变电构架结构优化设计研究.doc

变电构架结构优化设计研究2012-06-12目录1.工程背景12.主要研究内容13.结构计算软件24.变电构架所受荷载类型及荷载组合35.变电站构架的格构式钢结构方案45.1格构式钢结构方案的计算模型45.2主要计算结果65.3采用高强钢材计算66.变电站构架的人字柱钢结构方案106.1 人字柱钢结构方案的计算模型106.2 钢管人字柱构架体系建模分析107.计算结果汇总178.主要研究结论189.推荐方案19I变电构架结构优化设计研究 1. 工程背景电力传输工程是国防、工农业生产和人民生活中的生命线工程，变电站构架是电力传输工程的基础设施之一，它对保证电力传输的安全运行起着非常重要的作用。和传统的变电站相比，750kV特高压变电构架的高度、跨度及荷载水平均比较高，其构架结构的合理选型是保证变电站设计达到安全适用、经济合理的重要前提条件之一。目前国内外500kV及以上电压等级变电构架的结构型式主要采用格构式钢结构和人字柱钢结构两种型式。格构式钢结构至今仍在国外变电构架设计中被广泛采用，该结构由矩形断面格构式柱和矩形断面格构式钢梁组成，梁柱铰接或刚接。梁、柱弦杆通常采用圆钢管，腹杆采用钢管或角钢。格构式钢结构的优点在于其整个结构均由较小钢管或角钢组成，节点采用螺栓或焊接连接，构件尺寸小、自重轻，制作、运输及防腐处理方便，但杆件种类和数量较多，现场拼装工作量较大，防腐维护费用高。人字柱钢结构是国内500kV变电构架中应用最为广泛的一种结构型式，该结构由人字形普通钢管构架柱和三角形断面格构式钢梁组成，梁柱采用铰接。构架柱弦杆和钢梁弦杆均采用普通钢管，柱、钢梁弦杆拼接接头采用刚性法兰，钢梁腹杆采用螺栓连接，安装、制作和运输较方便。2. 主要研究内容本设计以金昌750kV变电站为工程背景，针对该750kV变电站构架进行结构选型和优化设计。主要内容包括：（1）提出4个优化初步方案，然后和甘肃省电力设计院共同研究初步方案的可行性，确定2个优选方案进行优化工作。（2）对2个优选方案建立有限元分析模型，并对其进行优化设计，确定最终推荐方案，给出结构布置和构件尺寸，最后计算经济指标。具体方案是：（1）建立750kV变电站构架的格构式钢结构计算模型，分别采用普通（强度）钢材和高强钢材两种方案进行对比计算，对两种方案的钢构件应力比、结构位移、用钢量及造价进行对比分析。（2）建立750kV变电站的人字柱-三角形格构式梁钢结构构架计算模型，对人字柱构架的进出线构架柱和母线构架柱的根开尺寸和构件截面高度、进出线梁和母线梁的截面高度进行优化设计。结合格构式钢结构方案，对钢构件应力比、结构位移、用钢量及造价进行对比分析。（3）应用高强钢材建立750kV变电站的人字柱-三角形格构式梁钢结构构架模型，对比分析采用高强钢材和普通钢材两种情况下的构件应力比、结构位移、钢材用量和结构造价。（4）建立750kV变电站构架的钢管混凝土人字柱-三角形格构式梁构架结构计算模型，分析对比钢管混凝土柱和空钢管柱两种方案的构件应力比、结构位移、用钢量及造价。3. 结构计算软件目前，针对工程设计的有限元软件层出不穷，建模灵活性越来越好，计算精度越来越高。在我国的建筑设计领域，SAP2000，Midas，STAAD/CHINA，PMSAP等软件占据了大部分市场。MIDAS软件是1989年由韩国浦项制铁开发公司(POSCOE&C)集团的专门研究机构进行开发的，以2002年11月成立北京迈达斯技术有限公司为标志，MIDAS软件正式进入了中国。该软件针对土木工程结构，在分析像预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等的桥梁结构时有一定优势，也具有非线性边界分析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析和动力弹塑性分析等功能。但该软件开发时间较短，工程实例相对较少，其计算准确性的验证资料有限，在国际上也缺乏影响力。STAAD/CHINA软件是由1995年成立的阿依艾工程软件(大连)有限公司开发的，该软件拥有强大的三维图形建模与可视化前后处理功能，较适用大中型设计单位和承担大型钢结构建筑的加工与安装企业使用。可对钢、木、铝、混凝土等各种材料构成的框架、塔架、桁架、网架、悬索等各类结构进行线性、非线性静力、反应谱及时程反应分析。PMSAP是中国建筑科学研院建筑工程软件研究所开发的PKPM系列软件中的一个模块。PKPM是一个系列软件，除了建筑、结构、设备（给排水、采暖、通风空调、电气）设计于一体的集成化CAD系统以外，目前PKPM还有建筑概预算系列软件（钢筋计算、工程量计算、工程计价）、施工系列软件（投标系列、安全计算系列、施工技术系列）和施工企业信息化（目前全国很多特级资质的企业都在用PKPM的信息化系统）。PMSAP模块是针对复杂高层的分析和设计软件，但PKPM的层概念一直扣的很紧，不利于计算一些没有层概念的建筑，制约了软件系列运用的灵活性。另外，该软件在国际上的知名度也不高。与MIDAS、PMSAP、STAAD/CHINA等软件不同，SAP2000程序是由国际著名结构工程大师Edwards Wilson由20世纪70年代初开发完成的，该软件于80年代初进入中国。创始的SAP(Structure Analysis Program)程序一直不断发展，至今已经出现许多版本，SAP2000是这些新一代程序中最新也是最成熟的产品。SAP2000保持了原有产品的传统，具有完善、直观和灵活的界面，为在交通运输、工业、公共事业、运动和其它领域工作的工程师提供了优秀的分析引擎和设计工具。该软件符合我国建筑结构设计规范的要求，能够处理各种复杂的结构体系，可以更好地提升我国结构设计的效率和水平。该软件开发时间早，建模准确，计算的准确度高，是国际上公认的著名结构分析和设计软件之一。因此，本次优化计算软件采用SAP2000。4. 变电构架所受荷载类型及荷载组合本设计中变电构架承受的荷载主要包括结构自重、风荷载、温度作用、检修荷载、覆冰荷载等，采用kN、m、C国际单位制。各种荷载的符号及其说明如表1所示。挂线点示意图见附图1。表1 750kV构架设计荷载（kN、m、C）荷载符号荷载符号说明Gk结构自重及其他恒载效应标准值Wk大风气象条件下作用于构架上的风荷载效应标准值W10k对应风速为10m/s时作用于构架上的风荷载效应标准值D11k大风气象条件下导线荷载效应标准值，对应结构风压取WkD12k覆冰有风气象条件下导线荷载效应标准值，对应结构风压取W10kD13k最低温气象条件下的导线荷载效应标准值，对应结构风压取W10kt-40夏季安装，最低日平均气温运行，计算温差t=40Ct35夏季或冬季安装，最大风运行，计算温差t=35CD31k三相同时上人停电检修导线荷载效应标准值（仅考虑母线），对应结构风压取W10k变电构架的荷载组合分为承载能力极限状态组合和正常使用极限状态组合。承载能力极限状态组合用于可能导致结构破坏的构件和连接的强度、稳定等计算，应考虑荷载效应的基本组合。正常使用极限状态组合用于影响结构正常使用和耐久性的如构件的变形、裂缝等计算，应根据不同的设计要求，采用荷载效应的标准组合。承载能力极限状态组合如下：（1）大风工况：1.0Gk+1.3D11k+1.4Wk1.2Gk+1.3D11k+1.4Wk（2）覆冰有风工况：1.0Gk+1.3D12k+1.4W10k1.2Gk+1.3D12k+1.4W10k（3）温度作用工况：1.0Gk+1.3D13k+1.0t-40+1.4W10k1.2Gk+1.3D13k+1.0t-40+1.4W10k1.0Gk+t35+0.85(1.3D11k+1.4Wk)1.2Gk+t35+0.85(1.3D11k+1.4Wk)（4）检修工况1.0Gk+1.2D31k+1.4W10k(仅考虑母线)1.2Gk+1.2D31k+1.4W10k(仅考虑母线)（5）正常使用极限状态组合Gk+D11k+0.5Wk5. 变电站构架的格构式钢结构方案5.1格构式钢结构方案的计算模型格构式钢结构方案的整体计算模型见图1，进出线构架和母线构架的立面图分别见附图2和附图3。图1 750kV变电站构架格构式钢结构方案整体模型钢管格构柱采用矩形断面，弦杆和腹杆采用圆钢管，进出线构架柱的根开尺寸为2.50m7.54m，基础顶面到进出线梁底的距离为40.55m，进出线梁采用格构式矩形断面，高度和宽度均为2.50m。母线构架柱的根开尺寸为2.00m4.02m，基础顶面到母线梁底距离为26.30m，母线梁也采用格构式矩形断面，母线梁高度和宽度为2.0m和2.5m。进出线梁为沿X轴方向，母线梁为沿Y方向。进出线塔架的总高度为56.30m、母线塔架总高度为28.30m。进出线梁和母线梁的跨度分别为42.00m和41.00m。普通格构式钢结构方案所采用的主要材料的强度等级为Q235和Q345级，规格及尺寸见表2。表2普通钢管格构式塔架材料表构架类型进出线构架母线构架柱弦杆35112(Q345)、35110(Q345)、2738、15952198柱腹杆2457、1595、1805、835、1215、685、14051805、1145、685、895、1405、835梁弦杆21981467梁腹杆896835、735注：表中除注明外，其它均采用Q235级钢材。变电站构架柱和构架梁的弦杆采用法兰连接方式，因此在该模型中简化为固接形式；构架柱和构架梁内部的腹杆与弦杆连接采用铰接方式；构架梁和构架柱的连接采用铰接方式；构架柱的底部与基础相连的节点全部采用固接方式。5.2主要计算结果普通格构式钢结构方案的计算结果见表3。杆件应力比基本满足小于0.8的设计要求，柱顶位移和梁跨中挠度也满足规范的限值要求。表3钢管格构式构架的杆件应力比、构架柱和构架梁的位移 结果根开尺寸构件类型最大应力比及控制工况柱顶最大位移及限值（mm）梁跨中最大挠度及限值（mm）6m进出线构架柱柱弦杆0.818大风工况X向：9456300/200=281.5Y向：8756300/200=281.5桁架支撑0.826覆冰工况母线构架柱柱弦杆0.792大风工况X向：2528300/200=141.5Y向：2428300/150=188.7桁架支撑0.639大风工况进出线梁弦杆0.173大风工况竖向：2042000/300=140水平：1442000/300=140桁架支撑0.734大风工况母线梁弦杆0.11覆冰工况竖向：2441000/300=137水平：2041000/300=137桁架支撑0.597覆冰工况普通格构式钢结构方案的材料用量统计见表4。表4钢管格构柱构架材料统计（单位：t）材料强度等级用量Q235149Q34563合计2125.3采用高强钢材计算（1）计算模型本优化主要针对材料用量，主要钢材分别采用Q420、Q460、Q500、Q550的强度等级，并对截面进行优化计算。采用各种高强钢材时杆件的规格分别见表5表8。表5 Q420强度钢管格构式构架材料表构架类型进出线构架母线构架柱弦杆35112、35110、2456、14051806柱腹杆2196、1524.5、1594.5、833、1215、683、1404.51594.5、1144、683、893.5、1404.5、833梁弦杆18061404.5梁腹杆895833、63.53.5表6 Q460强度钢管格构式塔架材料表构架类型进出线构架母线构架柱弦杆35110、3257.5、2036、13351945柱腹杆2036、1464.5、833.5、1215、603、13351464.5、1144、603、894、1335、833.5梁弦杆19451214梁腹杆895833.5、683表7 Q500强度钢管格构式塔架材料表构架类型进出线构架母线构架柱弦杆35110、3257.5、1946、11441806柱腹杆2196、1405、1464.5、833.5、1215、503.5、13351464.5、1144、503.5、835、1335、833.5梁弦杆15251023.5梁腹杆895833.5、603表8 Q550强度钢管格构式塔架材料表构架类型进出线构架母线构架柱弦杆35110、3257.5、1945、9551945柱腹杆2196、1336、1524.5、833、1215、603、14051524.5、1024、603、895、1404.5、833、梁弦杆1525953.5梁腹杆895833、683（2）主要计算结果钢管格构柱构件的最大应力比及其控制工况计算结果见表9，构架柱顶位移和梁跨中位移计算结果见表10。表9 钢管格构柱最大应力比构架类型位置构件主要材料最大应力比最大应力比对应工况进出线构架构架柱柱弦杆Q4200.750大风工况Q4600.818大风工况Q5000.795大风工况Q5500.747大风工况柱腹杆Q4200.802温度工况Q4600.764温度、大风工况Q5000.786大风工况Q5500.763大风工况构架梁梁弦杆Q4200.133温度工况Q4600.105大风工况Q5000.089大风工况Q5500.082大风工况梁腹杆Q4200.715大风工况Q4600.750大风工况Q5000.753大风工况Q5500.749大风工况母线构架构架柱柱弦杆Q4200.779大风工况Q4600.752大风工况Q5000.776大风工况Q5500.725大风工况柱腹杆Q4200.643大风工况Q4600.628大风工况Q5000.692大风工况Q5500.81大风工况构架梁梁弦杆Q4200.135覆冰工况Q4600.066覆冰工况Q5000.061覆冰工况Q5500.059覆冰工况梁腹杆Q4200.694覆冰工况Q4600.578覆冰工况Q5000.547覆冰工况Q5500.645覆冰工况表10 构架位移（单位：mm）构架类型钢材柱顶位移梁跨中位移方向X方向Y方向水平竖向进出线构架Q4201181081813Q4601271161914Q5001361382115Q5501541502114母线构架Q42028383329Q46034403532Q50036384236Q55035423834梁容许挠度：进出线构架：L/300=42000/300=140mm，对于各种强度钢材均满足要求。母线构架：L/300=41000/300=137mm，对于各种强度钢材均满足要求。柱容许挠度：进出线构架：平面内H/200=56300/200=281.5mm，对于各种强度钢材均满足要求。母线构架：平面内（X方向）H/200=28300/200=141.5mm，对各种强度钢材均满足要求。平面外（Y方向）H/150=28300/150=188.7mm，对各种强度钢材均满足要求。（3）钢管格构柱构架材料和费用统计普通钢材的价格为8900元/t，高强度钢材的价格为14000元/t，钢管格构柱构架材料用量和费用见表8。表8高强钢钢管格构柱经济性能比较主要材料构架柱用钢量（t）柱费用（万元）柱费用节省矩形构架梁用钢量（t）梁费用（万元）梁费用节省总费用（万元）总费用节省百分比普通钢142.69126.99069.661.940188.930Q420117.58152.87-20%47.3765.68-6%218.55-16%Q460107.77140.04-10%44.361.381%201.42-7%Q500108.14140.56-11%39.8955.2011%195.76-4%Q550106.84138.74-9%38.9553.8913%192.63-2%注：节省百分比为钢材用量相对于普钢钢材用量的降低百分比；格构式柱与梁同时采用高强钢材。根据表8，采用高强钢材尽管可以减少钢材用量，但由于高强钢材价格较贵，因此，总费用均比普通钢材要高。Q460以上钢材的构架梁造价经济效益明显，这是因为构架梁的弦杆采用高强钢材后截面变小，经济效益显著，而总造价与普通钢材较为接近，如果考虑到高强钢材防腐性能好的特点，全寿命周期内包括维护费用的总造价可与普通钢材持平甚至优于普通钢材。因此推荐750kV变电构架钢结构材料选用Q460以上强度等级钢材。6. 变电站构架的人字柱钢结构方案6.1 人字柱钢结构方案的计算模型750kV变电构架可采用钢管人字柱结构方案和钢管格构柱结构方案。本研究对钢管人字柱方案和钢管格构柱方案进行了计算分析。在两种方案均满足结构强度、稳定及正常使用期间的变形要求情况下，对钢管人字柱方案分别采用普通钢材、高强钢材和采用钢管混凝土柱进行了优化分析。同时，对进出线梁和母线梁的结构形式和截面形式进行了优化。母线构架柱母线梁进出线构架柱进出线梁图2 750kV变电站构架人字柱钢结构方案整体模型6.2 钢管人字柱构架体系建模分析（1）普通钢材钢管人字柱构架体系钢管人字柱计算模型如图2所示，进出线构架和母线构架的立面图分别见附图4和附图5。人字柱弦杆采用变截面空钢管，进出线梁及母线梁均采用三角形截面，构架柱和构架梁的钢材分别为Q345和Q235。本计算模型中母线构架柱根开尺寸固定为4.50米不变，进出线构架柱根开尺寸分别采用6.00m、7.00m、8.00m、9.00m等4种方案进行计算和优化分析。各方案的进出线梁及母线梁均相同，为三角形等截面格构式钢梁，其杆件截面信息见表9。在满足结构强度、稳定及正常使用期间变形的条件下，各根开尺寸方案的构架柱截面杆件信息见表10。杆件应力比、构架柱和构架梁的位移信息见表11。各方案总用钢量的统计结果见表12。表9 构架梁杆件截面信息杆件梁上弦杆下弦杆腹杆进出线梁203102039L1258、L12510母线梁180101809L1258、L12510表10 各根开尺寸构架柱杆件截面信息杆件位置根开尺寸构架柱类型构架柱下段构架柱中段构架柱上段6m进出线构架柱880128001275012母线构架柱5001040010300107m进出线构架柱850128001275012母线构架柱4501035010300108m进出线构架柱800127501275012母线构架柱4001030010300109m进出线构架柱850128001275012母线构架柱400103001030010表11 各根开尺寸构架的杆件应力比、构架柱和构架梁的位移 结果根开尺寸构架类型最大应力比及控制工况柱顶位移（mm）梁跨中位移（mm）X方向Y方向水平竖向6m进出线构架柱0.797大风工况86139母线构架柱0.747大风工况3972进出线梁0.748覆冰工况2158母线梁0.614大风工况12517m进出线构架柱0.771大风工况9965 母线构架柱0.741大风工况7733进出线梁0.708覆冰工况2959母线梁0.566覆冰工况40408m进出线构架柱0.799大风工况8058母线构架柱0.720大风工况8483进出线梁0.703覆冰工况2740母线梁0.634大风工况38409m进出线构架柱0.742大风工况6146母线构架柱0.731大风工况2074进出线梁0.721覆冰工况2455母线梁0.574覆冰工况2840梁容许挠度：进出线构架：L/300=42000/300=140mm，各根开尺寸皆满足要求。母线构架：L/300=41000/300=137mm，各根开尺寸皆满足要求。柱容许挠度：进出线构架：平面内：H/200=40550/200=203mm，各根开尺寸皆满足要求。母线构架：平面内（X方向）H/200=26300/200=131.5mm，各根开尺寸皆满足要求。平面外（Y方向）H/150=26300/150=175.3mm，各根开尺寸皆满足要求。表12 不同跟开尺寸经济性能比较根开尺寸（m）构架柱用钢量（t）构架柱费用（万元）柱费用节省百分比构架梁用钢量（t）梁费用（万元）梁费用节省百分比总费用（万元）总费用节省百分比格构式142.69126.99069.661.940188.9306110.3898.2423%72.5164.53-4%162.7714%7108.6696.7124%72.5164.53-4%161.2415%8104.1492.6827%72.5164.53-4%157.2117%9108.4296.4924%72.5164.53-4%161.0215%注：节省钢材是指人字柱方案相对于格构式钢结构方案的钢材节省的百分比；钢材单价为8900元/吨。根据表12可知，随着根开尺寸的不同，构架柱的用钢量不同，根开尺寸越小，稳定性不好，需加大截面尺寸，而根开尺寸越大，构架柱越容易受弯，从上表中可以看出采用8m根开尺寸较好，从上表中还可以看出人字柱构架梁采用三角形形式比格构式构架梁采用矩形形式钢材用量增大，这是因为人字柱构架梁梁高都是2.4m，而格构柱构架中进出线梁梁高2.5m，母线梁高2.0m。总体来看，若以节约占地为控制目标，根开尺寸为6m的方案最优；若以节省用钢量为控制目标，则根开尺寸为8m的方案最优，其相对于格构式钢结构方案可节省钢材17%。若综合考虑节材和节地的因素，根开尺寸为7m的方案最优，既能节约占地，又能节省钢材费用14%。（2）高强钢材钢管人字柱构架体系高强钢材钢管人字柱同样采用如图2所示计算模型，人字柱采用空钢管变截面柱，进出线梁及母线梁均采用三角形截面。计算模型分别采用Q420、Q460、Q500、Q550等4种强度钢材的柱（不包括横撑）进行计算分析，本计算模型所采用的进出线构架柱根开尺寸为7.00米，母线构架柱根开尺寸为4.50米，简图如图2所示。各方案的进出线梁及母线梁均不变，为三角形等截面格构式钢梁，均采用普通钢材，杆件截面信息见表9；在满足结构强度、稳定及正常使用期间变形的条件下，各强度方案的构架柱截面杆件信息见表13；应力比、位移信息，结果见表14；用钢量及造价比较见表15。表13 各强度钢材构架柱杆件截面杆件位置钢材强度构架柱类型下段中段上段Q420进出线构架柱820127801072012母线构架柱400103001028012Q460进出线构架柱780127201068012母线构架柱380102801028010Q500进出线构架柱780127001065012母线构架柱350102801028010Q550进出线构架柱750126801065012母线构架柱300102801028010表14 应力比、位移信息 结果强度构架类型最大应力比及控制工况柱顶位移（mm）梁跨中位移（mm）X方向Y方向水平竖向Q420进出线构架柱0.820大风工况7579母线构架柱0.809大风工况4192进出线梁0.729覆冰工况2960母线梁0. 578覆冰工况5740Q460进出线构架柱0.826大风工况9965 母线构架柱0.789大风工况43117进出线梁0.738覆冰工况3060母线梁0.577覆冰工况1840Q500进出线构架柱0.804大风工况13584母线构架柱0.774大风工况44124进出线梁0.745覆冰工况3160母线梁0.556覆冰工况5240Q550进出线构架柱0.776大风工况13886母线构架柱0.758大风工况46130进出线梁0.747覆冰工况3160母线梁0.560覆冰工况5340梁容许挠度：进出线构架：L/300=42000/300=140mm，各根开尺寸皆满足要求。母线构架：L/300=41000/300=137mm，各根开尺寸皆满足要求。柱容许挠度：进出线构架：平面内：H/200=40550/200=203mm，各根开尺寸皆满足要求。母线构架：平面内（X方向）H/200=26300/200=131.5mm，各根开尺寸皆满足要求。平面外（Y方向）H/150=26300/150=175.3mm，各根开尺寸皆满足要求。表15 7m根开尺寸人字柱高强钢经济性能比较钢号构架柱用钢量（t）构架柱费用（万元）柱费用节省三角形构架梁用钢量（t）构架梁费用（万元）构架梁费用节省总费用（万元）总费用节省百分比普通钢108.6696.71072.5164.530161.240Q42097.57133.93-38%72.5164.530198.46-23%Q46092.34126.61-31%72.5164.530191.14-19%Q50089.89123.18-27%72.5164.530187.71-16%Q55087.54119.89-24%72.5164.530184.42-14%注：构架柱采用高强钢材，构架梁采用普通钢材。高强钢材单价为14000元/吨，普通钢材单价为8900元/吨。根据表15，如采用高强钢材人字柱构架体系，尽管可以节约钢材，但由于高强钢材价格较贵，总费用均比普通钢材要高。若考虑高强钢管的耐腐蚀特性，使用阶段的维护费用可得到降低，综合经济效益与普通钢材方案的差距可进一步缩小。（3）钢管混凝土人字柱构架体系根据钢管人字柱的优化结果，从节约占地和节省用钢量的角度出发，将钢管构架柱用钢管混凝土构架柱进行替换，分别对根开尺寸为6m、7m、8m的钢管混凝土人字柱构架体系进行建模计算分析，梁采用与钢管人字柱模型中相同的三角形等截面格构式钢梁，采用普通钢材，截面梁杆件截面信息见表10。构架柱和构架梁的钢材分别为Q345和Q235，混凝土强度等级为C30。在满足结构强度、稳定及正常使用期间变形的条件下，各根开尺寸方案的构架柱截面杆件见表16。杆件应力比、构架柱和构架梁的位移见表17。各方案总用钢量的统计结果见表1820。表16构架柱杆件截面杆件位置根开尺寸构架柱类型下段中段上段6m进出线构架柱750127001065010母线构架柱5001040010300107m进出线构架柱750870086508母线构架柱4008350835088m进出线构架柱750868086508母线构架柱350835083508表17 应力比、位移 结果位置构架类型最大应力比及控制工况柱顶位移（mm）梁跨中位移（mm）X方向Y方向水平竖向6m进出线构架柱0.797大风工况5343母线构架柱0.747大风工况2061进出线梁0.748覆冰工况2355母线梁0.614大风工况45407m进出线构架柱0.809大风工况4238母线构架柱0.687大风工况1662进出线梁0.797覆冰工况2435母线梁0.525覆冰工况36408m进出线构架柱0.802大风工况3334母线构架柱0.711大风工况1262进出线梁0.681覆冰工况2460母线梁0.512覆冰工况3540梁容许挠度：进出线构架：L/300=42000/300=140mm，各根开尺寸皆满足要求。母线构架：L/300=41000/300=137mm，各根开尺寸皆满足要求。柱容许挠度：进出线构架：平面内H/200=40550/200=203mm，各根开尺寸皆满足要求。母线构架：平面内（X方向）H/200=26300/200=131.5mm，各根开尺寸皆满足要求。平面外（Y方向）H/150=26300/150=175.3mm，各根开尺寸皆满足要求。表18 格构柱和6m、7m、8m根开人字柱钢管混凝土经济性能比较结构形式构架柱用钢量（t）柱费用（万元）柱费用节省百分比构架梁用钢量（t）梁费用（万元）梁费用节省百分比总费用（万元）总费用节省百分比格构式钢管142.69126.99069.661.940188.9306m根开人字柱纯钢管110.3898.2422%72.5164.53-4%162.7714%人字柱钢混88.590.4229%72.5164.53-4%156814018%7m根开人字柱纯钢管108.6696.7124%72.5164.53-4%161.2415%人字柱钢混74.1377.4539%72.5164.530140285725%8m根开人字柱纯钢管104.1492.6827%72.5164.53-4%157.2117%人字柱钢混68.6572.1843%72.5164.53-4%135017528%注：普通强度钢材单价为8900元/吨，钢管混凝土中混凝土考虑材料、施工的工料费用总计为750元/立方米。根据上述分析得，构架柱采用钢管混凝土后显著的节约了材料用量，8m根开尺寸下的钢管混凝土柱节约造价43%。总体来看，若以节约占地为控制目标，根开尺寸为6m的钢管混凝土柱方案最优；若以节省用钢量为控制目标，则根开尺寸为8m的钢管混凝土柱方案最优，其相对于格构式钢结构方案可节省费用28.0%。若综合考虑节材和节地的因素，根开尺寸为7m的方案最优，既能节约占地，又能节省费用25%。7. 计算结果汇总表8高强钢钢管格构柱经济性能比较主要材料构架柱用钢量（t）柱费用（万元）柱费用节省矩形构架梁用钢量（t）梁费用（万元）梁费用节省总费用（万元）总费用节省百分比普通钢142.69126.99069.661.940188.930Q420117.58152.87-20%47.3765.68-6%218.55-16%Q460107.77140.04-10%44.361.381%201.42-7%Q500108.14140.56-11%39.8955.2011%195.76-4%Q550106.84138.74-9%38.9553.8913%192.63-2%表12 不同