8-变电构架分析与设计

8. 变电构架分析与设计

8.1 概要(编号修改，下同)

该例题通过一个常见的多跨变电构架模型，介绍了使用midas Gen 建立该类钢结构模型的大体步骤和关键部位的模拟方法，演示建模过程思路、空间风荷载自动施加、刚性连接等功能的使用技巧和方法，并对钢结构设计部分，参数定义注意事项做了简要说明。

例题的步骤如下：

1.变电构架资料及计算简图

2.建立几何模型

3.添加约束条件

4.添加荷载

5.分析及添加荷载组合

6.查看内力

7.设计要点

8.1.1变电构架资料及计算简图（数据仅供参考）

某四榀变电构架，单榀构架两侧设置避雷针和端桩。结构模型及尺寸如图1-图3所示。考虑风荷载、地震荷载及导线站内和出线张力影响。地震分组：2组，烈度：8度（0.2g）、场地：3类场地。

图1 四榀构架三维图

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图2 单榀构架正立面图

图3 单榀构架正立面杆件示意图

本例题，具体参数如下：

（1）材料：Q235 ；

（2）杆件规格：弦杆-P152X9 桁架水平横杆-L75X6 桁架水平支撑-L75X6 竖向斜杆：L80X7 竖向端部杆：L90X8 竖向端部斜杆：L125X8

竖向竖杆：L90X8 架构柱：P400X8 端柱：P400X8

柱水平支撑：L125X10 地线柱：P400X10 避雷针一段：P180X5 避雷针二段：P50X3

8.1.2建立几何模型

此类模型在Gen中建模时思路非常重要，一个好的建模思路，能达到事半功倍的效果。充分了解模型特点，利用建模助手、复制移动、镜像功能便捷建模。可以先建立一榀构架，再利用建好的一榀构架去镜像和复制出整体模型，主要步骤如下：

1)建立材料和截面

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Gen中可以定义常规的角钢、工字型钢和钢管等一般截面类型，也可以考虑SRC和钢管混凝土等截面类型，还可以自定义任意截面类型，包括变电构架常见的格构式截面等。

主菜单选择特性->材料->材料特性值

特性->截面->截面特性值

材料号：1，名称：Q235，规范GB12（s），数据库：Q235，材料类型：各向同性

截面数据：具体定义见图4。

图4截面定义

任意截面的定义在主菜单工具->生成器->截面特性生成器，定义并计算截面后，在“截面数据”中的“数值”中导入sec文件，如图5所示。

图5 任意截面导入

2)建立一榀构架

一榀构架的建立在Gen中有多种方法，这里介绍两种方法，法一为一般建模方法，即通用

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方法，可增加对Gen 建模功能的多方面了解。法二使用建模助手，为便捷方法，体现此类构架的建模优势。用户在使用时，任选一种建模方式即可。

法一：

将整体坐标XZ 平面定义为用户坐标XY 平面，直接在XY 平面内通过点格捕捉或扩展功能建立平面桁架，再通过移动下弦杆件和空间捕捉节点建立空间构架。 关键步骤如下：

（1） 主菜单选择结构->坐标系/平面->UCS ->XZ 平面。定义xy 用户坐标(UCS)在整体坐标

中的坐标原点、旋转角度、勾选激活UCS 平面和修改视角，如图6所示。确认后，界面如图7所示(关注红色框)。

图6 UCS 定义

图7 xy 平面的UCS 坐标界面

（2） 直接在UCS-xy 平面利用栅格点捕捉建立上下弦杆和腹杆，点击

；或者利用点扩

展成线的方式，同样可以建立，单元->扩展->“节点->线”，建好的模型如图8所示。

注：

绝大多数实际结构的平面和立面是比较复杂的，但即使多么复杂的平面和立面也都是由规则的几何体组成的。因此用户可以为各几何体分别建立用户坐标系，在各自的坐标系上分别建模。用户坐标系是快速建立复杂模型的有效手段。

Gen 中栅格捕捉必须在XY 平面内，所以可以通过定义用户坐标UCS X-Y 平面与栅格点合作，建立高效的建模环境，当然必须选择正确的视图，例如，将GCS X-Z 定义为UCS X-Y ，需在前视图中进行。

此例题也可直接将图8桁架所在平面直接定义为UCS X-Y 去处理。

更详细的了解，见软件帮助目录

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注：

对话框和工作目录树的转

换可通过转换

图8 平面桁架

（3）将UCS切换到全局坐标GCS，视图->格栅/捕捉->UCS /GCS；在GCS中，移动下弦杆节点到相应位置，节点/单元->节点->复制移动，如图9所示。

图9移动下弦节点

（4）镜像图9桁架，建立另一半对称桁架；节点/单元->单元->镜像，如图10所示半榀构架

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注：

镜像时，注意是否勾选“镜像

Beta角”和“反转单元坐标

系”，两者的判断与用户施加

荷载的方向有关，可点击，

单元->单元局部坐标方向，查

看具定义的单元坐标系

图10 镜像形成半榀构架

（5）在窗口中捕捉相应节点，在下弦平面建立水平支撑；并复制节点形成边跨桁架和柱子的顶点，如图11所示。

图11 半榀构架

（6）扩展单元（节点->线的方式）形成短柱、架构柱和避雷针，如图12所示。

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图12 半跨构架

（7） 同理镜像单元，形成一跨构架，如图13所示。

图13一跨构架

法二：

主菜单选择 结构->建模助手->基本结构->桁架，建立半榀桁架，如图14、图15，半榀桁架到一榀构架的建立可参考法一。

图14 桁架建模助手

注：

此时的扩展，可通过任意间距和任意方向实现，方向向量可通过设计位置确定

注：

桁架建模助手可方便快捷的建立平面桁架，通过alpha 、beta 、gamma （分别绕整体坐标系X 轴、Y 轴和Z 轴的旋转）的定义，可将桁架放置在任意面内，同时可以考虑释放梁端约束

（建模助手中上弦和下弦采用梁单元模拟，腹杆采用桁架单元模拟， 因而对上下弦可释放梁端约束。