变电构架设计手册简要.docx
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变电构架设计手册简要
第一章变电构架的形式
专用术语：
A、变电构架
在变电站屋外配电装置中用于通过绝缘子串悬挂导线并承受导线张力的一种结构。
联合构架
由单层并列母线或上、下层母线与进出线、引线连系在一起组成的变电构架。
终端构架
系指用于屋外配电装置一侧承受导线张力的变电构架。
中间构架
系指用于屋外配电装置二侧承受导线平衡或不平衡张力的变电构架。
设备支架
支承电气设备的一种结构。
一、变电构架的特点
变电构架的受力主要以受水平荷载为主，承受的主要水平荷载是
导线和地线的水平张力，其次是风力。
导线张力的大小与导线的档距、弧垂、导线自重、覆冰厚度、引下线重量和安装导线检修上人有关，导线弧垂随温度的变化而变化，因此，导线型号和档距虽然相同，但在不同的气象条件下导线的张力也是不同的。
同时各种不利因素也不一定同时出现，如最大覆冰和最大风速的时候一般也不会有人到导线上去检修。
根据电气要求，不同的电压等级要求带电的导线对地面和其它构筑物保持一定的距离，因此，构架的特点是柱高而断面细小，属于大柔度结构。
二、构架设计应考虑两种状态
1、承载能力极限状态：
应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载（效应）组合：
γ0S≤R；
2、正常使用极限状态：
采用荷载标准组合：
S≤C；
构架挠度限值
序号
构件类型
挠度限值
1
构架横梁
220kV及以下
L/200（跨中），L/100（悬臂）
2
220kV以上
L/300（跨中），L/150（悬臂）
3
设置隔离开关的横梁
L/300（跨中）
4
自立式构架
500kV及以下
H/150
5
独立避雷针
H/100
6
人字构架柱
平面内
H/200
7
平面外（带端撑）
H/200
8
平面外（无端撑）
H/100
9
设备支架
隔离开关横梁
L/300
10
隔离开关支柱
H/300
11
其它支柱
H/200
注：
1、L及H分别为梁的计算跨度及柱的高度，构架的H一般不包括避雷针、地线柱的高度；
2、计算悬臂构件的挠度限值时，其计算跨度L按实际悬臂长度取用；
3、变形值还应满足其他特殊要求，在有实际经验的情况下，可以对上述限值条件作适当调整；
4、对钢管、钢管混凝土、环行截面钢筋混凝土杆的独立避雷针挠度值可取H/70。
三、构架杆件容许长细比
（1）、钢结构杆件的长细比，不应超过下列数值：
受压主杆及支座处受压的斜杆150
其他受压杆220
辅助杆250
受拉杆400
预应力拉条不限
（2）、钢管结构柱或格构式压弯构件的整体长细比不宜超过下列数值；
钢管结构柱150
格构式钢柱120
全联合构架联系梁120
（2）、环行截面钢筋混凝土杆、离心钢管混凝土和普通钢管混凝土受压杆的整体长细比不宜超过180。
四、构架梁顶起拱
起拱度可用恒荷载标准值加1/2活荷载标准值所产生的挠度来表示。
一般可取梁跨度的L/300～L/500起拱，同时还应注意与构架上的荷载相匹配，不要出现起拱太大。
对于28米的构架梁。
一般预起拱60mm。
第二章荷载及荷载效应组合
一、荷载分类
1、永久荷载：
如构架自重、固定的设备重及导线和绝缘子自重产生的垂直荷载和水平张力。
2、可变荷载：
如风荷载（构架风压、导线侧向风压及产生的水平张力）、冰荷载（结构覆冰荷载、导线和绝缘子上覆冰所产生的垂直及水平张力）、安装及检修时临时性荷载、地震作用、温度变化作用等。
3、偶然荷载：
如短路电动力、验算（稀有）风荷载及验算（稀有）冰荷载。
二、荷载分项系数
1、永久荷载的荷载分项系数γG
1）当荷载效应对结构抗力不利时，由可变荷载效应控制的组合，应取1.20：
由永久荷载效应控制的组合，应取1.35；
2）当荷载效应对结构抗力有利时，一般情况采用1.00，验算结构上拔、倾覆、滑移或漂浮时采用0.90；
2、可变荷载的荷载分项系数γQ
1）一般情况采用1.40，对于标准值大于4kN/m2应采用1.30；
2）温度变化作用采用1.00；
3）地震作用采用1.30；
3、偶然荷载的分项系数取1.0；
4、导线荷载的分项系数按下表取值：
导线荷载的荷载分项系数
项次
荷载名称
最大风工况
覆冰工况
安装检修工况
1
水平张力
1.3
1.3
1.2
2
垂直荷载
1.3
1.3
1.2
3
侧向风荷载
1.4
1.4
1.4
三、屋外变电构架的荷载
1、导线（包括架空地线）荷载应由工艺专业提供，其中包括在最低温、最大风、最大覆冰和安装检修工况条件下导线悬挂点所产生的水平张力、垂直荷重和侧向风压的标准值，导（地）线的偏角，弛度和荷载因子D值。
2、导线的安装荷载，在一般情况下可不考虑架设或移换导线时所产生的过牵引张力。
如需要考虑时，导线的安装荷载除考虑作用在构架上的导线张力外，尚需考虑导线架设过程中在导线紧线相所产生的垂直分力的标准值，可按下列公式计算：
G0k=αTksinβ+GK+QK
式中G0k—导线紧线相的垂直分力的标准值；
Tk—安装工况导线张力的标准值；
α—滑轮摩擦系数，取α=1.1～1.2；
β—牵引绳与地面的夹角，一般取β≤45○；
GK—安装工况导线垂直荷重的标准值；
QK—安装导线时作用在梁上的人及工具重，取2kN（标准值）。
3、导线上人检修荷载，对导线悬挂点高度≥10m的构架，凡导线跨中有引下线时，应考虑导线单相上人带电检修和三相同时上人停电检修两种情况，其作用在导线上的检修荷载标准值分别为：
①导线单相上人带电检修，作用在导线跨中的人及工具重
220（330）kV及以下1.5kN
500kV3.5kN
②导线三相同时上人停电检修，作用在每相导线的绝缘子根部人及工具重
220（330）kV及以下1.0kN
500kV2.0kN
注：
对导线悬挂点高度≥10m,但导线跨中无引下线的构架,均不需考虑导线上人检修荷载;三相同时上人停电检修工况只适用于母线构架。
4、设备自重和操作荷重，一般由电气专业提供。
若阻波器悬挂在出线构架横梁上时，安装相除应考虑起吊设备（滑轮组）的重量外还应考虑二倍阻波器重量和作用在梁上的2kN的人及工具重量。
5、风荷载
垂直于结构及设备表面上的风荷载标准值按下式计算；
WK=βZμSμZW0
式中WK—风荷载标准值（kN/m2）；
βZ—高度Z处的风振系数；
μS—风荷载体型系数；
μZ—风压高度变化系数；
W0—基本风压值（kN/m2）。
1基本风压值以当地空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年一遇10分钟平均最大风速V0（m/s）为标准，按W0=V02/1600确定的风压值，但不得小于0.30kN/m2。
2风荷载体形系数的选用：
I、独立单杆风荷载体型系数μS可按下表取用：
独立杆整体计算时风荷载体型系数μS
项次
结构形状
μS
1
→□
1.3
2
→◇
1.3
3
→○
μZW0d2≦0.002μS=+1.2
μZW0d2≧0.015μS=+0.6
中间值按插入法计算
II、矩形及三角形断面格构式横梁的整体风荷载体型系数μs可按下表取用：
矩形横梁整体风荷载体型系数μS
项次
b/h
Φ
≦1
2
4
≧6
1
≦0.1
2.6
2.6
2.6
2.6
2
0.2
2.4
2.5
2.6
2.6
3
0.3
2.2
2.3
2.3
2.4
4
0.4
2.0
2.1
2.2
2.3
5
0.5
1.9
2.0
2.1
2.2
注：
1、三角形断面横梁可按表中的数值乘以0.9系数取用；当主材及腹杆为圆钢或钢管时，可按上表的数值乘以0.8系数取用。
2、Ф=An/A，An为横梁的构件和节点挡风的净投影面积，A为横梁的轮廓面积；
3、b为横梁的截面的宽度，h为横梁的截面的高度。
3、风压高度变化系数根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）要求取值；
4、风振系数：
对于基本自振周期T1＞0.25秒的高耸结构（如：
避雷针、通信塔、设备支架及屋外变电构架等高耸结构），均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。
对于外避的坡度小于2%的圆锥形构件和圆形钢管构件应计及风激横向振动的效应，必要时应采取适当的防护措施。
为便于计算，风振系数βZ可按下列规定取用：
1屋外变电构架
1）带端撑的人字柱门型构架1.0
2）人字柱结构1.2
3）独立门型构架
单杆打拉线结构1.5
单杆悬臂柱结构1.7
2独立避雷针
1）单钢管柱（h>８m）2.0
2）钢筋混凝土和钢管混凝土单柱1.7
3）格构式钢塔架结构1.5
3设备支架
1）220kV～500kV隔离开关、电流（压）互感器及
阻波器支架1.7
2）其他设备支架1.5此条与变电站建筑结构技术规程不一致
注：
1、以上结构的风振系数也可按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）的有关规定计算确定。
2、对于其它种类的构架结构的风振系数按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）的有关规定计算确定。
6、高型或半高型配电装置隔离开关操作平台和连接天桥的活荷载标准值采用1.5kN/m2，平台板还应取1.5kN集中荷载进行验算。
在计算梁、柱及基础时，活荷载应乘以下列折减系数：
（此条在现行电气设计中已不采用此布置方案）
当荷载面积为10～20m2时0.7
当荷载面积超过20m2时0.6
7、温度作用效应
A、两端设有刚性支撑的连续排架，当其总长度超过150m；
B、连续刚架，当其总长度超过100m.
均应考虑温度作用的影响。
在计算温度作用效应时，应根据工程具体条件合理选择选择计算温差。
Ⅰ、当地冬季允许露天作业的最低日平均气温条件下安装，在最高日计算平均温度条件下运行，此时的计算温差可取Δt=+50○C；
Ⅱ、当地夏季允许露天作业的最高日平均气温条件下安装，在最低日计算平均温度条件下运行，此时的计算温差可取Δt=-40○C；
Ⅲ、在夏季或冬季允许露天作业的气温条件下安装，在最大风环境温度条件下运行，此时的计算温差可取Δt=+35○C或-30○C。
8、短路电动力
对软导线一般可不考虑短路电动力对构架及支架的影响，但对组合导线挂线点的挂线板和节点的强度必须要满足短路电动力的要求，一般可取三倍导线张力作为挂线板和节点的验算条件，荷载分项系数取1.0。
对硬管母线应根据电气提供的资料进行计算。
（现行电气设计基本均采用软导线设计）
9、地震荷载
变电构架进行截面抗震验算时，其计算简图可与静力分析简图取得一致，尚应按两个水平主轴方向分别进行验算；
变电构架和设备支架可简化为单质点体系按底部剪力法进行计算。
计算基本周期时，可取构架柱重的1/4集中于柱顶；计算构架水平地震作用力时，可取构架柱重的2/3集中于柱顶。
计算例题：
四、荷载组合
建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合，并取各自的最不利效应组合进行设计。
变电构架应根据电气布置，不同的工作情况下可能产生的最不利受力情况，并考虑远期发展可能产生的变化，分别按终端构架和中间构架进行设计，一般不考虑断线的条件。
荷载效应组合应根据各种不同的工况条件分别进行合理的组合。
（一）、终端构架
1、运行工况，取最大风速、覆冰气象、最低气温条件下，对构架及基础的最不利荷载。
①、最大风：
取最大风气象条件下的导线张力，取最大风速作用下的结构风压，风向与导线作用方向垂直。
当构架上有方向互相垂直的导线作用时，凡顺风方向的导线张力一律取相应于安装条件的导线张力。
结构风压的作用方向也应垂直于导线方向，不考虑其它附加荷载。
②、最大覆冰：
覆冰气象条件下的导线张力，结构风压，计算风速取V=10m/S，不考虑其它附加荷载。
③、最低气温：
最低气温条件下的导线张力、自重，结构风压，计算风速取V=10m/S，不考虑其它附加荷载。
2、安装工况：
应考虑构架组立、导线紧线及紧线时作用在梁上的人及工具重。
安装气象条件下的导线张力，结构风压，计算风速取V=10m/s，考虑紧线产生的垂直荷重，同时梁上的紧线相有2kN的人及工具重的集中荷重，一般只考虑单相紧线（任意相），不考虑三相同时紧线。
3、检修工况：
对高度10m及10m以上构架，应考虑单相带电检修或三相停电同时检修时，导线上人对构架及基础的影响。
检修工况下的导线张力，结构风压，计算风速取V=10m/s，横梁上不作用任何附加荷载。
①、单相导线带电上人检修时，只有一相导线上人，其余未上人相，应取相应于安装工况条件下的导线张力。
②、三相导线同时上人检修时，只考虑在一个档距内有一个回路的三相导线上人检修，不考虑相邻档、相邻回路或上下母线同时上人检修的情况，其余未上人档（或回路）的导线张力应取相应于安装工况条件下的导线张力。
③、只有母线才考虑同一回路上三相同时上人检修，凡导线跨中无引下线的构架均不考虑导线上人检修。
4、地震工况：
考虑水平地震作用及相应的风荷载（或相应的冰荷载）、导线张力、自重等，地震工况下的结构抗力（抗拔、抗倾覆等）或承载力调整系数按《构筑物抗震设计规范》采用。
5、温度变化作用效应：
在计算屋外变电构架的温度变化作用效应时。
可按在冬季低温或夏季高温条件下安装，而在最大风环境气温条件下运行，其所产生的温度应力应与最大风工况的导线张力和最大风荷载组合。
（二）、中间构架
两侧均挂导线的中间构架应考虑以下两种情况：
1正常运行情况（大风和覆冰）和导线上人检修情况条件下，构架两侧导线所产生的不平衡张力；
2在安装或移换导线时所产生的最不利情况，一般按一侧架线另一侧不架线的条件对构架及基础进行承载能力计算。
若中间柱在满足上述条件有困难时，根据工程的具体条件也可以在安装过程中设置临时拉线或对导线安装顺序提出要求，但必须在施工图中予以详细说明。
（三）、其它有关构架及计算数据采用
①、转角构架可以是终端构架，也可以是中间构架，应根据工程的具体条件，分别按中间构架或终端构架进行设计。
②、出线构架一般按终端构架进行设计，在线路侧一般不考虑导线上人检修，只有当线路侧装有电气设备并有引下线时，才考虑导线单相上人作业的荷载（按实际作用位置进行计算）。
③、对单侧打拉线（条）的单杆结构，必须考虑在导线未架设情况下验算在在大风作用时柱和基础的承载能力。
④、对有可能上人的钢结构构件，应验算上人时所产生的局部弯曲应力，对与主材单螺栓连接的杆件，其弯距值可取PL/4；对与主材有两个及以上螺栓连接的杆件或焊接连接的杆件，其弯距值可取PL/6。
（上人荷载P可取800N，L为节点间杆件的长度）。
⑤、中间构架的不平衡张力，即张力差，可按绝对张力差法计算，也可按相对张力差法计算。
⑥、全联合构架的计算，应考虑联系梁对构架柱的直接支撑作用。
计算联合构架内部导线拉力对构架柱的作用时，联系梁直接支撑点宜按不动铰支撑设计，计算联合构架外部导线拉力对构架柱的作用时，联系梁直接支撑点宜按弹性铰支撑考虑。
全联合构架整体结构分析，应分别以不同方向最大风工况作为主要设计条件。
⑦、荷载组合系数的采用，对于屋外变电构架的多跨连续排架或刚架结构，当温度变化作用与最大风工况的风荷载组合时，荷载组合系数取0.85，在其他情况下荷载组合系数均取1.0。
⑧、地震作用效应与其它荷载效应组合时，应计入下列各项作用：
一是恒载；
二是导线、金具和绝缘子重等设备荷载；三是正常运行时最大导线张力。
地震作用情况下，结构风荷载组合值系数为0.2，设备风荷载组合值系数为0.25，冰荷载组合值系数为0.5。
（四）、变电构架常用荷载组合
①、变电构架主要荷载的符号及意义如下：
Gk—结构自重及其他恒载效应标准值；
Wk—大风气象条件下作用于构架和导线上的风荷载效应标准值（导线风荷载作用方向与导线垂直）；
W10k—对应风速为10m/s时作用于构架和导线上的风荷载效应标准值（导线风荷载作用方向与导线垂直）；
D11k—大风气象条件下的导线荷载效应标准值，对应结构风压取Wk；
D12k—覆冰有风气象条件下的荷载荷载效应标准值，对应结构风压取W10k；
D13k—最低温气象条件下的荷载荷载效应标准值，对应结构风压取W10k；
D14k—最高温气象条件下的荷载荷载效应标准值，对应结构风压取W10k；
D21k—安装气象条件下紧线相的导线荷载效应标准值，对应结构风压取W10k；
D22k—安装气象条件下非紧线相的导线荷载效应标准值，对应结构风压取W10k；
D31k—三相同时上人停电检修时的导线荷载效应标准值（仅考虑母线），对应结构风压取W10k；
D31k—单项导线上人检修时的导线荷载效应标准值，对应结构风压取W10k；
Δt50—冬季安装，最高日计算平均气温下运行时的温度作用效应，计算温差Δt=+50℃；
Δt-40—夏季安装，最低日计算平均气温下运行时的温度作用效应，计算温差Δt=-40℃；
Δt35—冬季安装，最大风条件下运行时的温度作用效应，计算温差Δt=+35℃；
Δt-30—夏季安装，最大风条件下运行时的温度作用效应，计算温差Δt=-30℃；
Ek—地震作用效应标准值；
Fk—偶然工况下导线荷载作用效应标准值；
②、承载能力极限状态荷载效应组合。
承载能力极限状态组合用于导致结构破坏的构件和连接的强度、稳定等计算。
变电构架按承载能力极限状态设计时，应考虑荷载效应的基本组合，必要时还要考虑荷载效应的偶然组合。
Ⅰ、荷载效应基本组合如下：
A、运行工况：
a、大风工况：
1.0Gk+1.3D11k+1.4Wk（荷载效应对结构抗力有利时）
1.2Gk+1.3D11k+1.4Wk（荷载效应对结构抗力不利时）
b、覆冰有风工况：
1.0Gk+1.3D12k+1.4W10k（荷载效应对结构抗力有利时）
1.2Gk+1.3D12k+1.4W10k（荷载效应对结构抗力不利时）
c、温度作用工况：
1.0Gk+1.3D13k+1.0Δt-40+1.4W10k（荷载效应对结构抗力有利时）
1.2Gk+1.3D13k+1.0Δt-40+1.4W10k（荷载效应对结构抗力不利时）
1.0Gk+1.3D14k+1.0Δt+50+1.4W10k（荷载效应对结构抗力有利时）
1.2Gk+1.3D14k+1.0Δt+50+1.4W10k（荷载效应对结构抗力不利时）
1.0Gk+1.0Δt+35（或Δt-30）+0.85（1.3D11k+1.4Wk）（荷载效应对结构抗力有利时）
1.2Gk+1.0Δt+35（或Δt-30）+0.85（1.3D11k+1.4Wk）（荷载效应对结构抗力不利时）
B、安装工况
1.0Gk+1.2D21k+1.2D22k+1.4Wk（荷载效应对结构抗力有利时）
1.2Gk+1.2D21k+1.2D22k+1.4Wk（荷载效应对结构抗力不利时）
C、检修工况
1.0Gk+1.2D31k+1.4W10k（仅母线才考虑三相上人检修且一个档距内只有一个回路的三相导线上人检修，荷载效应对结构抗力有利时）
1.2Gk+1.2D31k+1.4W10k（仅母线才考虑三相上人检修且一个档距内只有一个回路的三相导线上人检修，荷载效应对结构抗力不利时）
1.0Gk+1.2D32k（上人检修相）+1.2D22（未上人检修相）+1.4W10k（荷载效应对结构抗力有利时）
1.2Gk+1.2D32k（上人检修相）+1.2D22（未上人检修相）+1.4W10k（荷载效应对结构抗力有利时）
D、地震作用效应组合：
1.0Gk+1.3D12k+1.3Ek（荷载效应对结构抗力有利时）
1.2Gk+1.3D12k+1.3Ek（荷载效应对结构抗力不利时）
1.0Gk+1.3D11k+1.3Ek+0.2×1.4Wk（荷载效应对结构抗力有利时）
1.2Gk+1.3D11k+1.3Ek+0.2×1.4Wk（荷载效应对结构抗力不利时）
E、荷载效应的偶然组合。
对于硬连接的管母构架等需按偶然组合考虑短路电动力的作用。
1.0Gk+1.0Fk
③、正常使用极限状态组合。
正常使用极限状态组合用于影响结构正常使用和耐久性的，如构件的变形、裂缝等计算。
变电构架按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用荷载效应的标准组合。
根据变电站建筑结构设计技术规定的有关要求，正常使用极限状态可取安装工况（10m/s风速，无冰及相应的环境温度）条件作为变形验算的荷载条件。
验算以承受风荷载为主的设备支架、避雷针以及中间构架的柱顶变形时，可取最大风工况条件下的荷载标准值乘以0.5的标准永久系数作为正常使用极限状态变形验算的荷载条件。
1.0Gk+1.0D22k+W10k
1.0Gk+1.0D11k+0.5Wk
注：
上述荷载效应的基本组合及荷载效应的标准组合为计算构架的最基本荷载组合，设计人员在计算时应根据具体工程条件对上述荷载组合进行增减，如终端构架往往由覆冰或大风工况控制，而中间构架往往由安装工况控制。
特别对于联合构架，每一种工况都可能出现很多组合，可根据上面的基本组合在进行扩展。
另外，当电气不能提供安装工况条件下导线（非紧线相）张力时，也可取最低温度条件下导线张力作为安装工况条件下的导线张力。
本手册中考虑的温差是最不利情况，具体可根据具体地域或气象条件选择计算温度差。
第三章静力计算
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