(中国能源建设集团天津电力设计院有限公司 天津市 300000)
摘要：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。鉴于此，本文对架空输电线路铁塔结构设计优化进行了分析探讨，仅供参考。
关键词：架空输电线路；铁塔结构设计；优化
一、铁塔整体结构分析
输电线路工程中，电气专业将铁塔塔型选定、明确之后，让铁塔既满足电气要求，又在结构方面安全、可靠的前提下，使得塔重最轻、外型美观、运行维护方便是铁塔结构优化的主要目标。要实现上述目标，铁塔需在满足构造要求的前提下结合外荷载特点进行优化，使铁塔各部件受力清晰、传力直接、节点处理简单、布材满足其受力特点。
二、铁塔结构设计原则
为使铁塔在满足工程实际使用条件的前提下， 满足塔重最轻、外型美观、运行维护方便等目的，首先得使铁塔在满足构造要求的前提下， 结合外荷载特点使得铁塔各部件受力清晰、传力直接、节点处理简单、布材满足其受力特点。铁塔设计应遵循“安全、合理、经济”的原则，主要体现在如下几点：（ 1 ）保证铁塔的强度、稳定性和必要的刚度以及今后的安全；（ 2 ）降低钢材耗量；（ 3 ）构件的布置合理、结构形式简洁，传力路线直接、简短、清晰；（ 4 ）合理划分部件和节间，充分发挥构件的承载潜能，优化节点。
三、架空输电线路铁塔结构设计优化
1、窄基铁塔的结构设计
(1) 可以将窄基铁塔的塔头区域设置为垂直的形式，对口宽进行固定，塔身开始逐渐起坡，其铁塔的整体高度与底部的宽度参数设置一致，不考虑输电线路回路数量划分的影响；铁塔横担具有良好的通用性，铁塔中所设置的横担数量要根据架空输电线路中实际的回路数量进行有针对性的设计。(2) 铁塔塔身与塔头均按照要求设置一定的通用坡度，铁塔的总高度与铁塔的上口和底部宽度保持一致；横担设置成固定形式不进行通用设计，根据导线的数量可以分为单导线回路和双导线回路两种不同的形式。
2、重视铁塔基础的细节检查
要想保证整个的工程质量， 除了采取科学合理的设计方法，选用适合设计类型外，还必须充分关注到每个基础设计存在的一些细节方面的问题，有效的查缺补漏，促进整个工程设计的完善。例如，在实际的铁塔基础设计过程中要仔细地查看在对地基的承载力计算时， 实际的数值是否控制达到了的80% 以内的；对地基的对上层的荷载能力是否进行了充分的测试，是否充分考虑到了地基的沉降问题；对基础结构的设计是否充分考虑到了的结构整体的稳固性而对地基进行了良好的加固处理，避免出现地基变形等严重问题；在基础设计过程中还必须提高实地勘察的质量，真正做到前期的工程设计与实际的工程施工有充分的一致性。
3、铁塔的根开和塔身口宽的设计
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。
4、铁塔塔身坡度优化
对有相同斜材形式的铁塔身部而言，能够对其主材和斜材产生直接作用的是塔身坡度的变化。坡度是由塔身高度、塔身瓶口宽度和塔脚根开这三个独立的变量确定的，即为（塔脚根开－塔身瓶口宽度）/塔身高度。当塔头形式和呼高确定后，塔身就是一定值，这时塔身坡度就由塔身瓶口宽度和塔脚根开来确定。塔脚根开与塔身瓶口宽度的差值越大，塔身坡度越大；塔脚根开与瓶口宽度的差值越小，相应的塔身坡度越小。在塔身变坡处宽度一定的情况下，塔身坡度的优化实际上就是铁塔根开的优化，铁塔根开的大小会控制塔身主材，进而影响整基塔的重量，同时还会对基础作用力的大小产生较大的影响。塔身坡度越小，铁塔斜材越短。同时，斜材受力也越小，斜材重量将会减轻，但铁塔主材内力将加大，主材规格就越大，根据计算，铁塔主材一般要占整个塔重的40%左右，主材的大小对塔重的影响最大，因此，坡度越小塔重反而会增加。反之，塔身坡度越大，根开就越大，塔身主材内力就越小，主材规格就相应减小，但此时，铁塔斜材长度会增长，内力随之而增大，斜材规格将会急剧增加，斜材基本受长细比控制，很明显，也是不经济合理的。
塔身坡度、铁塔整体的安全稳定以及铁塔重量，三者是相辅相成的，不断变化的，需要反复设计计算，找到三者的契合点。其中，塔身瓶口宽度尺寸一般来说可调节范围较小，但是其甚至影响到整个铁塔的刚度、塔头的稳定性和全塔的重量。
5、适当降低架空输电线路铁塔接地电阻
在架空输电线路铁塔的高压输电线路中，其接地线路的电阻大小与线路的耐雷水平呈反相关的关系，所以，为了尽可能的提升高压输电线路的耐雷程度，在进行架空输电线路铁塔的基础设计时，要充分考虑各个基杆塔处土壤电阻率的平均值，进行有针对性的设计，进而对杆塔的接地电阻大小进行有效的控制。在对铁塔基础设计进行优化的过程中，可以采取的有效处理措施如下所示：
1) 当铁塔杆塔所处的位置处，其周边能够进行有效的水平放设，那么要充分结合实际情况采取水平外延接地的对策。通过这样的优化设计，不仅能够有效地控制冲击性接地电阻的大小，而且还能对工频接地电阻进行有效的降低。2) 要结合所选用铁塔结构的基本情况，可以将接地极的埋设深度进行适当的增加，根据就地原则的要求可以适当增加垂直接地极的数量。3) 当铁塔杆塔位置处的地质条件比较特殊，导致土壤电阻率水平受到严重的影响，则可以在铁塔的基础设计中采取有效的处理措施，向土壤中加入适量的木炭以及酸、碱性物质等，进而有效地改善土壤的电阻率水平。
结束语
本文对架空输电线路铁塔塔型和结构设计进行了比较深入的分析研究，在此基础上，探讨了架空输电线路铁塔结构设计的优化措施，对从事架空输电线路铁塔结构设计工作的技术人员具有一定的借鉴意义。
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论文作者:王占辉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/12
标签：铁塔论文; 坡度论文; 线路论文; 基础论文; 结构设计论文; 宽度论文; 越小论文; 《电力设备》2017年第30期论文;