变电站多层装配式建筑结构分析

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1、XX电网公司XXXX220kV变电站设计竞赛依托工程勘察设计招标技术部分多层装配式建筑物结构分析专题报告2013年6月摘要变电站的建筑物的结构布置取决于设备平面布置、设备安装运输等因素。对于装配式的钢结构厂房来说，合理的结构布置以及梁、柱截面的选型都会对建筑物的可靠性、造价等产生重要影响。本专题对工程中柱间距以及梁柱的选型进行了对比分析，确定5米宽度为多层装配式建筑物最佳柱间距，在框架梁的选择上摒弃了传统的H型钢梁和箱型梁，而采用波形钢腹板PC组合梁，有效降低梁高1/3左右，从而降低了建筑物的层高，节约了工程造价。目录第一章结构布置1第二章柱截面的选择

2、2第三章梁截面的选择23.1波纹钢腹板PC组合梁介绍33.2国内外研究现状63.2.1波纹腹板梁抗弯研究73.2.2关于波纹钢腹板承载能力研究73.2.3对波纹钢腹板PC梁实桥的设计、施工研究83.3本项目中的应用计算11第四章地基处理14第五章建筑物抗震设计及构造155.1设计依据155.1.1设计荷载155.1.2材料属性155.1.3螺栓及锚栓155.1.4焊接材料165.1.5预埋件165.1.6防火涂料165.2抗震构造165.3计算要点205.4计算结果215.4.1结构变形215.4.2结构内力215.4.3支座反力215.4.4结构布置

3、21小结21第一章结构布置变电站建筑物的平面布置取决于电气设备的布置，以及设备运输、检修通道等因素，框架的跨度根据电气设备的尺寸加上合理的通道，基本上是一个定值。在用材相同的情况下，如何合理地布置柱间距以及梁柱的截面形式对建筑物的用钢量起决定性的作用，从而影响建筑的造价。表1-1以本次设计中的110kVGIS配电装置楼为例通过柱间距的变化对建筑的梁柱钢材用量进行分析比较。图1-1结构计算模型图1-2柱平面布置图22表1-1柱间距分析柱间距（m）45678用钢量（t）124118125132139通过上表比较，柱间距取值在5米左右，是装配式建筑物基础以上

4、部分造价最经济合理的。但是通过柱距的调整，建筑物框架柱的数量也会相应变化，随之而来基础的工程量也会相应变化。由于各工程的地基条件有差异，故不同的工程可以根据上下部分的总工程量选择合理的柱间距，以达到经济更优的效果。本工程地基条件较好，基础工程量随着柱距的递增减少的投资量有限，以5m和6m的柱间距为例，6m的用钢量比5m增加了7吨，费用大约在8万左右；而基础工程量仅减少了8m3，费用大约在8千左右。上部结构钢材的用量对工程造价起主导作用，故本次设计柱间距布置以5m为主导。第二章柱截面的选择1、H型钢：轧制H型钢是多层框架柱最常用的截面形式。其优点是轧制成

5、型，加工量少；翼缘宽而等厚，截面经济合理；截面是开口的，杆件连接较容易；规格尺寸多，可直接用于柱。2、箱形截面：其优点是受弯承载力较强，而且截面性能没有强轴、弱轴之分。缺点是需要拼接焊接，焊接工艺要求高，加工量大。通过结构分析，两种截面在用钢量基本相同。通过上面的分析，H型钢能更好地满足装配式建筑的要求，故本工程柱截面采用H型钢。第三章梁截面的选择22框架梁一般采用工字形截面，受力很大时采用箱型截面。本工程屋面框架梁根据荷载的要求如采用工字形截面，由于楼面荷载较大，为了能够满足承载力和变形的要求，工字形截面梁的高度取值偏大，从而影响整个建筑的高度。箱形

6、截面虽然受弯承载力较强，但是其焊接工艺要求高，加工量大。本次设计框架梁采用波纹钢腹板PC组合梁。图3-1楼面梁剪力包络图图3-3楼面梁弯矩包络图3.1波纹钢腹板PC组合梁介绍波形钢腹板PC组合梁就是用波形钢腹板代替梁混凝土腹板形成的一种钢-混凝土组合梁。这种组合箱梁结构的特点是：占自重25％左右的腹板采用轻型钢板，可以大幅度减轻梁的自重，使基础工程在内的下部结构减少，从而降低了材料用量和造价。工程对比计算表明，与PC22梁相比，波形钢腹板预应力组合梁的混凝土减少22％，纵向预应力钢筋减少33％，普通钢筋减少10％。由于不需要混凝土腹板，相应减少了钢筋和

7、模板的拼装、拆除作业，缩短了工期。在结构上看，波形钢腹板PC组合箱梁充分利用了混凝士抗压，波形钢腹板质轻、抗剪屈服强度高的优点。由于波形钢腹板不抵抗作用的轴向力，所以能有效地对混凝土顶板底板施加预应力。并且，波形钢腹板不约束梁顶板和底板由于徐变和干燥收缩所产生的变形，避免了由于钢腹板的约束作用所造成的箱梁截面预应力损失，加之又采用了体外预应力索，免除了在混凝土腹板内预埋管道的繁杂工艺减少了预应力钢筋的用量。与过去的结构相比，波形钢腹板PC组合梁的结构更加合理，具有十分广阔的应用前景。这种组合梁结构的特点是：占自重25%左右的腹板采用轻型钢板，可以大幅度

8、减轻箱梁的自重，使包括基础工程在内的下部结构材料用量和造价减少。工程对比计算表明，与PC箱梁相