山坡上某電廠500 kV 升壓站構(gòu)架優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳 輝 朱建成

(浙江省電力設(shè)計(jì)院，浙江杭州 310012)

1 工程概況

某電廠建設(shè)2×1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，配套建設(shè)500 kV進(jìn)出線工程。整個(gè)主廠房毗鄰山坡，構(gòu)架建在高差很大的山坡上，主廠房A列外主變(備用變)構(gòu)架場(chǎng)地絕對(duì)標(biāo)高為4 m，500 kV進(jìn)出線構(gòu)架建在爆破開挖出的山坡上，場(chǎng)地絕對(duì)標(biāo)高為60 m，電廠外送出工程構(gòu)架場(chǎng)地絕對(duì)標(biāo)高為105 m。最大導(dǎo)線張拉角度為61°?？偛贾脠D見圖1，縱向剖面圖見圖2。

圖1 總布置圖

構(gòu)架50年一遇的基本風(fēng)壓為1.2 kN/m2，位于海邊，地面粗糙度A類。建筑設(shè)防類別為乙類，本地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為6度，抗震構(gòu)造措施為6度。設(shè)計(jì)基本加速度為0.05g，所在場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地土類別為Ⅰ類。

2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［1］

2.1 模型的建立

本次模型采用STAAD.Pro軟件建立三維空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。與平面計(jì)算相比，空間結(jié)構(gòu)計(jì)算更符合結(jié)構(gòu)實(shí)際受力，設(shè)計(jì)更加可靠。構(gòu)架柱，橫梁上下弦桿采用Q345鋼，其余腹桿采用Q235鋼。構(gòu)架柱固結(jié)于基礎(chǔ)，橫梁下弦鉸接于構(gòu)架柱。典型模型見圖3。

圖2 縱向剖面圖

圖3 典型模型

2.2 荷載組合

由于本地區(qū)地震工況效應(yīng)明顯小于風(fēng)荷載效應(yīng)，風(fēng)荷載組合起控制作用。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［2］，荷載組合系數(shù)，當(dāng)重力荷載計(jì)算拉力時(shí)取0.9，計(jì)算壓力時(shí)取1.2，風(fēng)荷載取1.4，導(dǎo)線張力取1.3。溫度應(yīng)力，導(dǎo)線安裝垂直分力(因作用時(shí)間較短)及水平斜材局部彎曲取1.0。

2.3 計(jì)算結(jié)果

在大高差山坡上的情況下，構(gòu)架柱，橫梁上下弦由應(yīng)力控制。因此構(gòu)架柱，橫梁上下弦選擇Q345B無縫鋼管。與普通情況的橫梁腹桿不同，此時(shí)構(gòu)架橫梁端部腹桿以及靠近構(gòu)架端部部分腹桿內(nèi)力較大。因此部分腹桿選用軋制型鋼，控制長(zhǎng)細(xì)比取150。其他部分腹桿仍由長(zhǎng)細(xì)比控制，控制長(zhǎng)細(xì)比取200。

2.4 節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

主變(備用變)構(gòu)架與500 kV GIS進(jìn)線構(gòu)架的垂直高差為54 m，水平最大距離119 m，最大導(dǎo)線張拉角度61°，因此在沿著橫梁下弦方向與構(gòu)架柱的中間柱帽節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生很大的剪力，僅僅按照普通節(jié)點(diǎn)的處理方法采用2顆高強(qiáng)螺栓已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)要求。如果在柱帽上增加螺栓個(gè)數(shù)，則必須增大柱帽的尺寸，這樣就必須修改構(gòu)架柱兩柱之間的根開距離，基礎(chǔ)占用空間增大。而500 kV GINS進(jìn)出線構(gòu)架位于爆破開挖出的山坡上，布置本來就相當(dāng)緊湊，如進(jìn)行修改就必須增加土方開挖量，代價(jià)太大。

對(duì)模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在同一個(gè)荷載工況下，節(jié)點(diǎn)之間的下弦桿之間的力正好可以抵消。因此，可以通過設(shè)計(jì)新型節(jié)點(diǎn)來解決這個(gè)問題。節(jié)點(diǎn)詳圖見圖4。

圖4 柱帽新型節(jié)點(diǎn)

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

一般普通構(gòu)架柱采用普通天然杯口基礎(chǔ)，柱腳插入混凝土杯口，然后灌注高一級(jí)混凝土和基礎(chǔ)連為整體。構(gòu)架的基礎(chǔ)持力層為中等～微風(fēng)化凝灰?guī)r。由于構(gòu)架導(dǎo)線的水平張力很大，基礎(chǔ)會(huì)產(chǎn)生很大的拔力。如果采用普通天然基礎(chǔ)，基礎(chǔ)的平面尺寸和體積就會(huì)非常大，容易和其他基礎(chǔ)相碰，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性差。因此，采用巖石錨桿基礎(chǔ)。

3.1 地基穩(wěn)定性

由于500 kV GIS進(jìn)線構(gòu)架位于山坡邊緣，為保證基礎(chǔ)下巖石的穩(wěn)定性，基礎(chǔ)邊緣距懸崖的距離要求大于6 m。

3.2 柱腳插入深度

在導(dǎo)線張力和風(fēng)荷載的作用下，柱腳有很大的拔力，因此確保柱腳和基礎(chǔ)能夠連成整體一體受力是非常關(guān)鍵的。

如果根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］計(jì)算柱腳插入基礎(chǔ)的長(zhǎng)度，計(jì)算出的長(zhǎng)度將會(huì)很大，這樣會(huì)使得基礎(chǔ)的高度很大，不經(jīng)濟(jì)。因此，參考《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］中關(guān)于抗剪連接件的計(jì)算，通過在柱腳上焊接鋼筋來增加鋼管和混凝土之間的粘結(jié)力。這樣既能解決拔力太大的問題，經(jīng)濟(jì)性又好，方便施工。柱腳節(jié)點(diǎn)抗拔詳圖見圖5。

圖5 柱腳節(jié)點(diǎn)

3.3 基礎(chǔ)的計(jì)算

錨桿的計(jì)算按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算。單根錨桿的承載力特征值通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，并且滿足構(gòu)造要求。

基礎(chǔ)底板的配筋一般分兩種情況:一種是根據(jù)計(jì)算需要配筋，另一種是計(jì)算并不需要配筋，只是從構(gòu)造方面考慮予以配筋。由于抗拔基礎(chǔ)的尺寸常常受到周圍構(gòu)架基礎(chǔ)的限制，往往采用提高埋深來減小基礎(chǔ)底面積，基礎(chǔ)有效高度的提高，使基礎(chǔ)底面全部或大部分落在沖切破壞錐體以內(nèi)，基礎(chǔ)基本不會(huì)發(fā)生沖切破壞。

4 結(jié)語(yǔ)

在6度地震區(qū)，構(gòu)架高差大，導(dǎo)線張力大，風(fēng)荷載控制的情況下，對(duì)模型進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，做出如下結(jié)論:1)構(gòu)架柱，橫梁上下弦由應(yīng)力控制設(shè)計(jì)，橫梁端豎桿，端斜桿及部分靠近端部的腹桿應(yīng)力較大，由應(yīng)力控制設(shè)計(jì)，其余腹桿應(yīng)力較小，由長(zhǎng)細(xì)比控制設(shè)計(jì)。2)在沿著橫梁下弦方向與A字柱的中間柱帽節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生很大的剪力，考慮經(jīng)濟(jì)性，采用了一種新型節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行剪力設(shè)計(jì)。3)為保證巖石地基的穩(wěn)定性，基礎(chǔ)邊緣距懸崖的距離要求大于6 m。4)通過在柱腳上焊接鋼筋來增加鋼管和混凝土之間的粘結(jié)力，既能解決柱腳拔力太大的問題，經(jīng)濟(jì)性又好，方便施工。5)錨桿的承載力特征值通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，并且滿足構(gòu)造要求?？拱位A(chǔ)基本不會(huì)發(fā)生沖切破壞，只需要考慮構(gòu)造配筋。

［1］中南電力設(shè)計(jì)院.變電構(gòu)架設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.武漢:湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

［2］GB 50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［3］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.