浅谈高压线塔架结构设计要点

浅谈高压线塔架结构设计要点

摘要：铁塔通常是用金属材料轧制成的型钢和钢板做基本构件，采用焊接或螺栓连接等方法，按照一定结构组成规则连接起来的钢结构构件。在电力输送环节起着重要的作用，本文从塔架的外形尺寸、荷载标准、基础设计等方面对输电塔架的设计要点进行了简要论述。 关键词：塔架结构；尺寸；荷载；基础 1引言 一条送电线路由发电厂开始，到用电单位结束，中间要穿越村庄、农田、森林和高山，跨越河流、公路、铁路等，塔架结构作为送电线路的重要组成部分，起着支撑和架空电力线的作用。在送电线路工程中，高压和超高压送电线路工程，是国家经济建设的生命线工程，线路中的高压线塔架结构担负着架空电力线的重任，不言而喻其作用是极其重要的。 铁塔具有强度高、重量轻、制造简单等优点，因此，在电网中起骨干作用的重要干线，输送负载容量较大的线路（500KV以上的超高压线路）和运输不方便、地形较复杂以及跨越塔、大转角塔、耐张塔一般采用铁塔。 2高压线铁塔塔身结构设计 2.1塔架外形尺寸的确定 塔架外形尺寸主要包括塔架呼称高、横担长度、上下横担的垂直距离、地线支架高度、双地线挂点之间水平距离等。塔架用来支持导线和地线，其外形尺寸主要取决于导线地线电气方面的因素。如导线对地、对交叉跨越物的空气间隙距离，导线之间、导线与地线之间的空气间隙距离，导线与塔杆部分的空气间隙距离，地线对边导线的防雷保护角，双地线对中导线的防雷保护，考虑带电检修带电体与地电位人员的空气间隙距离等。 塔架的呼称高是指塔架下横担下缘到设计地面的垂直距离，其数值的确定主要考虑导线与地面、建筑物、树木、铁路、河流、管道、索道、各电压等级的电力线路的安全距离的要求。 2.2塔架荷载设计 2.2.1荷载分类 塔架的荷载主要分为三类，即可变荷载、永久荷载和特殊荷载。可变荷载主要包括:导线及地线，绝缘子及附件和结构构件与塔杆上的各种固定设备等重力荷载；永久荷载主要包括：风和冰雪荷载，导线与地线张力，安装检修的各种附加荷载，结构变形引起的次生荷载以及各种振动力荷载。特殊荷载指地震引起的地震荷载，以及在山区或特殊地形地段，由于不均匀结冰所引起的不平衡张力的荷载。 作用于塔架上的荷载按其作用方向分为垂直荷载、横向荷载、纵向荷载。垂直荷载就是指垂直于地面方向作用的荷载，如作用于塔架上的所有重力荷载。横向荷载是指顺横担方向作用的水平荷载，如塔架、电线风荷载的横向分量，电线转角张力的横向分力等。纵向荷载是指垂直于横担方向的水平荷载，如断线张力、锚线及紧线张力等得纵向分力。 2.2.2荷载的设计组合基本原则 作用在塔架上的荷载很多，这些荷载不是同时出现的。因此，各类塔架在设计计算时，必须考虑各种不同荷载的组合，并乘以相应的荷载组合系数。按照《规程》规定应考虑线路的运行情况（正常荷载组合）、断线情况（断线荷载组合）、安装情况（安装荷载组合）、特殊情况（特殊荷载组合）四种荷载组合形式进行塔架的强度，稳定及变形计算。 计算塔架风荷载时，考虑可能风向，即0度、45度、60度、90度。这些风向是以横担垂直方向作为参考坐标轴度量的。可以看出，0度风是与纵向荷载方向一致的，而90度风是与横向荷载方向一致的。应注意，每一个风向是有正反两个可能方向的，计算时应考虑不利风向和情况。 2.2.3铁塔架构布置 特塔主材：主材坡度，一般塔头部分小一些，从下横担至腿部坡度取大一些，有时为了减轻基础作用力，适应软弱地基要求，

而将塔腿部分坡度取更大一些，但一个塔的主材坡度变化应尽量少，主材的坡度一般取1/6至1/10。

为了使节间主材应力得到充分利用，节省节点板材料。主材节间与斜材布置应该相协调。各主材节间可布置成不等距，斜材与主材交点在塔身正、侧面错开。

主材与主材接头宜采用对接内外包钢，以避免偏心受力，并保证与主材等强。如需采用外包钢，外包钢的肢宽比主材自身应大一级。

铁塔斜材：塔身斜材一般多采用单斜材、双斜材（又称交叉斜材）和K型斜材三种。单斜材适用于塔身较窄受力较小的塔型。叉型斜材适用于塔身较宽和受力较大的塔型。K型斜材只在塔身很宽，而受力又比较大，有要求具备较大刚度的塔型中使用。 横隔面：对窄基塔，采用单横隔材。对宽基塔，采用交叉横隔材。当塔身很宽时，一般采用十字型加方型的结构，，这样可以减小横隔材的长细比。

斜材的布置应注意使主斜材受力都能充分发挥，可从各节间控制构件的长细比，利用铁塔正、侧面斜材的不同布局取得应满足应力的设计效果，这要求设计人员反复调整，以求最优方案。 3.塔架基础设计 3.1塔架基础形式

塔架基础应根据塔架形式、地形、工程地质、水文、施工及运输等条件，综合考虑确定。送电线路基础的类型按其施工特点和承载力特性大致可分为六类，即大开挖基础类、掏挖扩底基础类、爆扩桩基础类、岩石铺桩基础类、钻孔灌注桩基础类、倾覆基础类。

3.2埋深影响因素

塔架的基础埋深对塔架的安全运行、施工进度和工程造价等均有很大影响，设计时应考虑以下几个因素：①作用于地基上的荷载大小②水文地质条件③基础形式④季节性冻土地基的冻胀和融陷 3.3地基压力计算

地基压力是指基础传递给地基持力层顶面处的压力。地基压力是分布力，他取决于地基与底板的相对刚度，荷载大小，基础埋深和土的性质等多种因素。塔架基础底板，无论是刚性底板还是柔性的，它的刚度均大大超过地基土的刚度，因此可把它看做绝对刚体。理论和实验证明，基础受轴心压力作用时，基础底面下的地基压力分布呈非线性，且随荷重大小、土的性质和基础埋深等因素不同呈不同的压力图形，实际工程中，一般采用简化的线性地基压力分布图形进行计算。计算时要分清是轴心荷载作用、单向偏心荷载作用还是双向偏心荷载作用。一系列的计算之后，一定要进行地基强度验算与地基变形计算，对沉降量和稳定性要有相应的应对措施。 4结语

在送电线路工程中，高压和超高压送电线路工程，是非常重要的生命线工程，线路中的高压线塔架结构担负着架空电力线的重任，所以在设计建造时，我们的设计人员一定要全面合理的考虑各方面的因素，确保塔架结构的安全、稳定的运行。 参考文献

[1]陈祥和，田启华.输电杆塔设计.[M].中国三峡出版社.2000.10

[2]刘树棠.输电杆塔结构及其基础设计.[M].中国水利水电出版社.2006.07

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