500 kV变电站屋外钢架构吊装及参数核算

解才志

（四川电力建设三公司，四川内江641005）

500 kV变电站屋外钢架构吊装及参数核算

解才志

（四川电力建设三公司，四川内江641005）

目前，500 kV输变电线路是我国的主干网络线路，500 kV变电站是其重要组成部分。500 kV变电站建设中，屋外架构因其支撑的进线和母线电压等级高，母线下的交流滤波器场地设备和构支架高度较高，同时要满足高电压等级的安全距离要求，所以其进线和母线架构比较高大。就某500 kV变电站的屋外进线钢架构吊装及参数核算进行介绍，希望能给同类或相似工程一些参考和交流。

变电站；钢架构；吊装；参数核算

在500 kV变电站建设中，屋外架构因其支撑的进线和母线电压等级高，母线下的交流滤波器场地设备和构支架高度较高，同时要满足高电压等级的安全距离要求，所以其进线和母线架构比较高大。由于架构的杆件数量众多，为便于道路交通运输，减轻自重，现场组装和吊装施工，同时缩短建设工期，500 kV变电站屋外架构一般采用钢架构，其构件采用工厂加工制造，热镀锌防腐，现场组装吊装。本文以某500 kV变电站的屋外进线钢架构吊装及参数核算为例进行介绍，以期能给同类或相似工程提供一些参考和借鉴。

1 工程概况

本工程屋外500 kV交流配电装置为联合构架，进线构架跨度28.0 m，进线架人字柱高度28.0 m；母线人字架高度为20.5 m，母线构架跨度26.5 m。

构架柱采用等截面普通圆钢管结构，即构架柱采用A型螺旋焊接圆钢管。构架梁采用三角形断面、钢管弦杆、角钢腹杆、螺栓连接的格构式钢梁。梁柱铰接，柱及梁弦杆拼接接头均采用刚性或柔性法兰连接。

2 钢架构吊装程序

2.1 基础清理、复测、划线

做好基础清理、复测、划线工作。

2.2 钢架构柱、梁组装

地面组装时严格控制钢架构柱的直线度和根开、钢架构梁的设计起拱值和长度。

2.3 钢架构柱、梁组装件的地面验收

按照《110～1 000 kV变电（换流）站土建工程施工质量验收及评定规程》Q/GDW 183的要求进行验收合格。

2.4 钢架构柱、梁吊装

根据场地条件和构件质量及起吊高度选择起重机械和索具；柱吊装宜采用旋转法或滑移法，梁宜采用旋转伸臂吊装法。选择合理吊点，需进行构件强度和吊装验算。

2.5 钢架构柱、梁调整、校正

校正时，从中间轴线向两边校正，最好在早晚进行，避免日照影响。

2.6 柱基础杯口的灌浆及养护

做好柱基础杯口的灌浆及养护工作。

2.7 缆风绳拆除

基础杯口的灌浆强度足够且构架整体形成稳定结构，钢梁及节点上所有紧固件都复紧后方可拆除缆风绳。

2.8 钢架构吊装质量验收

按照《110～1 000 kV变电（换流）站土建工程施工质量验收及评定规程》Q/GDW 183的要求进行质量验收合格。

3 吊装机械选择和施工方法

3.1 吊装机械选择

本次构架柱、梁组装选用机动性较强的30 t汽车吊（QY30K5-I，主要性能参数表略）；钢架构吊装拟选用70 t汽车吊（QY70K，主要性能参数表略）。

3.2 施工方法

3．2．1 吊装顺序

根据现场情况，由西向东，先把Z-2柱和L-1梁在近基础处拼装，然后由西向东吊装柱，再由西向东吊装梁。整个场地构架吊装按轴线E—D—A—B—C的顺序施工。

3．2．2 吊装时行车路线

以现场已施工混凝土道路为基准进行车辆工作，吊装方向顺序及吊装停车点附图略。

4 参数选择、计算和验算

4.1 据构件最大质量计算和验算吊装高度

4．1．1 构架柱（Z-2柱）吊装高度计算

构架Z-2柱顶标高28 m，其中构架高度为28+1.95＝29.95 m，即总高度为H＝29.95 m。

Z-2柱与其侧爬梯组合总量为G＝9.1 t，取安全系数为1.1，则W＝10.01 t；吊装高度29.95+2＝31.95 m。

4．1．2 钢梁（以L-1梁为例）吊装高度计算

梁质量G＝6.988 t（包含梁上走道），取安全系数为1.1，则W＝7.69 t；吊装高度：28+3.5+1+1＝33.5 m。

4．1．3 核验

选用70 t汽车吊（QY70K）起重量和起吊高度核验。

4.1.3.1 吊装柱核验

吊装柱时，工作幅度为8 m，当吊车中长臂为34.3 m高时，吊车起重量为16 t＞10.01 t，起升高度34.3 m＞31.95 m，满足吊装要求。

4.1.3.2 吊装梁核验

吊装梁时，吊车停于距钢梁跨中8 m处，钢梁预先组装于距构架中心6.0 m处。吊车起吊钢梁时，当主臂长26.6 m，工作幅度为14.0 m时，起重量为8 t＞1.1G＝7.69 t。

钢梁就位时，工作幅度为8.0 m，主臂伸至34.3 m，此时起重量为16 t＞1.1G＝7.69 t，吊装高度为34.3 m＞33.5 m，满足要求。

4.2 构架吊点选择和核验

4．2．1 构架柱吊点选择和核验（Z-2柱验算）

构架杆件较长，采用两点绑扎，但需对杆件的抗弯强度进行验算。吊点选择在0.3L处，即A型杆从上往下第二个横杆处，以保证杆件起吊后自行直立。Z-2柱组合高度H＝30 m。

4.2.1.1 管杆值

d外＝478 mm，d内＝462 mm，d均＝470 mm，δ壁厚＝8 mm。

管杆断面抗弯模数：W≈0.72×d均2×δ壁厚≈0.72×4702×8＝1 272.4 cm3；

管杆自重均布荷载：

上部q1＝2 882/9×9.8＝3 138.18 N/m＝3.138 kN/m；

下部q2＝6 218/21×9.8＝3 077.2 N/m＝3.077 kN/m（按单根计算为1 538.6 N/m）。

4.2.1.2 柱起吊弯矩和杆件柱抗弯强度验算

荷载分布图和弯矩图略。

弯矩计算：M1＝q1L12/2＝3.138×92/2＝127.089 kN·m；M2＝q2L22/8×（1-L12/L22）＝3.077×212/8×（1-92/212）＝138.465 kN·m＝13 846.5 kN·cm。正负弯距相差不大，满足要求。

杆件柱抗弯强度验算：

[σ]≈34.5 kN/cm2；[σ]/2.5＝13.8 kN/cm2；σ＝M2/W/2＝13 846.5/1 272.4/2＝5.44 kN/cm2＜13.8 kN/cm2；满足要求。

4．2．2 构架梁吊点选择和核验

以L-1钢梁进行验算。钢梁为正三角形结构，稳定性好，但跨度较大（28 m），因此采用四点绑扎于钢梁下弦，中跨16.4 m，两边悬臂各5.8 m。

L-1钢梁的组合长度为L＝28.0 m，截面为正三角形，组装后刚度大，不需要对梁自身进行强度、刚度和稳定性等验算，仅需对吊点的合理性进行验算即可。

4.2.2.1 梁荷载计算

含梁上走道，荷载分布图略。

G＝7 241×9.8＝70 962 N＝70.962 kN；q＝7 241×9.8/28＝2 534.35 N/m＝2.534 kN/m。

4.2.2.2 梁弯矩验算（弯矩图略）

M1＝qa2/2＝2.534×5.82/2＝42.62 kN·m；M2＝ql2（1-4a2/l2）/8＝2.534×16.42×（1-4×5.82/16.42）/8＝42.57 kN·m。正负弯距大致相等，满足要求。钢横梁、钢构架柱吊点的选择是经过多次计算，根据计算结果选择的最佳吊点。对比计算参考以上构件受力计算方式。

4.3 吊绳选择

4．3．1 吊装柱（A型杆柱）时

采用两点起吊：F1＝G/2/cos5°＝9 100×9.8/2/cos5°＝44.76 kN。

每点采用一根吊带双拼吊装，则F＝F1/2＝22.38 kN。每点采用规格为15 t×20 m的专用吊带（安全系数4倍），其允许拉力[Fg]＝aFg/K＝0.82×120×9.8/10＝96.4 kN（安全系数K＝10）。

F＜[Fg]，因此15 t×20 m的专用吊带满足要求。

4．3．2 吊装梁时

采用四点起吊，由于钢梁宽1.8 m，而两吊点最大距离为16.4 m，吊绳与水平面夹角取45°，则吊点处F1＝G/4/cos45°＝71/4/cos45°＝25.1 kN。

每点采用1根专用吊带，则F＝F1＝25.1 kN。

每点采用单根15 t×20 m吊带（安全系数4倍），其允许拉力[Fg]＝aFg/K＝0.82×120×9.8/10＝96.4 kN（安全系数K＝10）。

F＜[Fg]，因此15 t×20 m的专用吊带满足要求。

4.4 缆风绳选择

考虑缆风绳与地面夹角为30°，柱子倾斜5°时缆风绳受力最大，则F＝G×tan5°＝15.58 kN。

缆风绳采用φ15 mm钢丝绳，抗拉强度为1 570 N/mm2的6×37钢丝绳，其允许拉力[Fg]＝aFg/K＝0.82×130/3.5＝30.46 kN（安全系数K＝3.5）。

F＝4.57 kN＜[Fg]＝30.46 kN，满足要求。缆风绳共计4根，每根长70 m。

4.5 地钻选择

缆风绳的F＝15.58 kN，则地钻上拔力T´＝Fsin30°＝7.79 kN，其水平力由电钻前埋档木承受。

地钻采用5T规格，基本参数如下：钻杆直径d为32 mm；钻盘直径D为40 mm；有效入土长度（钻盘以上、拉环以下部分）H为1 300 mm；全长1 710 mm。

地钻极限抗拔力为：

式（1）中：cU为土的不排水抗剪强度，选土质状态较差情况时，取0.013 MPa；a为拆减系数，cU＜0.1 MPa时，取a＝0.4；H＝1.3 m；D＝0.4 m。

因此，5T地钻抗拔力为：T＝8.49 kN＞T´＝7.79 kN，满足要求。同时，地钻前端档木承受水平力为：F´＝Fsin60°＝13.5 kN，档木档土面积不应小于3 500 cm2。

4.6 绳卡

钢丝绳端部用绳卡固定连接时，绳卡压板应在钢丝绳主要受力的一边，不得正反交叉设置；绳卡间距不应小于钢丝绳直径的6倍；缆风绳采用φ15 mm钢丝绳，每根钢丝绳端绳卡数量为3个。

〔编辑：刘晓芳〕

TM63

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.15.126

2095-6835（2017）15-0126-03