宋廣會

摘要：本文結(jié)合青海華電諾木洪二期50MW風電場工程，詳細論述了母線箱支架結(jié)構(gòu)由于原材料采購困難，導致原支架結(jié)構(gòu)構(gòu)件H型鋼無法采用而進行方案調(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號槽鋼）的可行性。提出用小截面桿件進行合理組合替代大截面結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)設計，能夠滿足結(jié)構(gòu)承載力及變形要求，并具有良好的經(jīng)濟性與安全性，對類似情況的支架結(jié)構(gòu)設計具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：應力比，母線支架，剛度，強度

1、概述

110kV升壓站配電室與主變壓器之間往往有場內(nèi)道路通過，母線安裝時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所需的最小凈空進行設計，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荷運行下，往往會受到機械振動、電磁共振、環(huán)境、溫度等影響，因此對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)范對承載力和變形的相關(guān)要求[1]。

2、工程實例

2.1工程概況

青海華電都蘭諾木洪二期50MW風電項目，位于青海省海西州都蘭縣宗加鎮(zhèn)境內(nèi)。場址區(qū)地勢較平坦、開闊，適宜修建風電場工程。本工程主要建筑物由23臺單機容量2.2MW的風機基礎(chǔ)和一座110kV升壓站組成。根據(jù)FD002-2007《風電場工程等級劃分及設計安全標準》（試行）[2]，該工程等別為Ⅲ等中型工程;風場升壓站筑物設計級別為2級，建筑物結(jié)構(gòu)安全等級為二級。

本工程升壓站施工過程中由于周邊原材料生產(chǎn)廠家問題，導致母線箱支架結(jié)構(gòu)中的鋼梁、鋼柱所采用的H型鋼無法采購，施工單位提出設計方能否根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對母線箱支架結(jié)構(gòu)方案進行調(diào)整，結(jié)構(gòu)構(gòu)件全部采用10號槽鋼進行替換，且方案調(diào)整后工程量不會產(chǎn)生較大的變化。針對施工單位提出的問題，筆者進行了詳細的分析計算，對原支架方案進行了優(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，較好的達到了預期的效果。

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，兩端懸挑長度各為1.5m。兩榀框架之間間距1.8m，采用10號槽鋼進行連接，用于支撐母線箱;鋼梁和鋼柱均采用H型鋼，型號為：HW150X150X7X10。

2.3母線箱支架優(yōu)化改造方案及結(jié)構(gòu)計算結(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號槽鋼，由于鋼梁、鋼柱的截面面積及剛度均減小，經(jīng)過計算直接進行構(gòu)件替換，支架的鋼柱、鋼梁的承載力及變形均不能滿足設計要求。

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度，在跨度較大時可比實腹構(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型鋼構(gòu)件調(diào)整為由10號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)點處的負彎矩成為改造方案的關(guān)鍵點。因此，考慮在梁柱連接節(jié)點處設置斜向的支撐，既可以減小鋼梁的跨度，又可以增加梁柱節(jié)點的剛度，從而達到增加結(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)計算

通過鋼結(jié)構(gòu)計算軟件3D3S建立母線箱支架整體三維模型進行，根據(jù)實際的受荷情況施加荷載（母線箱荷載標準值：2kN/m2，基本風壓：0.5kN/m2）[3]，進行結(jié)構(gòu)計算，計算結(jié)果顯示，支架體系的各構(gòu)件承載力及位移均能滿足設計要求。

3、結(jié)論

1、當實際工程中結(jié)構(gòu)材料型號受限時，升壓站設備支架結(jié)構(gòu)方案及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選型，可通過詳細的計算分析進行優(yōu)化調(diào)整，可以通過構(gòu)件的合理構(gòu)造和組合對原結(jié)構(gòu)方案中的部分構(gòu)件進行靈活替換。

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

3、結(jié)構(gòu)方案的調(diào)整需進行深入的受力分析，力爭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)濟效果。

參考文獻：

[1] GB50017-2017，鋼結(jié)構(gòu)設計標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017.

[2] FD002-2007，風電場工程等級劃分及設計安全標準（試行）[S].北京：中國水利水電出版社，2007.

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