2得μ=0.7 H0=0.7387003i=13.049cm ?x=

H0i265=6210mm

=

6210130.49=47.5 ?x=0.867

图十：端撑尺寸示意图

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第5.2.2.1.1）说明取?mx=1.0，

22

220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案 220kV构架及基础计算书

表5.2.1?EA1.1?X22取

?x2=1.15，

3W

1X=

IR=

15791.85137.7?0.531000=837764 mm

3，

??NEx=

3.142?206?10?92741.1?47.52=7599181 N

N?XA??mxMX?XW1X(1-0.8NN?Ex=)1.3?287.90?100.867?92743?1.3?13.95?101.15?837764?(1-0.862495807599181

) =46.55+19.33=65.88N/mmD:端撑销钉抗剪计算：

2

采用直径为?46（Q235B）的销钉（销钉孔为?50），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

23

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图十二：销钉上节点板尺寸示意图

图十三：销钉下节点板尺寸示意图

24

220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案 220kV构架及基础计算书

销钉抗剪验算：

?dV=233.4.1-1)

24fv=233.142323

23115=382.29 kN(其中fv查自《钢结构设计规范》（GB50017-2003）表

端撑上节点板抗剪验算：V=（10532-50）3115（fv）338（厚）=699.2 kN

端撑上节点板抗剪验算（双剪）：V=（10532-50）3115（fv）332（厚）32=1177.6 kN 总上所述，承载力均大于设计荷载(1.33267.96=348.35 kN)，满足要求。

(2)边柱内力计算

A: 边柱（采用?37738钢杆）强度计算，查《手册》公式5-8：

NAn?Mx?xWny?My?yWny≤f=215N/mm2

IR15791.85137.7?0.5查钢结构截面特性： A=9274 mm2 WX= WY=

NAn?Mx=

31000=837764 mm3

?xWny?My?yWny=

1.3?234.19?10009274?1.3?9.6?10000001.15?83776464.75?1.3?14.06?10000001.15?837764

=32.83±12.95±18.97=?0.91 N /mm2

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100（235/fy）

3778=47.1

100?235215=109

C: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： N??mxMX?XA?XW1X(1-0.8NN?Ex≤f=215N/mm2 )查《手册》表5-2得μ=0.7 H0=0.7387003

265=6210mm

25

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i=13.049cm ?x=

H0i=

6210130.49=47.5 ?x=0.867

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第5.2.2.1.1）说明取?mx=1.0， 表

5.2.1?EA1.1?2X2取

?x2=1.15，

3W

1X=

IR=

15791.85137.7?0.531000=837764 mm

3，

??NEx=

3.142?206?10?92741.1?47.52=7599181 N

N?XA??mxMX?XW1X(1-0.8NN?Ex=)1.3?234.19?100.867?92743?1.3?14.06?101.15?837764?(1-0.862495807599181

) =37.86+19.48=57.34N/mm(2)中柱内力计算：

2

A: 中柱（采用?27338钢杆）强度计算，查《手册》公式5-8：

NAn?Mx?xWny?My?yWny≤f=215N/mm2

IR5851.71427.3?0.5查钢结构截面特性： A=6660.2 mm2 WX= WY=

NAn?Mx=

31000=428697 mm3

?xWny?My?yWny=

1.3?177.58?10006660.2?1.3?6.44?10000001.15?42869772.74?1.3?8?10000001.15?428697

=34.66±16.98±21.10=??3.42 N /mm2

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100（235/fy）

2738=34.1

100?235215=109

C: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： N??mxMX?XA?XW1X(1-0.8NN?Ex≤f=215N/mm2 )查《手册》表5-2得μ=0.615+0.165（1+

N1N2）+0.055（1+

N1N2）2=0.745

26

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H0=0.7453145003

265=11016mm

1101693.73i=9.373cm ?x=

H0i=

=117.5<[150] ?x=0.450

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第5.2.2.1.1）说明取?mx=1.0， 表5.2.1取?x=1.15，W1X=

??NExIR=

5851.71427.3?0.5331000=428697 mm，

3?EA1.1?X22=

3.142?206?10?6660.21.1?117.522=891864 N

N?XA??mxMX?XW1X(1-0.8NN?Ex=)1.3?177.58?100.45?6660.23?1.3?8?1061.15?428697?(1-0.8177580891864

) =77.03+25.09=102.12N/mm2<215 N/mm2

5. 结论

通过计算可知上述主材均已满足设计要求。

七、 避雷针挠度及法兰核算

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0.5 qi及0.5 Qi。（查《手册》表2-16得E=2063103N/mm）

b) 本次计算时将挠度假定分为每段均布荷载作用下挠度及整体集中荷载作用（即每段荷载作为集中力传给其以下各段产生的荷载作用）下挠度 5) 避雷针均布荷载下（见图四）：W均布= W1=0.5?qili428EIi

27

220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案 220kV构架及基础计算书

=0.5(

0.13?2500348?206?10?94530+

0.19?2500348?206?10?935610+

0.18?2500348?206?10?3571400+

0.23?25004+

0.26?25004)

8?206?103?100311708?206?103?18000760=0.5(32.60+4.81+1.20+0.54+0.34) =19.75mm

6) 避雷针荷载所产生集中力对以下四段产生的挠度：

33W2li集中=W2=0.5(?Q1li+l3i3EI?Q2i3EI+?Qi3EI+?Q3l3ii3EI)

i?103?25003(0.33?0.48)?103?25003=0.5 (

0.333?206?103?935610?3?206?103?3571400?

(0.33?0.48?0.45)?103?25003(0.33?0.48?0.45?0.58)?103?25003

3?206?103?10031170?3?206?103?18000760)=0.5(8.92+5.73+3.18+2.58)=10.21mm

W= W1+ W2=19.75+10.21=29.96mm<12500/100=125mm

2. 避雷针底部内力值

标准值：

MK针=13.71kN m NK针=2.9 kN（自重） VK针=2.49 kN

设计值：

M

设计K针=1.4?13.71=19.19kN m N

设计K针=1.2?2.9=3.48 kNV设计K针=1.4?2.49=4.06 kN

3. 法兰连接核算

1) 受拉（弯）共同作用时(查《手册》5.52公式)：NbMY1Ntmax=

??Y2n? Nbt

i 28

自重）

（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) 选用M22螺栓，N=

bt3.14?de42ft=303mm3300N/mm=90900 N 即Nt= 90.9 kN

b22b? 6.8级镀锌粗制螺栓ftb=300N/mm2 3) 最底端法兰连接核算(如图十四所示)：

MN

图十四：法兰断面图

=

19.194.06=4.73 m?0.194/2 ,取管外壁切线为旋转轴，

则：Y1=（435-80）/2+194/2=274.5mm

Yi=80.5/2=40.25mm——2个螺栓 Yi=80.5mm——1个螺栓

受力最大的一个螺栓的拉力： Ntmax=

bMY1?Y2i?Nn=

19.19?0.27450.2745NtmaxLxLYb2?2?0.0402560.72?1032?0.08052-

3.486=60.72 kN< Nt= 90.9 kN

b法兰板上均布荷载：q==

120.5?177.5=2.84 N/mm

LY/ LX=120.5/177.5=0.679 查《手册》表5-8得?=0.0846 板中弯矩：Mox=?qLX=0.084632.843177.52=7569.8 N2mm

2 29

220kV(20kV)变电站标准化设计户外AIS方案 220kV构架及基础计算书

法兰板厚度：t?5Mfox=

5?7569.8215=13.27 mm 取t=16mm

加劲板计算：（-120357310） 剪应力：?=

正应力：?=

5Ntmaxbht板2bNtmaxht板b=

60.72?10170?83=4.46N/mm2< fV= 125 N/mm2 (Q235钢材)

=

5?60.72?10?13917023?8=182.5 N/mm2

综上所述：法兰板采用-4353435316mm，加劲板采用-170313938mm,螺栓采用M22螺栓并带螺帽6.8级镀锌粗制螺栓。因为上部避雷针弯矩逐渐减小，上部法兰参照底部法兰适当调整，计算略。

八、 基础验算：

图十五：J1详图

30

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1. 端撑基础（J1）承载力验算：

基础承载力特征值为160kPa，基础承载力深宽修正值为[<<建筑地基基础设计规范>>（GB50007-20002）式 5.2.4]

fa ＝ fak + ηb 3 γ3 (b - 3) + ηd 3 γm 3 (d - 0.5) = 160+0+13183(2.5-0.5)=198 kPa e=M/N=13.86/287.9=0.048

FK?GKA?MKW=

287.9?5322.8?3.8?13.86?63.8?2.82=79.85 kPa<100 kPa

G=2.833.832.0310+2.833.830.5320=319.2kN(-0.5m以下取浮重)

2. 端撑基础（J1）柱子插入杯口深度验算：

查《手册》公式8-42 ： h=

N?SCfcv=

267.9?10000.5?500?4=268mm（无资料，参考公式8-41取fcv=0.5MPa）<1200mm且大于1.5D

3. 端撑基础（J1）柱子抗拔验算：

T=267.9kN

基础的台阶宽高比满足刚性角要求剪切计算略 经手算基础J2亦符合要求。

31