750kV 構(gòu)架結(jié)構(gòu)型式優(yōu)化研究

韓根偉

（四川電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 610041）

構(gòu)架是變電站中很重要的構(gòu)筑物，但構(gòu)架的結(jié)構(gòu)型式多種多樣，如何根據(jù)其電壓等級、構(gòu)架柱梁的高度和跨度、導(dǎo)線拉力選擇合理的結(jié)構(gòu)形式以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的效果是很重要的一個工作，本文主要針對750kV 變電站中的構(gòu)架進(jìn)行分析。

1 結(jié)構(gòu)選型

某750kV 變電站中的750kV 配電裝置構(gòu)架為雙層出線構(gòu)架，底層出線構(gòu)架高31m，上層出線構(gòu)架高51.5m，梁跨度45m。

對于本工程中的構(gòu)架梁和柱采用管桁架結(jié)構(gòu)，管桁架結(jié)構(gòu)是指用圓桿件在端部相互連接而組成的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中的桿件在節(jié)點(diǎn)處均采用焊接連接，而在焊接前，需預(yù)先按將要焊接的各桿件焊縫形狀進(jìn)行腹桿及弦桿的下料切割，這就是需要對腹桿端頭進(jìn)行相貫線切割及弦桿的開槽切割。管桁架中的桿件大部分情況下只受軸線拉力或壓力，應(yīng)力在截面上均勻分布，所以更容易發(fā)揮材料的用途，如圖1、2、3、4 所示。

圖1 常規(guī)鋼管格構(gòu)式柱節(jié)點(diǎn)

圖2 管桁架構(gòu)架柱節(jié)點(diǎn)

鋼管直接相貫焊連接具有傳力路徑明確，構(gòu)造簡單，建筑效果美觀等優(yōu)點(diǎn)。相比以往的構(gòu)架梁柱，其取消了節(jié)點(diǎn)板及螺栓。將構(gòu)架梁腹桿直接相貫焊接于弦桿上，格構(gòu)梁某一平面的節(jié)點(diǎn)改為相貫線工廠焊接、整段運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行組裝，現(xiàn)場無焊接工作量，同時取消節(jié)點(diǎn)板后節(jié)點(diǎn)處的風(fēng)荷載也會減小，減少了構(gòu)架梁節(jié)點(diǎn)板的用鋼量、降低了工程造價、加快了施工組裝進(jìn)度。

相比以往的構(gòu)架，管桁架結(jié)構(gòu)取消的節(jié)點(diǎn)板和螺栓連接，構(gòu)造簡單，支座安裝方便，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。根據(jù)其受力特點(diǎn)，建立以下三種受力模型。

圖3 節(jié)點(diǎn)板螺栓連接梁

圖4 管桁架梁

2 全格構(gòu)式模型

對其建立全格構(gòu)式模型。根據(jù)已往經(jīng)驗(yàn)綜合比較了各種因素，最終51m 高格構(gòu)式柱根開尺寸選擇柱腳尺寸為3m×6m，梁截面尺寸為2.2m×2.2m，內(nèi)力計算結(jié)果見表1，構(gòu)架梁柱截面及重量見表2，計算模型見圖5。

3 人字柱+單根柱結(jié)構(gòu)模型

對其建立人字柱+單根柱模型。對于最高的51m 柱采用直+加斜的型式，截面采用的φ720×10 鋼材；單根柱采用φ720×10 鋼材，梁截面尺寸為2.6m×2.6m，梁柱鉸接。內(nèi)力計算結(jié)果見表3，構(gòu)架梁柱截面及重量見表4，計算模型見圖6。

4 人字柱、單根柱和格構(gòu)式柱組合結(jié)構(gòu)模型（以下簡稱組合結(jié)構(gòu)）

對其建立組合結(jié)構(gòu)模型。51m 高的格構(gòu)式構(gòu)架柱弦桿采用φ377×6，腹桿φ219×6；單根柱截面為φ720×10，人字柱采用φ478×8 鋼材，梁截面尺寸為2.6m×2.6m，內(nèi)力計算結(jié)果見表5，構(gòu)架梁柱截面及重量見表6，計算模型見圖7。

表1 全格構(gòu)式模型柱內(nèi)力及位移

表2 全格構(gòu)式模型梁及柱用鋼量

表3 51m 柱內(nèi)力及位移

表5 組合模型內(nèi)力及位移

圖5 全格構(gòu)式計算模型

表4 梁及柱用鋼量

圖6 全格構(gòu)式計算模型

表6 單根柱模型用鋼量

5 分析及結(jié)語

根據(jù)以上分析結(jié)構(gòu)可知，三種結(jié)構(gòu)型式的模型相比，可以得出以下結(jié)論：

（1）組合結(jié)構(gòu)模型的梁和柱的用鋼量均比其他兩種模型有所減少，組合結(jié)構(gòu)型式相比全格構(gòu)式型式更加簡潔，相比人字柱+單根柱，由于人字柱+單根柱在51m 處為雙層出線，上層的出線拉力使該柱在31m 處的節(jié)點(diǎn)處受力很大，而把此柱設(shè)計成格構(gòu)式柱可以把彎矩轉(zhuǎn)換成軸力，受力更加合理。

（2）組合結(jié)構(gòu)相比全格構(gòu)式模型構(gòu)件數(shù)量少，相比人字柱+單根柱結(jié)構(gòu)在51m 高柱處跟開較小，節(jié)省占地，為電氣的設(shè)備布置及帶電距離提供了更大的空間，因此本工程中的750k 構(gòu)架型式推薦采用組合結(jié)構(gòu)。

通過以上的三種不同模型的分析得出最合理的結(jié)構(gòu)型式。這樣不僅可以達(dá)到保證安全性和經(jīng)濟(jì)性的效果，同時還可以保證實(shí)用性、美觀性。

圖7 組合結(jié)構(gòu)計算模型