铁塔结构设计计算细则

铁塔结构设计计算细则 （角钢/钢管塔）

审核：

校核：

编写：金晓华

广东省电力设计研究院送变电室

2006．9

一、 设计依据

1.《110kV～500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T5092-1999)

2．《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2002)

3．“设计条件及塔头间隙图”（广东省电力设计研究院）(附件1)

二、荷载

1．导、地线荷载见 广东省电力设计研究院提供“铁塔外负荷计算书(附件2)”:

2．设计工况应包括正常运行（包括最小垂直荷载和最大水平荷载组合；直线塔最小垂直档距取0.5倍水平档距；转角塔要考虑正、负垂直档距）、断线、安装的最不利组合情况，转角塔及结构布材不对称的塔应计算反向风工况，所有塔应计算基础作用力工况。

为便于校对，应进行设计工况归并，可参考 “铁塔设计工况”（附件3），并应详细列出每种荷载工况组合，而不是单纯指出第几种到第几种为事故或安装等工况。

３．参考国网典型设计，新规划的直线塔规定了计算高度，铁塔外负荷是对应这个计算高度值的。杆塔风荷载调整系数βｚ以及线条荷载对地距离均应按该计算高度（呼高）取值。对本塔高于该计算呼高的，应采用由我院电气专业开的缩小使用条件的铁塔外负荷来验算，原则上不增大共用段原主材构件规格，如个别共用段主材构件规格差别不大的情况下，则选用较大规格主材，而不修改档距从而修改计算荷载再重新计算，但应得到结构室内部确认。

４．引用国网典型设计，作以下特殊规定：

１）．500kV直线塔考虑施工锚固工况，部分使用条件大的220kV直线塔也考虑施工锚固工况；500kV和220kV直线塔都考虑2倍起吊安装荷载，但应按4:6比例分配到前后的荷载点上。

２）．为降低塔材指标，新规划的直线塔分平地和山地二类，其中平地直线塔考虑1～2种使用条件的塔型，按平腿设计，导线断线张力取一相Tm的15%（500kV）和20%（220kV 及以下）；山地直线塔考虑3～4种使用条件的塔型，按长短腿设计，导线断线张力对500kV 电压等级取15%（第1种使用条件的塔）、20%（第2种）及25%（第3、4种），对220kV及以下电压等级取20%（第1种）及25%（除第1种外）。在塔的结构设计计算说明书的工程概 况中列出断线张力百分数。

３）．山区耐张塔的荷载组合应考虑两侧正档下压、两侧负档上拔、一侧正档另一侧负档扭转的所有正常、断线、安装工况的组合；平地耐张塔（当塔型规划有时），不考虑上拔情况。所有转角塔计算工况均应叠加跳线串荷载。

4）．直线塔的导线挂点当采用“I”型串时按照前、后、中三个挂点进行设计，对运行大风情况应分别考虑中挂点承担垂直荷载或前后两挂点的垂直荷载按照４:６分配的情况。

5.荷载系数

工况 恒载分项系数 可变荷载分项系数可变荷载组合系数

1.4 1.0

正常大风 1.2(不利时)

1.0(有利时)

导（地）线断线 1.2(不利时)

1.4 0.9

1.0(有利时)

1.4 0.9

导（地）线安装 1.2(不利时)

1.0(有利时)

三、 设计计算细则

１．主要原则：

１）确保铁塔的强度、稳定和今后的安全。

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。

5）满足现行《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2002)有关钢结构的构造要求。

6）长短腿应按计算高度减腿的原则设置，取消共用接腿，各腿独立设计。

7) 计算成果应包含我室专业小程序生成的全塔分析云图,并对云图加以整理以方便校对。

２．铁塔构件计算及断面选择

采用东北电力设计院编制的“自立式铁塔内力分析软件IGT2.0”或其它经过国家相关机构鉴定的铁塔设计软件（如VTLA2003）对铁塔进行整体有限元计算，对铁塔受力材进行选材（要求用《规程》(DL/T5092-1999)、《规定》(DL/T 5154-2002)计算）。对铁塔辅助材考虑长细比及被支撑受力材最大内力的影响设计选材，可参考“铁塔辅助材选材细则（附件4）”。横担的辅助材也应按有限元法建模计算规格。对支撑角钢规格大于Q345L125X10的V 面辅助材也应按有限元法建模计算规格，而不能仅按长细比选材。辅助材也应进行人重弯矩的验算。对于腿部交叉斜材中间的横隔面如下图所示

当新设计大肢宽、小壁厚的角钢时，应满足《钢结构》中规定的宽厚比。

轴心受压的稳定系数φ，按《规定》(DL/T 5154-2002)中附录D确定。系数φ的查对，应以修正后的长细比值Kλ去查。（当构件的长细比λ<120，且为单面连接时，应考虑构件的偏心影响；当构件为斜材或辅助材，且长细比λ≧120，每端有两个以上螺栓连接，并满足∑i约≧∑i被约时，应考虑节点的嵌固影响。其中，∑i约：约束杆件的线抗弯刚度系数总和；∑i被约：被约束杆件的线抗弯刚度系数总和。）

对单回路直线塔的曲臂，因外主材弯折，设计计算时除应满足强度要求外，应充分考虑刚度，并对构造提出要求，给出示意图。

对横担下平面等，应采取在主材与斜材间增加小三角辅助支撑的方式或其它布材方式，尽量减小主、斜材的计算长度，以达到减小构件规格的目的。

对荷载较大的直线塔和转角塔，如需主材设计成双角钢时，转角塔则由塔头到塔腿均设计成双角钢，直线塔则在变坡位以下设计成双角钢，变坡位以上尽量采用单角钢。（可采用调整塔头坡比的方法设计成单角钢，该坡比应该与电气再沟通）

主材接头均按双剪设计，应列出每个接头外包板、内包角钢的规格及螺栓数，螺栓数应进行主材肢厚的挤压验算。对于单角钢的主材，连接螺栓至少有一个以上的螺栓余度，且螺栓个数应取偶，对双角钢主材连接螺栓应有两个以上的螺栓余度，且螺栓数应为4的倍数。

对于T形组合角钢设计的塔身杆件，应按双剪设计连接螺栓个数，并应对连接板厚进行挤压验算螺栓数。

３．材质

根据塔体不同部位，构件选用不同的钢材：塔身（腿）主材部分选用单角钢、双角钢、四角钢或钢管，横担部位选用角钢；塔身（腿）主材、横担主材及作用力较大（连接螺栓多于4个）受强度控制的杆件（包含肢厚大于6mm以上的辅助材应做Q235与Q345钢种选择比较）选用Q345(Q420)钢材；塔体斜材、横隔面材、受长细比控制的杆件及其他辅助材选用Q235钢材。

４．系数取值

a.塔体风荷载调整系数?z按新《规定》（5.7式）取值，并应在计算文件中说明取值考虑的因素。

b．构件体型系数μz按新《规定》（5.7式）取值（对钢管及角钢杆件取不同值）。

注：由于该程序只能单独计算选材为角钢或钢管，且程序对钢管风荷载体型系数自动取1.0，而实际采用0.8，故设计计算应在保证钢管杆件及角钢杆件同时满足新《规定》要求的前提下自行等效处理，并在计算总说明中对该系数的处理方法作说明。

c．对杆件的允许长细比按新《规定》（7.2.3）取值，当取不同标准时应有充分论证。

d．钢材强度设计值按新《规定》取值。所有塔当塔腿采用5、6、7、8分格时，为保证塔腿整体稳定，塔腿主、斜材钢材强度设计值按取值的0.96、0.93、0.91、0.89进行折减。

５．其它要求

a.为力求设计的合理，铁塔布材应进行优化，杆件布置应简单，受力明确，整体符合新《规定》构造要求。主要受力杆件接近满应力并效率趋于一致。

每种塔型的计算应先按角钢塔的方案进行考虑，当主材必须用双组合角钢时，还应按钢管塔方案进行计算。在方案比较时，先初步选定主材的规格，确定根开，然后按同一根开不同的布材方式进行优化，使传力简单直接，力求使长杆件受拉、短杆件受压，使各杆件的强度、刚度均匀。对作用力大、连接螺栓数量多以及选材规格大的杆件还应按单、双角钢方案进行比较，综合比较优化选出塔重最轻的方案。对受力较大的横、斜材，应有单角钢及双角钢的结果标在单线图中，供制图选择较优方案。

b．各局部验（计）算书及大样图

横担单、双角钢杆件验算书及双角钢肢向大样图；

塔腿辅助材及其螺栓计算书；

上人荷载杆件的验算书；

跳线串荷载杆件验算书；

组合构件填板计算书及大样图；

组合角钢螺栓计算；

塔座板（型式见<附件5>）设计计算书及样图；

插板连接计算书及大样图；

法兰盘计算书及大样图；

主材角钢与塔脚板间焊缝、主材钢管与塔脚板间焊缝强度计算书及示意图等。

c.对直线塔的起吊荷载，当设计为用单孔起吊时，须按该一点提升2倍起吊荷重计算；当不在中点起吊时，须将2倍起吊荷重按5:5的比例分配给前后侧两孔计算。±800kV等有特殊要求时除外。

d.对导地线挂点、施工用孔等局部集中荷载附近的结构、构造及孔径等须按“设计条件及塔头间隙图”中说明的挂线方式、挂孔要求、选用金具进行强度校核，并提供计算书。导、地线挂线板（孔）的安全系数2.0；

e.当塔全高超过70m时，设置爬梯、平台、走道等，设计时应考虑，并出示意图、给出主要材料规格。

f.对长短腿，应考虑轮换及最不利组合。长短腿的配置，应根据呼高和腿部斜材内力分几个档次。

g.对连接多杆件受力复杂或尺寸大的节点板应在成果单线图中说明材质及厚度、卷边或加劲方法，以便制图。

h.对控制工况计算基础反力，对呼高跨度大的塔，计算基础反力应分几个呼高档进行，风压调整系数应按各呼高相应的“规定”中的对基础取值。对直线塔选出最大拔力、最大压力组合；对转角塔选出上拔腿最大拔力与安装时压力组合、下压腿最大压力与安装时拔力组合。

i.构造要求及构件规格

构造要求及构件的最小规格应符合新《规定》。为统一，构件规格可参见附件6“推荐构件规格一览表”。为使塔重较优,不应随意取消构件规格,尤其是对主材。

螺栓用6.8级，规格为M16、M20、M24。

k.当遇《规程》、《规定》及本文均未提及的新问题时应及时与委托方技术负责人沟通、协商。首个塔完成计算后应及时评审，以便尽早发现问题。

四、 设计计算成果要求

提交如下成果（应为成品，并经设计、校核、审核逐级阅后签署）各2份：

a.设计原始资料。

b.设计总说明（含各系数取值及依据，特殊考虑〈处理〉，计算塔重、基础反力、计算书清单等）

c.输入数据文件

d.设计考虑的荷载工况表

e.计算结果文件(含控制工况下两种荷载情况对应的基础作用力)

f.成果单线图（含节点编号、材料规格、螺栓规格及数量、各控制尺寸、各关键部位样图、节点板或插板的材质及厚度以及卷边或加劲方法、组合角钢时提供缀板型式及螺栓数量、制图注意事项等）

g.本文第三、4条中要求的各局部计（验）算书及样图

h.光盘（含以上所有内容）

附件6:推荐构件规格一览表

1．参考国网等边角钢型号的最小厚度为：

L40X３ L45X３L50X4 L56X４ L63X４

L70X5 L75X5 L80X6 L90X６ L100X７

L125X8 L140X10 L160X10 L1８0X1２L200X14 L63X５及以上角钢规格可以采用Q345。当构件两端的螺栓数量因孔壁挤压控制需要增加，从而影响接头的连接形式时，也可角钢单件长度一般不宜超过10m,以方便运输和热浸镀锌。

2．常用环行截面钢管规格如下（优先选用）：

直径：70、73、76、83、89、95、102、108、114、121、127、133、140、146、152、159、168、180、194、203、245、273、299、310、330、350、370、400、450、480、500、520、540、550、570、600、630

厚度：-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-14、-16、-18、-20、-22

主材管壁最小厚度：－５

应对管径及厚度的配合，以塔重最轻为目标优化。

3．常用连板及塔脚板厚度：（材质Q235或Q345）

-5 -6 -8 -10 -12 -14

-18 -20 -22 -25 -30 -16

-42 -48 -50 -54 -60 -36

-70 -80 -90 -100 -110 -120等

4．地脚螺栓一般用35#优质碳素钢，常用规格如下：

4M27 4M30 4M36 4M42 4M48

4M56 4M64 4M68 4M80 4M90

8M42 8M48 8M56 8M64 8M68

8M72 8M76 8M80 8M85 8M90 当每脚采用8个地脚螺栓时，螺栓布置在同一圆周上。 塔座板的型式采

用广东院提供的参考图，但塔座板和肋板的厚度，尺寸均应进行强度验算并标出

示意图，包括地脚螺栓的孔径、间距。