电力线路铁塔结构设计的现状和优化措施

黑文豪

（中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 湖南长沙 410007）

电力线路铁塔结构设计的现状和优化措施

黑文豪

（中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 湖南长沙 410007）

现如今，电网建设规模逐渐扩大，输电线路作为电网中十分重要的组成部分，是工农业发展的关键。输电线路施工环境具有一定的特殊性，因此，为了保证工程建设进度和施工质量，需要做好相应的优化设计。对此，本文将以输电线路铁塔结构设计作为研究对象，对铁塔结构设计中存在的问题以及具体的优化对策进行详细探究，以保障工程建设的顺利进行。

线路；铁塔结构；优化设计

1 引言

随着社会经济的快速发展，各个行业领域对于电能的需求量持续增加，用电负荷也在不断提升。与此同时，输电线路假设线路走廊宽度越来越小，交叉跨越现象逐渐增加，跨越高度也越来越大。因此，优化输电线路铁塔结构设计至关重要。

2 输电线路铁塔结构设计原则

输电线路铁塔是实现电网电力供应以及电力输送的关键，铁塔分布在各个电力系统的干线以及分支线路中，在电网输送方面发挥着十分重要的作用。为了有效提升电网电力输送系统的安全性和稳定性，必须采取有效措施优化输电线路铁塔结构设计，提升其安全性。由此可见，在电力输送系统中，电力铁塔发挥着十分关键的作用，因此，在铁塔结构设计方面，应该坚持结构设计高标准，而这也是设计人员的工作难点，如何坚持因地制宜，对电力铁塔结构进行优化设计是铁塔结构设计的重点和难点。在铁塔结构设计过程中，设计人员必须坚持一定的设计原则进行设计，坚持有证可循，这样才能够确保产品设计具有较高的说服力，提升铁塔结构设计科学性和合理性。具体而言，在输电线路铁塔结构设计过程中，应该坚持以下几点：

（1）在输电线路铁塔结构设计过程中，需要合理设置绝缘配置，这样才能够保证输电线路运行的安全性和可靠性。

（2）在输电线路铁塔结构设计过程中，还需要综合考虑当地气象条件，根据气象条件采用不同的输电线路级别，仔细衡量气象条件重现期，然后合理确定气象条件取值。

（3）在输电线路铁塔结构设计过程中，还需要考虑铁塔结构的防雷性。随着地线平均高度的不断增加，输电线路受到雷击影响的次数也会逐渐增多，因此需要结合实际情况合理确定铁塔高度。

（4）地线的安全系数设计也是输电线路铁塔结构设计的重要内容，地线的安全系数取值会直接影响导线的实际运行情况，而且还会关系到荷载程度。

（5）在输电线路铁塔结构设计过程中，施工材料、安装工序以及施工方法也会在很大程度上影响输电线路铁塔的安全状况，因此，必须在确保输电线路安全运行的基础上合理选择施工材料和施工方法。

3 输电线路铁塔结构设计要点

3.1 塔头铰结点设置

在进行输电线路铁塔结构设计时，需要对铁塔内力进行分析，在此过程中，可以讲杆系结点作为铰接点。塔头铰结点设置指的是对两铰拱或三铰拱力学模型进行选择。过去，设计人员在进行铁塔结构设计时，一般采用过渡铰钢式的构造结构形式，不仅更加接近原力学模式，而且有利于节约施工材料。近年来，随着科学技术的不断发展，在铁塔结构设计时，一般采用三铰拱塔头形式，在实际施工中，有些铁塔中间铰的部位下还需要加设平连杆，因此，还需要考虑三铰拱内力。

3.2 杆系布置

对于杆塔的选型，需要综合考虑沿线地区的水文气象地质情况，并且尽量选择工程导线型号以及工程区域内使用年限较多的杆塔型作为选择对象。通常情况下，平原或丘陵地区的杆塔型主要是拉线杆塔或钢筋混凝土杆形式；城市或郊区以钢管杆塔为主；另外，走廊狭窄或清理费用高、清理难度大的走廊地带，则主要选择垂直或导线三角形杆塔形式。杆系布置的合理性，不仅与节点构造密切相关，而且还与杆件本身的功能有一定的关联。

3.2.1 导线横担下平面斜材布置

交叉斜材式是导线横担下平面斜材布置中最为常见的，同时，交叉斜材布置到导线横担根部一般是将斜材直接连接到导线横担材料上，在纵向荷载的作用下，就会造成连接部位的主材或节点板出现变形问题。因此，在具体的设计环节，设计人员需要在这一节点位置增设短角钢，以此有效增强在纵向荷载这一作用下这一节点位置的抵抗能力。另外，还可以采用改进杆系布置的形式，提升设计方案的科学性和合理性。

3.2.2 塔腿平连杆的使用

近年来，在真型塔试验过程中，需要综合考虑平连杆的使用情况。力学模型从静定到超静定的变化主要表现在塔腿结构加设平连杆的设计中。在具体的设计过程中，如果采用平连杆，则还需要对杆件进行结构设计。在铁塔结构设计过程中，如果平连杆设计部合理，则会造成设计误差增加。

3.2.3 塔身斜材的布置

斜材对外荷载抵抗力矩的选择以及计算长度的选择都是制约塔身斜材的基本条件的主要因素，另外，塔身斜材的布置形式还与塔身宽度有一定关联。

3.3 大坡度塔身

现如今，在输电线路铁塔结构设计过程中，大坡度塔身已经得到广泛推广和应用。采用大坡度塔身设计形式，不仅能够有效减少基础作用力，而且还能够降低基础材料耗量。现如今，随着大负荷塔型数量的不断增加，大坡度塔身也越来越常见。

4 输电线路铁塔结构优化设计

（1）在进行电力工程输电线路铁塔结构设计时，应该结合实际情况合理确定档距，具体而言，可以对铁塔设计指标进行合理计算和优化，通过对杆距、杆塔距之间的档距进行计算，并且综合考虑经济指标、排位指标等，能够合理计算出杆塔的水平、垂直档距，优化铁塔结构设计。

（2）在电力工程输电线路铁塔结构中，角钢是十分重要的组成材料，因此，在进行铁塔结构设计时，必须充分考虑较高的截面特性，同时，还需要综合考虑角钢的材质、生产情况以及规格等等，这样才能提升铁塔结构设计水平。

（3）在电力工程输电线路铁塔结构中，还应该合理选择施工材料。通常情况下，塔身主材长度较大、接头较少，而且在各段的受力情况也有所不同，因此，需要分段设计，避免出现浪费。另外，塔身的斜材部分与主材的分割长度及辅助材料有很大关联，斜材与水平面的夹角是充分发挥斜材承载能力的关键，因此，主材与斜材必须相互配合，简化布材方式，明确承载力。

（4）在电力工程输电线路铁塔结构中，塔身坡度优化设计也十分重要，塔身坡度设计形式与塔身主材、斜材的规格和基础作用力的大小有很大关联，因此，为了保证塔材应力分布均匀，必须合理选择塔身坡度，在保证铁塔强度和刚度的条件下，选出最优的坡度。

（5）铁塔与基础同时优化设计。铁塔与基础同时优化设计目标位在铁塔建设过程中尽量减少钢材使用量，因此，在设计过程中，首先需要计算好塔身坡度，这样能够有效提升铁塔设计的经济性，在对其进行优化设计的过程中一定要将其和基础的设计有机的结合，一般来说将塔件的倾斜程度控制在主材开合脚允许的范围内，不然不仅会影响塔杆的稳定性，同时还会严重影响到钢材的使用量。

5 结语

综上所述，输电线路铁塔结构设计在输电线路设计体系中具有十分重要的地位，其性能和设计质量会直接影响整个输电线路实际运行经济效益。本文主要对输电线路铁塔结构设计要点以及优化设计方法进行了详细探究。在具体设计中，还需要以现代化科学理念为依据，在完善结构设计策略的基础上优化设计要点，保障铁塔在输电线路运行中的功能，实现输电线路的安全、稳定运行。

[1]梁伟峰.如何优化设计送电铁塔结构[J].全文版：工程技术，2015（14）：147.

[2]侯耀春.浅析输电线路铁塔结构设计的重点[J].建筑工程技术与设计，2014（14）：36～37.

[3]袁冰.输电线路铁塔的选型设计优化方案研究[J].通讯世界，2015（20）：112～113.

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1004-7344（2016）32-0142-02

2016-10-19