（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司 030001）
摘要：电力事业是我国国民经济的重要支柱产业，它的稳定健康发展造福着人类，而高压输电线路铁塔是电力系统传输的主要工具，随着国内电力行业的迅速发展，铁塔的需求量也与日俱增中。因此电力行业的如何优化铁塔结构设计在电力系统建设中显得尤其的重要，本文从输电线路铁塔塔型设计出发，探讨了输电线路铁塔结构设计要点及注意事项。
关键词：高压输电线路；铁塔结构；设计
1输电线路铁塔塔型设计
在对输电线路铁塔进行内力分析时，可以将铁塔杆系节点看作成铰接点，进而进行有效的内力分析。由于架空输电线路铁塔的工作环境一般较为复杂，为了确保铁塔能够顺利的进行有效的工作，要对铁塔的塔型进行技术经济分析，优选最适宜的塔型。输电线路铁塔塔型的选择要充分考虑输电线的导线型号、铁塔的工作环境以及线路的敷设路径等因素，根据铁塔所承受的机械外负荷条件进行塔型的计算和设计工作，进而确保铁塔结构的刚度、强度、稳定性等满足实际工作的要求。此外，铁塔塔型的选择还要对铁塔的施工条件、施工技术以及维修的便捷性等影响因素进行充分的考虑。
根据铁塔底部宽度的不同，可以将输电线路的铁塔分为：窄基铁塔和宽基铁塔两种类型。其中，窄基铁塔的底部宽度与塔体的高度之比介于 1/14~1/12 之间，而宽基铁塔的底部宽度相对较大，其比值介于 1/6~1/4 之间。窄基铁塔的底部宽度相对较小，在同样的塔高条件下，其主材所承受的各种作用力相对较大，为了确保塔体的安全性，对主材的要求相对较高，该种类型的铁塔设计主要用于档距较小的铁塔之中，其挡距要小于 100m；而宽基铁塔其底部宽度较大，能够将铁塔的作用力进行有效的分解，其主材所受到的作用力相对较小，该种类型的铁塔设计主要用于档距较大的铁塔之中，其档距不小于 100m。
2 设计要点及注意事项
2.1 铁塔的根开和塔身口宽的设计
塔身口宽和铁塔根开取值与塔身坡度的变化相互关联，对铁塔的整体刚度和塔重的变化影响巨，所以选择最佳的塔身口宽和根开尺寸是优化铁塔设计关键环节之一。此外，塔身坡度的大小关系到基础作用力以及铁塔建成后的占地范围，塔身坡度越小，占地范围越小，但基础作用力越大；塔身坡度越大，基础作用力就越小，但占地范围变大。因此，在确定的一个使用条件下，存在一个合适的塔身上下口尺寸和坡度范围，在这一范围内，铁塔的材料耗量最低，由于上口受电气间隙的限制，可调整的范围不大，在满足电气间隙的条件下，小范围调整上口尺寸，较大范围的调整下口尺寸，对塔身坡度和根开进行多方案组合优化，在保证铁塔整体强度和刚度的条件下，计算出最合理的坡度和根开。以某工程的转角塔 J30102B2 为例，从表 1 可知，该塔最佳的塔身上口宽 4.5m，对应其口宽下的铁塔双面坡度取值应为 0.13 左右时，耗钢指标较优。铁塔塔身主材的坡度一般控制在 0.1～0.16 范围内，当铁塔的高度超过一定高度时，采用一个坡度会引起铁塔的身部变宽，增加铁塔耗材，此时可以在塔身部份进行适当分段，改变身段的坡度，但要求下段塔身坡度应比上段的坡度缓，塔腿段坡度应最缓，如此调整既有利于增加整个铁塔的刚度和强度，又不增加铁塔的基础作用力，甚至可以减小基础作用力。因过多的变坡会增加铁塔在坡度衔接处的构造复杂性，加大了塔厂的加工难度以及施工现场安装难度，根据多方施工及塔厂建议，一般铁塔的坡度不宜多于 3 种。
表 1J30102B2 口宽和坡度优化比较结果
注：①表中塔重为 45.0m 呼高的计算塔重（t）；②表中坡度为铁塔正、侧面的塔身坡度。
2.2 节间计算长度的设计
当外荷载一定时，构件计算长度确定合适与否会严重影响其截面的选择，直接影响塔重。塔身主材节间布置的合理化，可充分发挥构件的承载潜能。结合斜材对水平面的夹角，并考虑到主材计算长度的因素，采取不等长节间，使主、斜材受力合理，各段主材受力程度均匀。最佳的构件计算长度就是构件的强度与稳定相当时的计算长度，相应长细比为主材最佳长细比。轴心受压的主材，其计算长度容易达到这个要求；但偏心受力的斜材在铁塔身部尺寸较大时，其距离也大，要斜材的强度与其稳定相当，则需增加较多的辅助材，且因构件增多，导致铁塔布置密集，增加了挡风面积，引起外荷载增加，导致铁塔重量反而加大，因此，偏心受力的斜材较难达到要求，须经过多次计算比对。根据对J30102B2 塔详细计算比较，一般角钢主材的长细比最佳值为40～50。
2.3 塔身斜材布置
塔身斜材常用的布置型式有：倒“K”型、交叉式、正“K”型布置，目前铁塔设计均采用几种型式组合布置，有效避免了采用单一型式时斜材同时受压的情况发生，同时可以使斜材拉压受力，充分利用拉压系统的受力特性（拉杆对压杆的稳定计算起支撑作用），减小斜材规格，降低铁塔耗材。根据第 2 点论述，交叉斜材通常须增加辅助材，以加强其刚度和稳定性，为充分利用主材的计算长度，最大程度提高塔身斜材承载力，同时满足铁塔刚度和稳定性要求，避免出现过大的长细比和支撑角度，按铁塔不同高度的口宽，推荐采用以下如图 1 五种型式。
图 1 塔身辅助材布置
因塔身斜材与水平面的夹角 α 的大小直接决定了斜材的受力大小，α 越大，所需的斜材数量越少，单个斜材受力就越大，斜材规格也越大；α 越小，所需斜材数量就越多，单个斜材受力就越小，但斜材规格也越小。根据对 J30102B2 塔详细计算比较，参照以往的工程经验，斜材与水平面的夹角 α 在 35～45°范 围时，设计的铁塔耗材最为经济合理。
2.4 关于塔身隔面
按照《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154-2012）中对铁塔的构造 要求：“在铁塔塔身变坡处、直接受扭力的断面处、塔顶及塔腿顶部断面处必须设置横隔面；在塔身坡度不变段内，横隔面设置的间距一般不大于平均宽度的 5 倍，也不宜大于 4 个主材分段。”当塔身断面尺寸较小时，可采用简单的十字交叉形式；反之尺寸较大时，应尽量减小构件的计算长度，减小构件规格，以达到降低横隔面的重量。
2.5 节点构造设计
节点构造设计是铁塔设计的关键环节之一，其直接影响到铁塔各连接构件承载力设计值与实际承载力是否相符，只有把握和解决好这一环节，才能使铁塔更为经济、合理以及安全可靠，对整个线路长期稳定地运行有着重要意义。因此设计人员不光要加强总体的把握，还要着重于细节的处理。在铁塔设计中过程中，对节点连接遵循以下几点原则：
（1）相互连接的构件夹角不宜太小，构件的负端距不宜过大；
（2）塔身斜材与主材的连接，可采用多准线法，最大可能使斜材与主材直接连接，取消节点板；
（3）尽量减少杆件偏心连接，降低偏心弯矩对杆件承载力的不利影响；
（4）通过不同的主斜材连接形式，来改变斜材的端部约束条件，减小长细比修正系数；
（5）双面连接的构件件避免螺栓对钉布置，以 减少构件的断面损失；
（6）根据节间长度需求，合理调整构件长度，减 少构件接头的包铁使用量，进一步降低塔材耗量。
3 结语
综上所述，在电力线路工程中，高压输电线路中的铁塔是重要组成部分之一，由于经济发展以及自然环境变化，要坚持因地制宜和因时制宜的原则，采取措施提高其设计水平，推动现代电力建设的规范化和不断发展。
参考文献：
[1]《架空送电线路杆塔结构设计技术规定 》（DL/T5154-2012）.
[2]《110～750k V 架空输电线路设计规范 》（GB50545-2010）.
[3]《电力工程高压送电线路设计手册 》.中国电力出版社.
[4]王 运华.浅析高压输电线路 铁塔结构设计研究 [J].工 业设计，2012（02）.
[5]王峥，底尚尚.基于当代高压输电线路铁塔结构设计的几点分析[J].建材发展导向，2013（14）.
论文作者:康挺挺
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/18
标签：铁塔论文; 坡度论文; 构件论文; 线路论文; 作用力论文; 主材论文; 长度论文; 《电力设备》2017年第31期论文;