山坡上某電廠500 kV 升壓站構架優(yōu)化設計

陳 輝 朱建成

(浙江省電力設計院，浙江杭州 310012)

1 工程概況

某電廠建設2×1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機組，配套建設500 kV進出線工程。整個主廠房毗鄰山坡，構架建在高差很大的山坡上，主廠房A列外主變(備用變)構架場地絕對標高為4 m，500 kV進出線構架建在爆破開挖出的山坡上，場地絕對標高為60 m，電廠外送出工程構架場地絕對標高為105 m。最大導線張拉角度為61°。總布置圖見圖1，縱向剖面圖見圖2。

圖1 總布置圖

構架50年一遇的基本風壓為1.2 kN/m2，位于海邊，地面粗糙度A類。建筑設防類別為乙類，本地區(qū)的抗震設防烈度為6度，抗震構造措施為6度。設計基本加速度為0.05g，所在場地設計地震分組為第一組，場地土類別為Ⅰ類。

2 上部結構設計［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構計算模型。與平面計算相比，空間結構計算更符合結構實際受力，設計更加可靠。構架柱，橫梁上下弦桿采用Q345鋼，其余腹桿采用Q235鋼。構架柱固結于基礎，橫梁下弦鉸接于構架柱。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)地震工況效應明顯小于風荷載效應，風荷載組合起控制作用。根據《建筑結構荷載規(guī)范》［2］，荷載組合系數，當重力荷載計算拉力時取0.9，計算壓力時取1.2，風荷載取1.4，導線張力取1.3。溫度應力，導線安裝垂直分力(因作用時間較短)及水平斜材局部彎曲取1.0。

2.3 計算結果

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

2.4 節(jié)點優(yōu)化

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

對模型進行研究發(fā)現，在同一個荷載工況下，節(jié)點之間的下弦桿之間的力正好可以抵消。因此，可以通過設計新型節(jié)點來解決這個問題。節(jié)點詳圖見圖4。

圖4 柱帽新型節(jié)點

3 基礎設計

一般普通構架柱采用普通天然杯口基礎，柱腳插入混凝土杯口，然后灌注高一級混凝土和基礎連為整體。構架的基礎持力層為中等～微風化凝灰?guī)r。由于構架導線的水平張力很大，基礎會產生很大的拔力。如果采用普通天然基礎，基礎的平面尺寸和體積就會非常大，容易和其他基礎相碰，同時經濟性差。因此，采用巖石錨桿基礎。

3.1 地基穩(wěn)定性

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

3.2 柱腳插入深度

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

如果根據《建筑地基基礎設計規(guī)范》［4］計算柱腳插入基礎的長度，計算出的長度將會很大，這樣會使得基礎的高度很大，不經濟。因此，參考《鋼結構設計規(guī)范》［3］中關于抗剪連接件的計算，通過在柱腳上焊接鋼筋來增加鋼管和混凝土之間的粘結力。這樣既能解決拔力太大的問題，經濟性又好，方便施工。柱腳節(jié)點抗拔詳圖見圖5。

圖5 柱腳節(jié)點

3.3 基礎的計算

錨桿的計算按照《建筑地基基礎設計規(guī)范》計算。單根錨桿的承載力特征值通過現場試驗確定，并且滿足構造要求。

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

4 結語

在6度地震區(qū)，構架高差大，導線張力大，風荷載控制的情況下，對模型進行綜合分析的基礎上，做出如下結論:1)構架柱，橫梁上下弦由應力控制設計，橫梁端豎桿，端斜桿及部分靠近端部的腹桿應力較大，由應力控制設計，其余腹桿應力較小，由長細比控制設計。2)在沿著橫梁下弦方向與A字柱的中間柱帽節(jié)點上產生很大的剪力，考慮經濟性，采用了一種新型節(jié)點來進行剪力設計。3)為保證巖石地基的穩(wěn)定性，基礎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力，既能解決柱腳拔力太大的問題，經濟性又好，方便施工。5)錨桿的承載力特征值通過現場試驗確定，并且滿足構造要求。抗拔基礎基本不會發(fā)生沖切破壞，只需要考慮構造配筋。

［1］中南電力設計院.變電構架設計手冊［M］.武漢:湖北科學技術出版社，2006.

［2］GB 50009-2012，建筑結構荷載規(guī)范［S］.

［3］GB 50017-2003，鋼結構設計規(guī)范［S］.

［4］GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規(guī)范［S］.