宋廣會(huì)

摘要：本文結(jié)合青海華電諾木洪二期50MW風(fēng)電場(chǎng)工程，詳細(xì)論述了母線箱支架結(jié)構(gòu)由于原材料采購(gòu)困難，導(dǎo)致原支架結(jié)構(gòu)構(gòu)件H型鋼無(wú)法采用而進(jìn)行方案調(diào)整及采用新的結(jié)構(gòu)方案（結(jié)構(gòu)構(gòu)件全部采用10號(hào)槽鋼）的可行性。提出用小截面桿件進(jìn)行合理組合替代大截面結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠滿足結(jié)構(gòu)承載力及變形要求，并具有良好的經(jīng)濟(jì)性與安全性，對(duì)類似情況的支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：應(yīng)力比，母線支架，剛度，強(qiáng)度

1、概述

110kV升壓站配電室與主變壓器之間往往有場(chǎng)內(nèi)道路通過(guò)，母線安裝時(shí)需要在路面上方跨路面走線，因此母線箱也需要跨路面布置。實(shí)際工程中母線箱支架的通常做法是在道路兩層安裝鋼結(jié)構(gòu)立柱，路面上方為鋼結(jié)構(gòu)橫梁，母線箱放置于支架橫梁上。鋼結(jié)構(gòu)母線箱支架的梁、柱根據(jù)路面的寬度和消防車通過(guò)所需的最小凈空進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于鋼梁跨度和距地高度均在4.5m以上，為滿足承載力和撓度要求，支架主要受力構(gòu)件常采用截面剛度較大的H型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。110kV變電站封閉式母線橋在高負(fù)荷運(yùn)行下，往往會(huì)受到機(jī)械振動(dòng)、電磁共振、環(huán)境、溫度等影響，因此對(duì)母線箱支架的替換和改造既要滿足施工方面的要求，也必須滿足規(guī)范對(duì)承載力和變形的相關(guān)要求[1]。

2、工程實(shí)例

2.1工程概況

青海華電都蘭諾木洪二期50MW風(fēng)電項(xiàng)目，位于青海省海西州都蘭縣宗加鎮(zhèn)境內(nèi)。場(chǎng)址區(qū)地勢(shì)較平坦、開闊，適宜修建風(fēng)電場(chǎng)工程。本工程主要建筑物由23臺(tái)單機(jī)容量2.2MW的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和一座110kV升壓站組成。根據(jù)FD002-2007《風(fēng)電場(chǎng)工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》（試行）[2]，該工程等別為Ⅲ等中型工程;風(fēng)場(chǎng)升壓站筑物設(shè)計(jì)級(jí)別為2級(jí)，建筑物結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)。

本工程升壓站施工過(guò)程中由于周邊原材料生產(chǎn)廠家問(wèn)題，導(dǎo)致母線箱支架結(jié)構(gòu)中的鋼梁、鋼柱所采用的H型鋼無(wú)法采購(gòu)，施工單位提出設(shè)計(jì)方能否根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)母線箱支架結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行調(diào)整，結(jié)構(gòu)構(gòu)件全部采用10號(hào)槽鋼進(jìn)行替換，且方案調(diào)整后工程量不會(huì)產(chǎn)生較大的變化。針對(duì)施工單位提出的問(wèn)題，筆者進(jìn)行了詳細(xì)的分析計(jì)算，對(duì)原支架方案進(jìn)行了優(yōu)化改造，既能滿足使用要求和承載力及變形要求，又降低了支架體系的總用鋼量，較好的達(dá)到了預(yù)期的效果。

2.2母線箱支架原結(jié)構(gòu)方案

母線箱支架原結(jié)構(gòu)方案為：采用不等高兩跨框架結(jié)構(gòu)，第一跨鋼梁梁底下凈空為3.85m，第二跨鋼梁梁底下凈空為4.65m;鋼梁跨度均為5m，兩端懸挑長(zhǎng)度各為1.5m。兩榀框架之間間距1.8m，采用10號(hào)槽鋼進(jìn)行連接，用于支撐母線箱;鋼梁和鋼柱均采用H型鋼，型號(hào)為：HW150X150X7X10。

2.3母線箱支架優(yōu)化改造方案及結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

2.3.1優(yōu)化改造思路及方案

將母線箱支架體系中的鋼柱、鋼梁均改為10號(hào)槽鋼，由于鋼梁、鋼柱的截面面積及剛度均減小，經(jīng)過(guò)計(jì)算直接進(jìn)行構(gòu)件替換，支架的鋼柱、鋼梁的承載力及變形均不能滿足設(shè)計(jì)要求。

考慮到桁架結(jié)構(gòu)為一種由桿件彼此在兩端用鉸鏈連接而成的結(jié)構(gòu)。桁架由直桿組成的平面或空間結(jié)構(gòu)，桁架桿件主要承受軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強(qiáng)度，在跨度較大時(shí)可比實(shí)腹構(gòu)件節(jié)省材料，減輕自重和增大剛度。因此，考慮將支架鋼柱由單個(gè)型鋼構(gòu)件調(diào)整為由10號(hào)槽鋼連接而成的桁架結(jié)構(gòu)形式。

鋼梁由于跨度較大不能滿足承載力和變形要求，且不滿足要求處為梁柱連接處負(fù)彎矩較大處，因此減小鋼梁的跨度從而減小梁柱剛接節(jié)點(diǎn)處的負(fù)彎矩成為改造方案的關(guān)鍵點(diǎn)。因此，考慮在梁柱連接節(jié)點(diǎn)處設(shè)置斜向的支撐，既可以減小鋼梁的跨度，又可以增加梁柱節(jié)點(diǎn)的剛度，從而達(dá)到增加結(jié)構(gòu)承載力的目的。改造后支架系統(tǒng)的整體方案如圖2所示。

2.3.2優(yōu)化改造方案結(jié)構(gòu)計(jì)算

通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件3D3S建立母線箱支架整體三維模型進(jìn)行，根據(jù)實(shí)際的受荷情況施加荷載（母線箱荷載標(biāo)準(zhǔn)值：2kN/m2，基本風(fēng)壓：0.5kN/m2）[3]，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示，支架體系的各構(gòu)件承載力及位移均能滿足設(shè)計(jì)要求。

3、結(jié)論

1、當(dāng)實(shí)際工程中結(jié)構(gòu)材料型號(hào)受限時(shí)，升壓站設(shè)備支架結(jié)構(gòu)方案及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選型，可通過(guò)詳細(xì)的計(jì)算分析進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，可以通過(guò)構(gòu)件的合理構(gòu)造和組合對(duì)原結(jié)構(gòu)方案中的部分構(gòu)件進(jìn)行靈活替換。

2、優(yōu)化改造后的結(jié)構(gòu)體系在實(shí)際荷載工況下必須滿足現(xiàn)行規(guī)范對(duì)于承載力和變形的相關(guān)要求。

3、結(jié)構(gòu)方案的調(diào)整需進(jìn)行深入的受力分析，力爭(zhēng)做到既滿足承載力的要求，又能做到施工可行，且具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB50017-2017，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2017.

[2] FD002-2007，風(fēng)電場(chǎng)工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)（試行）[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2007.

[3] GB50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.