北京经研院南通西500kV变电站构架结构计算书.docx

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北京经研院南通西500kV变电站构架结构计算书

编号：

B30051S-T-04

计算书

工程名称

南通西（胜利）500kV变电站

设计

阶段

施工图

卷册名称

500kV构架结构图

计算名称

结构计算

审核

校核

计算

国网北京经济技术研究院

2013年12月17日

1计算软件：

PKPM系列软件2010版：

1.1钢结构空间结构计算软件STS

2风荷载计算：

2.1连云港地区基本风压值W0=0.55kN/m2

（本工程按V0=30m/s计算,W0=V02/1600=0.56kN/m2）

WK=βZμSμZW0

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；

2.2风振系数βZ可按下列规定取用：

1.2.1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）单杆悬臂柱结构1.7

1.2.2独立避雷针支架

1）单钢管柱（h>８m）2.0

1.2.3钢桁架结构1.5

2.3地面粗糙度B类

2.4梁风荷载计算：

2.5柱风荷载计算：

3导线张力及侧吹：

3.1出线控制张力P7：

水平张力60kN/相；

垂直作用力12kN/相；

侧向风压10KN/相（大风），

5°偏角张力=60*sin5°=5.23

1.2kN/相（覆冰）。

3.2地线控制张力：

水平张力10kN/相；

垂直作用力5kN/相；

侧向风压1KN/相（大风）。

5°偏角张力=10*sin5°=0.87

3.3出线偏角按1/2的回路向同侧偏10°考虑。

3.4悬挂管母挂点张力每串10kN;侧向风压

4强度、刚度验算：

●设计限制：

构架避雷针、独立避雷针构件及其连接计算，最大设计应力不宜大于钢材设计强度数值的80%。

当采用单钢管（包括拔梢钢管）时，最大设计应力不宜大于钢材设计强度数值的70%。

避雷针针尖设计应力在荷载标准值的作用下不宜超过80N/mm2。

●避雷针、地线柱按纯弯构件计算。

●全联合构架柱整体结构分析，应分别以不同方向最大风工况作为主要

设计条件。

4.1.1温度作用效应考虑

（两端设有刚性支撑的连续排架，当其总长超过150m或为连续刚架，当其总长度超过100m时，应考虑温度作用效应的影响,可按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=±35Co。

）

4.1.2按规范计算长度折算每段长度长度系数计算：

●26米出线A字杆侧向计算长度系数

下段=26.3*0.5/10.3=1.28

中段=26.3*0.5/8.5=1.55

上段=26.3*0.5/7.5=1.76

●33米A字杆侧向计算长度系数（四段）

下段=33.3*0.5/10.3=1.62

中（下）段=33.3*0.5/10=1.66

中（上）段=33.3*0.5/6=2.78

上段=33.3*0.5/7=2.38

●单柱计算长度系数为1.0

●端撑

当端撑和边柱之间设有铰接水平横杆时，则其下段的计算长度可取节间的几何长度，其上段和中间段计算长度可取1.2Li（Li为节间的几何长度）。

锥型柱基计算书（BJ-1）

项目名称_____________日期_____________

设计者_____________校对者_____________

-----------------------------------------------------------------------

1设计资料：

1.1已知条件：

类型：

阶梯形

柱数：

单柱

阶数：

1

基础尺寸（单位mm）:

b1=4000,b11=2000,a1=4000,a11=2000,h1=1600

柱:

方柱,A=400mm,B=400mm

设计值：

N=527.80kN,Mx=-59.93kN.m,Vx=-45.50kN,My=-500.50kN.m,Vy=2.60kN

标准值：

Nk=406.00kN,Mxk=-46.10kN.m,Vxk=-35.00kN,Myk=-385.00kN.m,Vyk=2.00kN

混凝土强度等级：

C35,fc=16.70N/mm2

钢筋级别：

HRB400,fy=360N/mm2

基础混凝土纵筋保护层厚度：

40mm

基础与覆土的平均容重：

18.00kN/m3

修正后的地基承载力特征值：

140kPa

基础埋深：

3.00m

作用力位置标高：

-1.400m

剪力作用附加弯矩M'=V*h（力臂h=1.600m）：

My'=-72.80kN.m

Mx'=-4.16kN.m

Myk'=-56.00kN.m

Mxk'=-3.20kN.m

1.2计算要求：

（1）基础抗弯计算

（2）基础抗剪验算

（3）基础抗冲切验算

（4）地基承载力验算

单位说明：

力：

kN,力矩：

kN.m,应力：

kPa

2计算过程和计算结果

2.1基底反力计算：

2.1.1统计到基底的荷载

标准值:

Nk=406.00,Mkx=-49.30,Mky=-441.00

设计值:

N=527.80,Mx=-64.09,My=-573.30

2.1.2承载力验算时,底板总反力标准值（kPa）:

[相应于荷载效应标准组合]

pkmax=（Nk+Gk）/A+|Mxk|/Wx+|Myk|/Wy

=125.34kPa

pkmin=（Nk+Gk）/A-|Mxk|/Wx-|Myk|/Wy

=33.41kPa

pk=（Nk+Gk）/A=79.38kPa

各角点反力p1=116.10kPa,p2=33.41kPa,p3=42.65kPa,p4=125.34kPa

2.1.3强度计算时,底板净反力设计值（kPa）:

[相应于荷载效应基本组合]

pmax=N/A+|Mx|/Wx+|My|/Wy

=92.74kPa

pmin=N/A-|Mx|/Wx-|My|/Wy

=-26.77kPa

p=N/A=32.99kPa

各角点反力p1=80.73kPa,p2=-26.77kPa,p3=-14.75kPa,p4=92.74kPa

2.2地基承载力验算:

pk=79.38

pkmax=125.34<1.2*fa=168.00kPa,满足

2.3基础抗剪验算:

抗剪验算公式V<=0.7*βh*ft*Ac[《混凝土规范》第6.3.3条]

（剪力V根据最大净反力pmax计算）

第1阶（kN）:

V下=667.75,V右=667.75,V上=667.75,V左=667.75

砼抗剪面积（m2）:

Ac下=6.22,Ac右=6.22,Ac上=6.22,Ac左=6.22

抗剪满足.

2.4基础抗冲切验算:

抗冲切验算公式Fl<=0.7*βhp*ft*Aq[《地基规范》第8.2.7条]

（冲切力Fl根据最大净反力pmax计算）

第1阶（kN）:

Fl下=85.32,Fl右=85.32,Fl上=85.32,Fl左=85.32

砼抗冲面积（m2）:

Aq下=3.04,Aq右=3.04,Aq上=3.04,Aq左=3.04

抗冲切满足.

2.5基础受弯计算:

弯矩计算公式M=1/6*la2*（2b+b'）*pmax[la=计算截面处底板悬挑长度]

配筋计算公式As=M/（0.9*fy*h0）

第1阶（kN.m）:

M下=420.68,M右=420.68,M上=420.68,M左=420.68,h0=1555mm

计算As（mm2/m）:

As下=209,As右=209,As上=209,As左=209

基础板底构造配筋（构造配筋E12@200）.

2.6底板配筋:

X向实配E12@200（565mm2/m）>=As=565mm2/m

Y向实配E12@200（565mm2/m）>=As=565mm2/m

锥型柱基计算书（BJ-3）

项目名称_____________日期_____________

设计者_____________校对者_____________

一、示意图

基础类型：

锥型柱基计算形式：

验算截面尺寸

平面:

剖面:

二、基本参数

1．依据规范

《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）

《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）

《简明高层钢筋混凝土结构设计手册（第二版）》

2．几何参数：

已知尺寸：

B1=3000mm,A1=5100mm

H1=1600mm,H2=450mm

B=400mm,A=400mm

无偏心：

B2=3000mm,A2=5100mm

基础埋深d=3.00m

钢筋合力重心到板底距离as=80mm

3．荷载值：

（1）作用在基础顶部的标准值荷载

Fgk=335.00kNFqk=1.00kN

Mgxk=10000.00kN·mMqxk=0.00kN·m

Mgyk=0.00kN·mMqyk=0.00kN·m

Vgxk=0.00kNVqxk=0.00kN

Vgyk=0.00kNVqyk=0.00kN

（2）作用在基础底部的弯矩标准值

Mxk=Mgxk＋Mqxk=10000.00＋0.00=10000.00kN·m

Myk=Mgyk＋Mqyk=0.00＋0.00=0.00kN·m

Vxk=Vgxk＋Vqxk=0.00＋0.00=0.00kN·m

Vyk=Vgyk＋Vqyk=0.00＋0.00=0.00kN·m

绕X轴弯矩:

M0xk=Mxk－Vyk·（H1＋H2）=10000.00－0.00×2.05=10000.00kN·m

绕Y轴弯矩:

M0yk=Myk＋Vxk·（H1＋H2）=0.00＋0.00×2.05=0.00kN·m

（3）作用在基础顶部的基本组合荷载

不变荷载分项系数rg=1.37活荷载分项系数rq=1.00

F=rg·Fgk＋rq·Fqk=459.95kN

Mx=rg·Mgxk＋rq·Mqxk=13700.00kN·m

My=rg·Mgyk＋rq·Mqyk=0.00kN·m

Vx=rg·Vgxk＋rq·Vqxk=0.00kN

Vy=rg·Vgyk＋rq·Vqyk=0.00kN

（4）作用在基础底部的弯矩设计值

绕X轴弯矩:

M0x=Mx－Vy·（H1＋H2）=13700.00－0.00×2.05=13700.00kN·m

绕Y轴弯矩:

M0y=My＋Vx·（H1＋H2）=0.00＋0.00×2.05=0.00kN·m

4．材料信息：

混凝土：

C30钢筋：

HRB400（20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）

5．基础几何特性：

底面积：

S=（A1＋A2）（B1＋B2）=10.20×6.00=61.20m2

绕X轴抵抗矩：

Wx=（1/6）（B1+B2）（A1+A2）2=（1/6）×6.00×10.202=104.04m3

绕Y轴抵抗矩：

Wy=（1/6）（A1+A2）（B1+B2）2=（1/6）×10.20×6.002=61.20m3

三、计算过程

1．修正地基承载力

计算公式：

按《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）下列公式验算：

fa=fak＋ηb·γ·（b－3）＋ηd·γm·（d－0.5）（式5.2.4）

式中：

fak=100.00kPa

ηb=0.00，ηd=1.00

γ=18.00kN/m3γm=18.00kN/m3

b=6.00m，d=3.00m

如果b＜3m，按b=3m,如果b>6m，按b=6m

如果d＜0.5m，按d=0.5m

fa=fak＋ηb·γ·（b－3）＋ηd·γm·（d－0.5）

=100.00＋0.00×18.00×（6.00－3.00）＋1.00×18.00×（3.00－0.50）

=145.00kPa

修正后的地基承载力特征值fa=145.00kPa

2．轴心荷载作用下地基承载力验算

计算公式：

按《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）下列公式验算：

pk=（Fk＋Gk）/A（5.2.2－1）

Fk=Fgk＋Fqk=335.00＋1.00=336.00kN

Gk=20S·d=20×61.20×3.00=3672.00kN

pk=（Fk＋Gk）/S=（336.00＋3672.00）/61.20=65.49kPa≤fa，满足要求。

3．偏心荷载作用下地基承载力验算

计算公式：

按《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）下列公式验算：

当e≤b/6时，pkmax=（Fk＋Gk）/A＋Mk/W（5.2.2－2）

pkmin=（Fk＋Gk）/A－Mk/W（5.2.2－3）

当e＞b/6时，pkmax=2（Fk＋Gk）/3la（5.2.2－4）

Y方向:

偏心距eyk=M0xk/（Fk＋Gk）=10000.00/（336.00＋3672.00）=2.50m

e=eyk=2.50m＞（A1＋A2）/6=10.20/6=1.70m

pkmaxY=2（Fk＋Gk）/[3（B1＋B2）（A1-eyk）]

=2×（336.00＋3672.00）/（3×6.00×2.60）=170.95kPa

≤1.2×fa=1.2×145.00=174.00kPa，满足要求。

4．基础抗冲切验算

计算公式：

按《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）下列公式验算：

Fl≤0.7·βhp·ft·am·h0（8.2.7－1）

Fl=pj·Al（8.2.7－3）

am=（at＋ab）/2（8.2.7－2）

pjmax,x=F/S＋M0y/Wy=459.95/61.20＋0.00/61.20=7.52kPa

pjmin,x=F/S－M0y/Wy=459.95/61.20－0.00/61.20=7.52kPa

pjmax,y=2F/（3（B1＋B2）（A1－ey））=2×459.95/（3×6.00×（5.10－2.53））=19.88kPa

pjmin,y=0.00kPa

pj=pjmax,x＋pjmax,y－F/S=7.52＋19.88－7.52=19.88kPa

（1）柱对基础的冲切验算：

H0=H1＋H2－as=1.60＋0.45－0.08=1.97m

X方向：

Alx=1/4·（2A＋2H0＋B1＋B2－B）（B1＋B2－B－2H0）

=（1/4）×（2×0.40＋2×1.97＋6.00－0.40）（6.00－0.40－2×1.97）

=4.29m2

Flx=pj·Alx=19.88×4.29=85.30kN

ab=min{A＋2H0,A1＋A2}=min{0.40＋2×1.97,10.20}=4.34m

amx=（at＋ab）/2=（A＋ab）/2=（0.40＋4.34）/2=2.37m

Flx≤0.7·βhp·ft·amx·H0=0.7×0.90×1430.00×2.370×1.970

=4206.21kN，满足要求。

Y方向：

Aly=1/2·（B1＋B2）（A1＋A2－A－2H0）－1/4·（B1＋B2－B－2H0）2

=（1/2）×6.00×（10.20－0.40－2×1.97）－（1/4）×（6.00－0.40－2×1.97）2

=16.89m2

Fly=pj·Aly=19.88×16.89=335.76kN

ab=min{B＋2H0,B1＋B2}=min{0.40＋2×1.97,6.00}=4.34m

amy=（at＋ab）/2=（B＋ab）/2=（0.40＋4.34）/2=2.37m

Fly≤0.7·βhp·ft·amy·H0=0.7×0.90×1430.00×2.370×1.970

=4206.21kN，满足要求。

5．基础受压验算

计算公式：

《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）

Fl≤1.35·βc·βl·fc·Aln（7.8.1-1）

局部荷载设计值：

Fl=459.95kN

混凝土局部受压面积：

Aln=Al=B×A=0.40×0.40=0.16m2

混凝土受压时计算底面积：

Ab=min{B＋2A,B1＋B2}×min{3A,A1＋A2}=1.44m2

混凝土受压时强度提高系数：

βl=sq.（Ab/Al）=sq.（1.44/0.16）=3.00

1.35βc·βl·fc·Aln

=1.35×1.00×3.00×14300.00×0.16

=9266.40kN≥Fl=459.95kN，满足要求。

6．基础受弯计算

计算公式：

按《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）下列公式验算：

MⅠ=a12[（2l＋a'）（pmax＋p－2G/A）＋（pmax－p）·l]/12（8.2.7－4）

MⅡ=（l－a'）2（2b＋b'）（pmax＋pmin－2G/A）/48（8.2.7－5）

（1）柱根部受弯计算：

G=1.35Gk=1.35×3672.00=4957.20kN

Y方向受弯截面基底反力设计值：

pminy=0.00kPa

pmaxy=2（F＋G）/（3（A1＋A2）（B1－ey））

=2×（459.95＋4957.20）/（3×6.00×（5.10－2.53）=234.11kPa

pny=pminy＋（pmaxy－pminy）（2A1+A）/[2（A1+A2）]

=0.00＋（234.11－0.00）×10.60/（2×10.20）

=121.65kPa

Ⅰ-Ⅰ截面处弯矩设计值：

MⅠ=[（A1＋A2）/2－A/2]2{[2（B1＋B2）＋B]（pmaxy＋pny－2G/S）

＋（pmaxy－pny）（B1＋B2）}/12

=（10.20/2－0.40/2）2[（2×6.00＋0.40）（234.11＋121.65－2×4957.20/61.20）

＋（234.11－121.65）×6.00]/12

=6157.44kN.m

Ⅱ-Ⅱ截面处弯矩设计值：

MⅡ={（B1＋B2－B）2[2（A1＋A2）＋A]（pmaxy＋pminy－2G/S）}/48

=[（6.00－0.40）2（2×10.20＋0.40）（234.11＋0.00－2×4957.20/61.20）]/48

=979.98kN.m

Ⅰ-Ⅰ截面受弯计算：

相对受压区高度：

ζ=0.018666配筋率：

ρ=0.000741

ρ<ρmin=0.001500ρ=ρmin=0.001500

计算面积：

3075.00mm2/m

Ⅱ-Ⅱ截面受弯计算：

相对受压区高度：

ζ=0.001733配筋率：

ρ=0.000069

ρ<ρmin=0.001500ρ=ρmin=0.001500

计算面积：

3075.00mm2/m

四、计算结果

1．X方向弯矩验算结果：

计算面积：

3075.00mm2/m

采用方案：

f20@100

实配面积：

3141.59mm2/m

2．Y方向弯矩验算结果：

计算面积：

3075.00mm2/m

采用方案：

f20@100

实配面积：

3141.59mm2/m