摘要：采用Midas Gen软件对Kalumbila变电站出线构架进行三维结构计算和分析，计算结果表明构架的应力比和变形均满足规范要求。因此，构架结构布置是合理的，可为类似工程设计提供参考。
关键词：Kalumbila变电站，出线构架，钢结构，结构计算
中图分类号：TU318 文献标识码：A
1 出线构架选型和布置
变电站出线构架常用结构形式有等截面普通钢管结构和格构式钢结构两种【1】。虽然格构式钢结构出线构架存在杆件类型和数量多、现场安装工作量大的缺点，但远距离运输更为经济，能更好地适应海外工程项目【2】，因而在国外变电构架设计中被广泛采用。因此，Kalumbila变电站出线构架采用格构式钢结构。
Kalumbila变电站出线构架共两跨，单跨21m，总长42m。构架柱高18.75m，平面形状采用侧向刚度和整体抗扭性能均较好的四边形【3】，底部根开2.5mX1.8m，顶部与横梁连接处截面尺寸1.5mX1.5m，宽度与横梁宽度相同，便于梁柱连接。四边形格构式横梁截面尺寸1.5mX1.5m，净跨19.5m。为增强横梁的整体受力性能并降低构架柱的高度，挂线点选在横梁竖腹杆中间位置，挂线点高度18m。四边形地线柱高5.25m,底部与横梁上弦杆连接处截面尺寸1.5mX1.5m，顶部截面尺寸0.13mX0.13m。构架柱和横梁四面均采用材料强度利用率较高的X形交叉斜撑。
2 作用荷载及组合
2.1 作用荷载
作用在出线构架上的荷载有自重、导线拉力、风荷载、地震荷载等。由于出线构架总长42m，没有超过100m，计算时不考虑温度荷载作用【4】。
（1）自重
构架自重由Midas Gen软件根据钢材容重及杆件几何尺寸自动计算。
（2）导线拉力
根据电气专业提供的资料，单跨横梁左右两侧共有6个挂点， 每个挂点作用水平导线拉力10kN, 方向与横梁轴线垂直。地线柱双侧作用水平地线拉力均为5kN，方向与横梁轴线垂直。
（3）风荷载
变电站所处地区基本风压为1.20kN/m2。将出线构架沿高度方向分成4段，分别计算风荷载，以均布荷载形式施加在杆件上。
（4）地震荷载
变电站所处地区水平向地震加速度0.12g,竖向地震加速度0.08g。地震荷载以拟静力法施加在结构上，考虑两个方向地震荷载同时作用。
2.2 荷载组合
计算采用如下荷载组合及荷载分项系数【5】：
承载能力极限状态下的荷载组合:
（1）正常使用工况：1.2自重+1.6导线拉力；
（2）最大风工况：1.2自重+1.0导线拉力+1.6风荷载；
（3）地震工况：1.2自重+1.0导线拉力+1.4地震荷载。
正常使用极限状态下的荷载组合:
最大风工况： 自重+导线拉力+风荷载。
3 计算结果及分析
3.1 计算假定
（1）钢材为线弹性材料；（2）构架柱与基础连接为固结，构架柱与横梁连接为刚接，柱和横梁弦杆与腹杆连接均为铰接。
3.2 计算模型
出线构架采用Q235-B钢材制作,螺栓采用8.8级粗制螺栓。根据构架受力
特点，构架柱弦杆自下而上分别采用L160x12、L140x12、L100x12等三种截面，
腹杆自下而上分别采用L90x6和L70x5两种截面。地线柱弦杆采用L90x6，腹
杆采用L50x5。横梁弦杆采用L90x6，腹杆采用L70x5。
采用Midas Gen软件对出线构架进行结构计算，构架计算模型如下图所示。
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图1 出线构架计算模型
3.3 计算结果
（1）应力比
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从表1可以看出，构架柱弦杆最大应力比0.648，腹杆最大应力比0.515。
横梁弦杆最大应力比0.617，腹杆最大应力比0.280；地线柱弦杆和腹杆最大应力比均较小。计算结果表明构架布置是合理的，且各杆件有较大安全裕度。
（2）变形
经过计算，横梁水平向最大变形值17.148mm，小于L/200=105mm。
横梁竖向最大变形值5.455mm，小于L/200=105mm。构架柱水平向最大变形值25.143mm，小于H/100=240mm。因此，出线构架的变形满足规范正常使用极限状态限值要求【6】。
4 结论
通过对Kalumbila变电站出线构架进行结构内力计算和截面复核，计算结
果表明出线构架结构布置是合理的，所选截面尺寸满足构架受力整体稳定及强度要求。
参考文献：
[1]龚金凤，姚凯.变电站出线构架型式的选择[J].建材发展导向，2014(11)：204～205.
[2]陈浩，方晴，陈颢元，许俊.500kV变电站格构式变电构架最优根开研究[J].钢结构，2017，32(6)：87～89，120.
[3]杨庆陶，邱昌胜，崔洪波，马晓爽.格构式角钢构架在埃塞Holeta 500kV变电站中的优化设计[J].钢结构，2018，33(3)：73～77.
[4]DL/T 5457-2012,变电站建筑结构设计技术规程[S].
[5] ASCE 7-10, Minimum design loads for buildings and other structures[S].
[6] ANSI/AISC 360-2016,Specification for structural steel buildings[S].
作者简介：马杰（1982- ），男，高级工程师，主要从事水电站土建设计工作。