变电站户外构架荷载组合中欧标准对比

变电站户外构架荷载组合中欧标准对比

周圣章荣发谢海霞

长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

摘要：首先对比两中规范体系关于结构荷载效应的相关规定，并以一变电站户外钢结构为算例，利用现行的欧洲规范及中国规范对比设计，将欧洲规范的结果与中国规范的结果进行了对比研究，本文的内容可供相关的实际工程和研究工作提供参考。

关键词：荷载组合；欧洲规范；中国规范

在变电站建设中，变电站户外构架占全站土建投资份额较高，国外输变电项目投标及实施过程中，外方业主往往要求采用国际上较有影响力的标准，如欧标、美标，而我国工程师接触国外标准较少，且欧标规范体系与我国现行规范体系存在差别，因此造成国际项目投标及实施过程中，变电站构架经济性较差，方案乃至施工图及计算书过审困难。本文试图通过从构架计算所采用的荷载及组合等方面对比研究欧洲及我国规范规定的差别，并通过一工程实例计算对比分析其具体差异。

1.中欧标准中关于荷载组合的规定对比

1.1中国现行规范荷载组合规定

我国现行规范《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）中规定，对于承载能力极限状态，应按荷载的基本组合或偶然组合计算荷载组合的效应设计值，并应采用下列设计表达式进行设计：

γ0Sd≤Rd

γ0——结构重要性系数；

Sd——荷载组合的效应设计值；

Rd——结构构件抗力的设计值；

由可变荷载控制的效应设计值，荷载基本组合的效应设计值Sd，应按下式进行计算：

1.2欧洲现行规范荷载组合规定

欧洲现行规范《Eurocode—Basisofstructuraldesign》（EN1990：2002）中规定，对承载能力极限状态（ULS），应按下列承载能力极限状态应进行相关验算：

a）EQU：作为刚体考虑的结构或结构的一部分失去静态平衡；

b）STR：结构或结构构件包括基脚、桩、地下墙等的内部破坏或过度变形；

c）GEO：地基破坏或过度变形，其中土或岩石的强度能提供显著的抗力；

d）FAT：结构或结构构件的疲劳破坏。

结构静力平衡的极限状态（EQU）时，应验算：

对变电站构架这类特殊使用条件的结构，欧洲规范《交流1kv以上输变电线路overheadelectricallinesexceedingAC1kV-part1：Generalrequirements–commonspecifications》（BSEN50341-1：2012）中规定：

2.算例分析

算例采用一非洲国家400kv变电站户外构架，其间隔宽度24m，挂线点高度26m，避雷线挂线点高度32m，构架根开采用3mx5m，

柱主材采用：L180X14（0~10m）/L180X12（10m~26m）/L90X8（26m~32m）；

柱斜材采用：L90X8（0~10m）/L80X8（10m～18m）/L70X8（18m~26m）/L63X8（26m~32m）；

梁主材采用：L110X8；

梁斜材采用：L80X8；

梁立杆采用：L70X8；

2.1计算模型及输入

结构计算采用空间有限元模型建模计算，计算软件选用同时支持国标及欧洲标准的有限元计算软件SAP2000（v17.3）。荷载采用机电专业提供的导（地）线拉力，考虑到各自规范体系的统一，风荷载分别采用各自规范体系规定的风荷载计算方法。为简化计算对比工作，本实例中不考虑非控制工况的地震荷载。工程所处区域无结冰，即不考虑结冰荷载。

其计算三维模型简图如下：

2.2中国规范

按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）及《变电站建筑结构设计技术规程》（DL/T5457-2012）中规定，构架计算荷载组合如下：

G×1.20+P×1.30±Wx×1.40

G×1.20+P×1.30±Wy×1.40

G×1.20+D×1.20±Wx×1.4

G×1.20+D×1.20±Wy×1.4

其中：

G——构架自重及其它恒荷载；

P——导（地）线拉力；

Wx，Wy——x，y方向风荷载，按GB50009-2012计算；

D——检修荷载。

2.3欧洲规范

按欧洲规范《Eurocode—Basisofstructuraldesign》（EN1990：2002）及《交流1kv以上输变电线路overheadelectricallinesexceedingAC1kV-part1：Generalrequirements–commonspecifications》（BSEN50341-1：2012）中规定，，构架计算荷载组合如下：

G×1.00+P×1.00±Wx×1.40

G×1.00+P×1.00±Wy×1.40

G×1.00+C×1.00±Wx×0.40

G×1.00+C×1.00±Wy×0.40

G×1.00+D×1.50

其中：

G——构架自重及其它恒荷载；

P——导（地）线拉力；

Wx，Wy——x，y方向风荷载，按EN50341计算；

C——导线短路电动力；

D——检修荷载。

3.计算结果比较及讨论

3.1计算结果

3.2对比分析

计算结果表明，同一构架，同等荷载条件下，现行欧洲标准计算显示构架杆件应力比较小，安全储备较大，而按中国标准要求组合计算，局部杆件应力比超限。

分析其原因，我国现行规范未考虑构架可能承受的瞬时短路电动力，而对构架承受的恒载/活载给予了较大的分项系数以保证其结构可靠度。而新修订的欧洲规范，对全生命周期内使用用途恒定不变，承受荷载较为固定明确，且失效后非直接威胁公众生命安全的构架，恒载、活载给予了1.0分项系数，仅对上人时的检修荷载给予了1.5的分项系数，这就导致在现行规范下，采用欧标设计时构架经济性较好。

参考文献：

[1]BSEN1990：2002。Eurocode—Basisofstructuraldesign

[2]BSEN1991-1-1：2002。Eurocode1：Actionsonstructures—Part1-1：Generalactions—Densities，self-weight，imposedloadsforbuildings

[3]BSEN1991-1-4：2005。Eurocode1：Actionsonstructures—Part1-4：Generalactions—Windactions

[4]BSEN50341-1：2012。OverheadelectricallinesexceedingAC1kV-Part1：Generalrequirements—Commonspecifications

[5]GB50009-2012。建筑结构荷载规范

[6]DL/T5218-2005。220kV～500kV变电所设计技术规程