浅谈自立式铁塔选型及结构布置原则
摘要：文章从自力式铁塔选型、塔身主材、斜材及水平横隔面杆件布置等方面，阐述了我国高压输电线路铁塔结构设计的一些经验和看法。&&&&关键字：自力式铁塔 结构布置 送电线路&&&&中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：&&&&近年来随着我国电网建设的不断加强，输电线路铁塔得到了前所未有的发展。在电网建设中，架空输电线路的铁塔作为输电路线的重要组成部分，其设计水平的高低直接影响整条线路的质量和造价，影响到电网的安全。笔者认为在进行铁塔结构设计时，首先应从铁塔选型和结构布置入手。&&&&1.自立式铁塔塔型选择
　　送电线路铁塔按其在线路中所起的作用不同，可分为：直线塔、耐张塔、转角塔和终端塔；根据结构特点要求，铁塔又有宽基塔和窄基塔之分；按其导线布置，塔头可成为三角形排列与水平排列的铁塔；按线路的回路数又可分为单回路塔和双回路。
　　宽基塔与窄基塔的选择：宽基塔由于塔的根开大，主材受力可以减少，从而减轻基础上拔力、下压力，以达到降级主材规格的目的，但塔身的斜材和辅助材耗量多，布置复杂。这种塔适用于外荷载大，要求挠度变形小或地质较差的地方。窄基塔可简化结构，但整体的刚度较差，适用于荷载较小，线路通过人口稠密的狭窄地带，窄基塔多采用四脚连线的整体式基础，混凝土用量大。
　　导线呈三角形与水平排列的铁塔的选择：导线呈三角形排列的铁塔，从三相导线电气对称来说，优于水平排列，线路走廊较小。从运行的技术条件来说，导线采用水平排列时，防雷性能较好，导线不同时脱冰或导线舞动时所造成的碰线机会大大减少。
　　全面进行技术经济比较时，为了减小线路占用走廊，减少建筑物拆迁，节约投资和钢材，除重冰区、多雷区导线采用水平排列的塔型外，一般采用三角形排列的塔型较好。
　　双回路铁塔的选择：由于送电线路在同一塔上的两回路同时发生事故的机会不多，倒塔事故更少，采用双回路共塔，比两个单回路塔可节省钢材30％左右，并节省了避雷线及接地装置材料，降低线路造价，减少线路占地面积，但当双回路塔上，其中一回路发生故障进行检修时，而另一回路仍在送电，给维修带来不便，故双回路铁塔用于变电站进线拥挤的狭窄走廊地带和线路走廊受限制的市区、工矿地区。
　　2.铁塔的结构布置
　　自立式铁塔大多数是由若干片平面桁架组成的空间结构，整个铁塔主要由塔头、塔身、和塔腿三大部份组成，颈部以上部份称为塔头，一般位于基础上面的第一段塔架称为塔腿，塔头和塔腿之间的桁架称塔身。如图2—1所示。
　　铁塔的塔身断面多为正方形或矩形的立体桁架，每一处侧面均为平面桁架，立体柱四角的四根杆件称为主材，主材间用斜材连接，为了保证铁塔主柱的几何不变性和杆件的稳定性及减少构件的长细比，而设置了一些辅助材。斜材与主材的连结处或斜材与斜材的连结处称为节点，构件纵向中心线（准线）的交点称为节点的中心，相邻两节间的构件部分称为节间。两节点中心间的距离称为节间长度。
　　 2.1铁塔结构布置的一般要求
　　1、所有塔型必须根据电气条件要求进行铁塔结构布置，同时要使铁塔在各种工作条件下满足强度、稳定和变形的要求。为保证铁塔自身必要的刚度，按以往设计经验认为塔身(腿) 底部根开(b) 与塔上部高(H) 应保持一定的比值：
　　 耐张型铁塔：b/H ＝1/4～1/6
　　直线型铁塔：b/H＝1/6～1/8
　　对窄基铁塔：b/H≈1/11～1/14
　　对于具有几种坡度的铁塔，其任一截面处的宽高比：即从该截面到塔顶的距离之比也要满足上述要求。
　　2、为满足施工、制造、运行、检修诸方面条件，在结构布置时还应注意以下几个方面：
　　(1) 构件断面尽可能用少数型钢组成。
　　(2) 同一构件尽可能采用同一螺栓孔径，而整个铁塔螺栓孔径应不多于两至三种。
　　(3) 铁塔主材坡度变化次数应尽量减少。
　　(4) 尽量避免使用热加工(火曲) ，以免影响材质强度和增加加工和安装难度。
　　(5) 铁塔构件在安装运输上的分段，应考虑施工人员操作方便及加工厂生产制作的最大允许限度。
　　(6)各镀锌构件由于受工厂镀锌锅最大容量的限制，一般不超过7m长，断面尺寸不大于600×600mm2 ，构件材料最长不超过7.5m。
　　(7) 为便于横担部分安装，横担主材断开接头位置，离塔身最好不超过1m。
　　(8) 尽量考虑预留施工检修安装用孔。
　　 （9）铁塔防腐应采用热镀锌，热镀锌有困难时，可以与运行部门协商改用油漆，在任何情况下都不应采用电镀锌防腐。
　　 （10）铁塔构件如经过火曲处理，应考虑火曲影响，在实际计算时建议其强度减少 15％。
　　 2.2自立式铁塔主材、斜材及横隔材布置
　　1、铁塔主材布置
　　主材坡度，一般塔头小一些，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。为了使各节间主材应力得到充分利用，节省节点钢板材料，主材节间应与斜材布置相协调，各主材节间可布置为不等距，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包钢，以避免偏心受力，并保证与主材等强，如需用外包钢，肢宽及厚度应比主材自身加大一级。
　　2、铁塔斜材布置
　　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，如图2—2、 图2—3 、图2—4 。
　　单斜材(如图2—2)适用于塔身较窄受力较小的塔型，单斜材结构简化，加工制造和施工安装简便，斜材与主材有利夹角约45度，当有水平材时，此角可略减至35度左右，斜材与主材夹角太小，节点板外伸长，夹角太大节点板又太宽，既不经济，传力也不理想。
　　双斜材(如图2—3) 适用于塔身较宽和受力较大的塔型。
　　K型斜材(如图2—4) 只在塔身很宽，而受力又比较大，又想要求塔身具备较大的刚度的塔型中使用，K型斜材相比之下，可减少斜材的计算长度，一般宽基塔的腿部也常采用这种斜材。塔身部分构件的布置亦应注意辅助材对主材节点的支撑作用，一般常用的布置形式如图2—5所示。
　　 3、横隔材布置
　　为了把各平面桁架组合起来成为一个几何不变形的塔架，或者为了传力的需要，常设置横隔材，横隔材的布置常有如图2—6所亦的各种形式。横隔材的布置一般都是几何不变形的。图2—6 b的形式不能保证塔架横隔面的几何形状，一般不采用，而改为图2—6c和d的形式。横隔面如图2—6a 常用于塔架截面尺寸较小的部位，(c) 及(f) 是铁塔中最常见的形式。横隔面(d) 中的横隔材可以用刚性杆件，也可用柔性杆件。横隔面(g) 则用于横隔面尺寸特别大的跨越高塔上。
　　3.结语
　　 上述心得为本人在工作设计中的一些理解和看法，我们在进行铁塔结构设计时应注意使结构布置合理，杆件受力明确，传力路径清晰，这样才能在保证结构稳定的同时降低造价，达到最优的设计方案。
　　 参考文献：
　　郭思顺.架空送电线路设计基础.北京:中国电力出版社，2010.
　　王生甫.输电线路基础.北京:中国电力出版社，2012.
　　国家电力公司东北电力设计院.高压送电线路设计手册.北京:中国电力出版社，2003.
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整体吊装、分段吊装、横担和拉线、塔身和塔座；电杆分杆身电塔分塔头、横担、分片吊装和分件散装。电塔的施工方法有很多种
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ol>电塔的组成分塔头、横担、横担和拉线、分片吊装和分件散装：整体吊装、分段吊装、塔身和塔座。电塔的施工方法有很多种；电杆分杆身，电杆一般是在地面焊接好再整体吊装，也有是先立好两个杆后再高空吊装横担的
根据不同的输电线路杆型式可以已架设不同数量的线路。例如10KV线路，大部分都是单回路，也就是一根电线杆上三根线。不过在工业区这些负荷比较大、多的区域，可以是2回以上，目前 可以看到的有一根电线杆上架设6回供电线路的，也就是一根电线杆上架设18根导线。不过这种电线杆已经采用强度很大的钢制管电线杆。
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输电线路由哪几部分构成？
大家对输电线路一定不陌生，在城市钢铁森林里，在乡村小道上，我们经常能看见很多输电塔和电线杆。其实，它们专业的叫法是架空电力线路。目前，高压输电和乡村配电线路大多采用架空线路。
架空线路构成：导线、绝缘子、金具、杆塔及其基础、避雷线和接地装置等。
导线：传导电流，它是线路的基本部分。
绝缘子：在导线在传导电流时，保持三相之间互相绝缘，并对地绝缘。
杆塔：是为了架设导线，以使导线对地及其三相之间均有一定距离。
金具：连接导线和绝缘子等，把它们安装于杆塔上的金属附件。
避雷线：防止雷直接击落在导线上。
接地装置：连接避雷线与土壤，把雷电流引入地下。
PS：其实，除了我们日常能看见的架空电力线路，还有很多地下电缆哟。电缆占地小、输电可靠、抗干扰能力强，但普通人很难见一回呢。
地下电缆 摄/吕甲
高压、超高压、特高压的区分
为什么要分那么多电压等级？
电力工业发展初期，发电厂一般建在电力用户附近。随着电力生产规模和负荷中心规模的扩大，输电容量也越来越大，输电电压就越来越高啦。
在我国，输电网电压等级一般分为高压、超高压和特高压。
不同电压等级中的具体划分：
交流电压等级中，高压指110千伏和220千伏；超高压指330千伏、500千伏和750千伏；特高压指1000千伏。
直流电压等级中，超高压指±500千伏和±660千伏，特高压指±800千伏。其中1000千伏交流电压已成为国标标称电压。
怎么一眼看穿线路电压等级？
对于普通非电力专业的人来说，不同的电压等级如何用肉眼来区分呢?
绝缘子片数越多，电压等级越高。
在海拔高度1000米及以下地区，不同电压等级下操作过电压及雷电过电压要求的悬垂绝缘子串的最少绝缘子片数分别是：110千伏7片，220千伏13片，330千伏17片，500千伏25片，750千伏32片。
“看杆塔、望线路”
高电压等级的线路需要更大的安全距离，要被架得很高，而只有铁塔才能有能力负担重达数十吨的线路哦。
此外：电压等级越高，上下导线垂直距离就越大，线路离地也越高。
简单直接又有效：看杆塔牌
杆塔上面的牌子就有线路的电压等级。一般1开头的是110千伏，2开头的是220千伏，以此类推，5开头的则是指500千伏。
为什么会有不同形状的输电杆塔？
杆塔的类型和很多因素相关，比如输电电压，回路数，导、地线种类和安装方式等。在普通人看来，最直观的差别还是杆塔外形。
根据我国输电铁塔设计规范，我国的输电铁塔按照塔型主要可以分为酒杯型塔、猫头型塔、干字型塔、鼓型塔等。
酒杯型塔通常用于110千伏及以上电压等级送电线路，特别适用于重冰区或多雷区。
猫头型塔也是110千伏及以上电压等级送电线路的常用塔型。它的优点在于能够有效节省线路走廊。
干字型铁塔则由于其受力情况清晰直接、经济实用，所以主要用做耐张塔及转角塔，是220千伏及以上电压等级送电线路的常用塔型。
双回路鼓型塔是双回路铁塔常用的塔型，导线呈鼓形布置因而得名。适用于覆冰较重地区，可避免导线脱冰跳跃时发生碰线闪络事故。
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输电线路铁塔结构设计的重点研究
　　[摘要]伴随着我国经济的不断地发展，各项事业都取得了很大的进步。今天工业、农业大力发展的同时给我们的相关的基础设施的建设带来了严峻的考验，慢慢的超越了以往的承受能力，如果不能够满足要求就会被时代所淘汰。在我们的电力行业也是如此，大功率的设备在不断地投入使用，给供电系统带来了很大的挑战，应时代的要求，我们就要不断地攻克难关，是我们的供电系统能够更好地进行供电活动，本文就输电系统的输电线路展开了讨论，通过铁路它的结构设计进行重点改革研究，这样提高输送电的效率，希望对大家有所帮助。 中国论文网 /3/view-6311311.htm　　[关键词]输电线路；铁塔设计；结构分析 　　近几年来，我国的各项事业都取得了不小的成就，在经济领域我国在不断地拉近与发达国家的距离，在工业领域不断地进行技术方面的突破等等，我们逐步走出了近点屈辱的百年史的阴影，在很多领域更多的寻求世界先进的技术，不断地与世界的先进的理念相结合，这样就大大的降低了我们走弯路的时间。如今的发展的历程可谓是一日千里，在我们对于新的事物进行不断的探寻，慢慢的我们熔入了社会的大的环境，但是随之带来了严重的竞争形势，现在市场中大打价格战，技术战。想要在未来竞争日益激烈的市场中有一席之地，就要不断地推出符合市场的产品，只有这样我们的企业才会更加的有发展。在我们电力行业的基础设施的建设也是如此，只有不断地符合使用的要求，才会有更多的企业进行选择，才会更具有竞争实力。下面就本文谈到的输电线铁塔进行了详细的阐述。 　　1.输电线路铁塔结构原理和选型基本原则 　　输电线路铁塔又叫电力铁塔，按照一般形状来分可以分为：酒杯型、上字型、干字型、桶型和猫头型五种。按照用途来划分的话就是：耐张塔、转角塔、换位塔等，结构特点均属于空间桁架结构。使用材料一般为Q235和Q345两种，杆件由单根等边角钢或者组合角钢组成。杆件之间是靠着螺栓受剪力而连接的，而整个塔就是由角钢、连接钢板和螺栓组成的。对于个别的部件如塔角等就是由几块钢板焊接成一个组合件的，不同的铁塔型式在造价、施工等方面的要求也是不同的，铁塔工程建造的费用大概是整个工程的百分之三十或者百分之四十。对于新建工程如果投资允许的话可以选用一到两种直线水泥杆，跨越、耐张和转角尽量使用角铁塔，这样的话材料就简单清晰、方便施工使线路安全水平得到提高。对于沿规划路建设的路线要采用占地少的铁塔，但是对大的转角塔由于结构上的原因很容易造成铁塔杆顶挠度变形，所以施工费用也会比角铁塔的费用贵一倍。直线塔就采用铁塔，而转角塔就用角铁塔方案会更加合理，这样就可以满足环境、投资和安全的一些要求。在我国的线路整改里面，老线路一直是热门话题，我国的电路的设计以及运转的情况一般情况都开始于上个世纪九十年代，很难满足如今的需求，但又不能进行一次性的整改，一般的情况下我们会采取维修部分整改的模式，像是在比较高的铁塔支架增设减轻压力的设施等等，这样大大的减少了事故的发生，与此同时做到了线路的更改在不知不觉中进行，不会影响正常的工作的运转。 　　输电线路铁塔作为输电线路中重要的组成部分其耗费量在整个线路工程中比重是很大的。工期大概占整体工期的一半，运输量占整个工程的百分之六十。费用占整体费用的百分之三十五，由此可见输电线路铁塔结构设计的选型和施工优劣直接影响着线路工程的建设。当前基础型式只能采取浅埋式是因为地质的特殊性和埋深具有一定的局限性的因素，所以通过加大基础地板尺寸以及增加基础自重来满足上拔稳定是一个安全经济的做法之一。直线塔在埋的时候保持在2米左右，但是承力塔在埋时候深度应该控制在3～4米，从而可以减少地下水对施工产生的影响，一般情况下，由于每项工程的具体的情况其基塔的设计也会不同，主要的原因是受力情况不同。针对于特有的地质情况进行针对性的设计，从质量与经济双重入手，不断的解决遇到的问题。在我们进行架线要进行以下几点的考虑：第一，地质情况，水文，这些在我们进行架线是要考虑，是否会出现坍塌、泥石流等自然灾害，以及怎么去防治；第二，对于深林等作物的考虑，我们是知道的在架线的过程可能会穿越森林等情况，以及一些基础设施怎么进行建设都是我们进行考虑的，只有这些都布置的很好的情况，我们的工作才会被高效率的完成；第三，经济条件的考虑，一定设计的过程把经济方面进行综合考虑；第五，质量方面的考虑，一切的工作就是为了有优质产品，所以不容忽视。把这几方面进行综合的比较，遇到了问题具体的分析，一定会取得很好地效果，对工程的设计与施工非常的有意义。 　　2.如何解决输电线路铁塔结构设计中的突出问题 　　对于塔头铰结点的设置建议杆塔结构加工图要和内力计算图保持一致，不要任意改动结构布置，随意添加没有经过计算影响受力的杆件。像美国一些国家500kV直线塔就使用了三铰拱塔头，而且铰部位下也没有加设平连杆，这样就可以减少钢材的使用量。导线横担下平面斜材常见的形式就是交叉斜材，如果交叉斜材布置在导线横担根部时就会使主材在纵向荷载压力下产生节点或者主材的变形。为了设计的合理性就需要将横担下平面交叉斜材与塔身横隔面的侧面横材的中心点连接，这样就可以使受力传递到塔身上去不会导致主材或者节点板的弯曲。近年由于城网建设的需要使同塔多回路并架广泛使用，工程中因110kV横担受力后引起实验塔倒塌，经过专家的分析认为；只要将原K型斜材杆系中的塔身三分段的下端小节间与110kV横担连接方式改变一下，就会脱离原K形斜材杆系成独立一个节间。杆系传力由受力材传递节和节之间就不会干扰，所以证明派生结构杆系合理性的布置是保证铁塔正常运行的前提。 　　3.结语 　　经济的不断地加快，对我们社会的进程来说是促进作用的。我们看看漫长的历史的画卷，有很多的文明都是随着时代的发展而不断地被人们发明，被人们认可，被人们采纳的，但是我们也看到了很多的时候又要被时代的脚印所掩盖。其实这就是我们生活的社会的整体的进化论，适者生存的道理，是的，千百年来就是如此。面对经济步伐不断加快的今天来说就是这样的，想要在激烈的竞争之中占有一席之地就要不断地满足市场的大的需求，只有这样企业才会发展，我们电力部门也是如此，在我们今天提到的输电线路的铁塔结构也是这样的，只有满足今天的需求才会有更多的企业采用，技术就是这样一步步的完善，只有这样。企业与企业之间的产业链才会更好地良性发展，最终满足人们利益。我相信在不久的将来我们的线路铁塔这一块一定会越做越好，也会不断的有新的突破。 　　参考文献 　　[1]徐国钧.我国输电铁塔型材应用现状及优化措施[J].基建管理优化，2011，（3）. 　　[2]常建伟，徐德录，张东英，张磊，于长海.我国输电线路钢管塔制造技术现状综述[J].钢结构，2011，（8）. 　　[3]张扬保.输电线路铁塔加工中的焊接技术分析[J].中国新技术新产品，2011，（18）.
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