±800kV普洱换流站高端阀厅结构设计

2013-03-22朱银银

建材世界 2013年2期

高湛，朱银银，李华

（中南电力设计院，武汉430071）

我国已建±800kV换流站工程中，高端阀厅主要采用了两种结构型式：1）钢－钢筋混凝土框架剪力墙混合结构，即防火墙采用框架剪力墙结构，在没有防火墙侧，阀厅采用钢结构柱，横向通过钢屋架联系；2）全钢结构，即钢柱＋钢屋架的结构型式，换流变防火墙与钢结构柱脱开布置。

±800kV普洱换流站高端阀厅采用钢－钢筋混凝土框架剪力墙混合结构，文章重点论述了其结构模态分析、结构布置和节点连接等方面内容，并和全钢结构型式阀厅进行技术经济比较，提出了较为合适的±800kV换流站高端阀厅结构型式。

1 结构型式

±800kV普洱换流站高端阀厅平面形状均呈矩形，平面轴线尺寸为82.7m×31.6m，高度为29.16m。高端阀厅采用钢－钢筋混凝土框架剪力墙混合结构，即阀厅与换流变之间防火墙采用T型截面剪力墙，在换流变防火墙两端采用Z型剪力墙结构，在没有防火墙处采用钢结构柱，横向通过钢屋架联系，钢柱沿纵向设置支撑体系，共同形成框、排架结构体系。普洱换流站高端阀厅三维图见图1。

2 结构模态分析

用有限元软件ANSYS对钢－钢筋混凝土框架剪力墙混合结构型式阀厅进行建模态分析。所有梁柱、钢屋架构件和支撑均采用三维空间梁单元，单元型号为BEAM189梁单元；钢筋混凝土剪力墙采用空间壳单元，单元型号为SHELL63壳单元；屋面檩条属于非结构构件，与填充墙和活荷载一样，主要考虑质量的影响，采用MASS21模拟；阀塔结构中的吊索采用索单元模拟，阀塔采用壳单元模拟。

有限元分析结果表明阀厅整体结构的第一阶振型的振动频率为2.362 2Hz，其第一振型为平动，这就避免了由于阀厅防火墙和钢柱纵向刚度分布不均匀，第一振型为扭转的情况。

3 结构布置

3.1 钢屋架

屋架采用单斜腹杆体系的梯形钢屋架，上下弦及腹杆均采用双角钢拼接截面，腹杆与弦杆通过节点板采用螺栓连接。其一端支承于钢筋混凝土剪力墙顶部，另一端由钢柱支承，屋架与钢柱、屋架与防火墙均按铰接节点连接设计。在两横向T型短肢剪力墙之间设置钢筋混凝土框架托梁，其跨中布置一榀钢屋架，使得钢屋架间距为常规尺寸5～6m，以方便屋面檩条、屋架水平支撑及柱间支撑的选型。屋架节间应尽可能设在屋架下弦悬吊荷载点或与悬吊荷载点在同一纵向轴线上，否则须考虑悬吊荷载对下弦杆产生的弯矩作用。

3.2 屋盖支撑

阀厅两端和中间开间各设一道屋架上下弦横向交叉支撑，屋架下弦平面设置纵向交叉支撑，纵向支撑与横向支撑布置为封闭型；竖向支撑设置在横向支撑的屋架间；屋架上、下弦节点处设置屋架通长水平系杆，当阀吊梁与下弦通长水平系杆重合时，用阀吊梁兼做下弦通长水平系杆。屋盖支撑及系杆采用方钢管，其回转半径大，连接方便，节省钢材量。

3.3 钢柱及柱间支撑

阀厅钢柱采用热轧H型钢，钢筋混凝土剪力墙可作为钢柱平面内支撑，钢柱平面内计算长度按有支撑框架结构计算，平面外计算长度按无支撑框（排）架结构计算。柱间支撑采用交叉支撑，与屋盖上、下弦横向支撑及垂直支撑设在同一柱距内，柱间支撑采用方形钢管。

4 阀厅节点设计

4.1 阀吊梁连接节点

换流阀塔悬吊梁采用热轧H型钢，热轧H型钢上翼缘与屋架下弦双角钢底部平齐连接，采用这样的连接方式的好处有：1）阀吊梁位于弦杆下方，与屋架下弦水平支撑不在同一水平面内，有利于避开屋架下弦水平支撑；2）连接位于阀吊梁上方，不受阀吊梁下方设备连接孔位置影响；3）连接螺栓为受拉状态，螺栓对节点偏心小。

阀吊梁之间连接方式宜采用端板拼接螺栓连接，这种连接方式可以避免阀吊梁因节点滑移和侧向变形而影响换流阀悬挂点平面的平整度，但设计中也有些地方需要注意：1）螺栓主要为受剪状态，螺栓对节点有一定偏心且偏心弯矩对螺栓受力影响较大，计算中需考虑其不利作用；2）在局部地方，端板突出翼缘的部分会与屋架下弦杆件发生碰撞，需要将端板与杆件进行剖口焊接。