小议铁塔结构优化设计
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【摘 要】对于输电线路支撑结构，从最初的木结构到钢筋混凝土结构，再到今天的格构式空间桁架结构，无数人已经在各个方面作了许多有益的探索，形成了一整套卓有成效的设计方法，使用这些方法完全可以满足高压线路的结构设计。在线路设计方面好的经验，形成了系列性的优化设计思路，更加丰富了结构设计方法，是国内目前最高设计水平的体现。
【关键词】铁塔；优化；设计
1 确定优化设计原则
杆塔结构设计是在满足线路电气性能要求的基础上，通过荷载计算、结构体系选择、结构内力与变形分析，强度、稳定和刚度等计算，得出最优的杆塔型式的过程。
杆塔结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，结构的极限状态是指结构或构件在规定的各种荷载组合作用下或在各种变形或裂缝的限值条件下，满足线路安全运行的临界状态。极限状态分为承载力极限状态和正常使用极限状态。
1.1 承载力极限状态
结构或构件的强度、稳定和连接强度，应按承载力极限状态的要求，按荷载效应的基本组合进行荷载组合。并应采用下列设计表达式进行设计：
γ0S≤R
式中：γ0—结构重要性系数；S—荷载效应组合的设计值；R—结构构件抗力的设计值。
对于基本组合，荷载效应组合的设计值S按下列设计表达式进行设计：
S =γG·CG·GK+ψ·∑γQi·CQi·Qik
式中：γG—永久荷载分项系数，对结构受力有利时取1.0，不利时取1.2；γQi—第i项可变荷载的分项系数，应取1.4；GK—永久荷载标准值；Qik—第i项可变荷载标准值；ψ—可变荷载组合系数，正常运行工况取1.0，断线工况和安装工况取0.9，验算工况取0.75。
1.2 正常使用极限状态
结构或构件的变形或裂缝，应按正常使用极限状态的要求，采用荷载的标准组合。
CG·GK+ψ·∑CQi·Qik≤δ
式中：δ—结构或构件的裂缝宽度或变形的规定限制值，mm。
本工程铁塔的优化设计均根据工程的实际情况，针对不同类型铁塔的受力特点和规程规范的要求，在工程荷载和电气间隙条件下，经多方案计算比较，确定合理的控制尺寸和细部结构。
（1）塔头尺寸，在满足电气间隙的前提下尽量紧凑，以降低塔身受风面积，降低风荷载。这不但节约塔材，也有利于铁塔安全。
（2）塔身布置，在满足铁塔整体强度、稳定的前提下尽量简捷，保证构件正确传力，路线清晰直接。
（3）塔腿根开，选取塔重最小的方案，再结合基础作用力和材料消耗，选取最合理的方案。
（4）接腿方案，选取最有利于基面治理、保护环境的方案，并考虑设计、加工、施工的方便、快捷。
（5）节点构造，减少偏心、减少节点板的使用，力求合理。
2 优化的目的
（1）在正常施工和正常使用时能承受可能出现的各种作用力。
（2）在正常使用时具有良好的工作性能。
（3）正常维护下具有足够的耐久性。
（4）构件的布置合理、结构形式简洁，传力路线直接、简短、清晰。
（5）合理划分部件和节间，充分发挥构件的承载潜能。
（6）优化构造、节点设计，尽量减少材料耗量。
3 铁塔优化
3.1 塔头尺寸优化
塔头部分的优化，主要是在满足电气间隙要求的前提下，尽量减小线路走廊宽度和铁塔受力。猫头塔通过抬高中相导线，采用“窄脸猫”塔型减小线间距离1m左右。
同时对猫头塔地线支架结构型式、同塔双回路塔头结构型式等进行优化，使得构件受力清晰，结构处理简洁，减轻铁塔重量。
3.2 塔身坡度优化
通常在一定范围内，塔身的坡度和布材对铁塔重量的影响至关重要，它直接影响塔身主材、斜材的规格以及基础的作用力。合理的塔身坡度和布材应使塔材应力分布的变化与材料规格的变化相协调，使塔材受力均匀。
铁塔根开和塔身坡度与构件的受力状态有直接关系，塔身坡度越大，主材受力越小、基础作用力也越小，但斜材长度和辅助材长度增加，甚至使辅助材数量增加，结构布置也会较复杂；反之，主材受力加大、基础作用力也加大，铁塔整体刚度降低，但斜材长度随之减小。塔身坡度及根开优化就是以整基铁塔重量为目标函数，综合构件受力性能和基础作用力等因素，最终选取最佳的坡度和根开。
在设计中，对每种塔型均在给定的荷载条件下，对塔身坡度和根开进行了多方案组合优化，对各种组合进行计算工作，通过对计算重量的比较，在保证铁塔具有足够的强度和刚度的条件下，优化出铁塔的最佳坡度。
3.3 塔身隔面设置优化
合理的设置塔身横隔面，可以减少铁塔的重量，方便组塔。横隔面作为平衡上部荷载产生的扭矩、均匀塔身构件内力具有一定的作用。
根据铁塔结构设计技术规定的要求：在铁塔塔身变坡的断面处、直接受扭力的断面处和塔顶及塔腿的顶部断面处设置横隔面。在同一塔身坡度范围内，横隔面设置的距离，一般不大于平均宽度的5倍，也不宜大于4个主材分段。
3.4 传力线路优化
优化力的传递路线，不但对降低塔重有着重要意义，对保证杆塔结构稳定也有特别重要意义。例如横担的剪力，若通过横担上下平向传递，不但使塔重有所增加，而且对下平面带来不利影响，另外，横担剪力通过下平面传递，若靠近塔身的斜材布置为交叉型式，也将使结构出现偏心。
斜材同时受压是影响塔重的另一重要因素，因此本典型设计通过对力的传递路线分析在塔头适当位置布置“K”型结构斜材，以减少斜材同时受压影响。
3.5 主材布置及节间优化
铁塔的规划高度、塔头尺寸、塔身坡度确定后，铁塔主材节间的布置与塔身斜材的布置二者是相互关联、相互影响的。根据设计经验，在计算过程中，为使主材受力均匀，降低主材的规格从以下两个方面进行调整：
（1）调整主材的计算长度。构件规格的选取不仅与其所承担的内力有关，还与构件长度有关。内力不变的情况下，规格与构件的长度成正比，将同段主材的上下节间进行调整，将受力大的节间压缩使主材规格降低；
（2）通过对塔身交叉斜材的调整，使得塔身交叉材不出现或少出现同时受压控制，以减少斜材的规格。 3.6 旋转高低腿优化
为保护环境，减少土石方开挖，防止水土流失，本典型设计在山地塔系列中采用了全方位高低腿。如果一个呼称高一套高低腿，虽然使塔重有所降低，但却给加工带来很多不便；如果一套塔采用一套高低腿，将使塔重增加很多，为此本典型设计对应一种塔型采用2～3套公共高低腿，从而降低了塔重，方便了加工。本典型设计虽然采用了非平连杆型式，但塔腿侧向增加了“人”字结构或“X”型结构，却保证了塔腿整体稳定，方便维护。
3.7 节点连接优化
节点构造是设计的一个重要环节，铁塔真型试验破坏往往与节点构造不当有关。目前已引起很多设计院的重视。在本次典型设计中遵循以下几点原则：
（1）避免相互连接杆件夹角过小，减小杆件的负端距；
（2）节点连接要紧凑、刚度强，节点板面积小；
（3）尽量减小杆件偏心连接，避免节点板受弯；
（4）两面连接的杆件避免对孔布置，减小杆件断面损失；
（5）加长杆件构造长度，减少包铁连接数量；为进一步降低塔材耗量创造了条件。
3.8 塔身断面型式
塔身断面不但影响铁塔的整体刚度，影响铁塔的过载能力，也影响设计、加工、组装的工效。自然的，在等长腿设计时代，直线塔塔身采用矩形断面，是根据直线塔的受力特点而选取的最经济的方案。
本工程在杆塔规划时，对直线塔采用矩形塔和方形塔进行了优化比较。从计算结果看，在正面根开相同时，矩形塔比方形塔塔重轻1%～2%，塔重减轻较少，主要原因是750kV线路的断线张力较大，塔身侧面很多杆件都是断线工况控制的，侧面根开减小后，导致规格增大。
根据本工程的地形条件，耐张段长度一般较长，加上地形的限制，施工单位势必要用直线塔做操作塔，若直线塔采用矩形断面，则顺线路方向的刚度较小，安装、事故工况下易产生变形，对重要性比较高的线路，这点是应该避免的。所以本工程所有铁塔塔身均采用正方形断面，这也能为更好的使用长短腿、使长短腿充分发挥作用创造条件。
综合考虑上述因素，为保证杆塔的纵向刚度，本工程所有塔型均采用方形塔。
3.9 塔身宽度和根开优化
铁塔的根开直接影响铁塔征地面积，在某种程度上影响着工程的造价。对于铁塔的设计来讲，必须综合考虑基础的设计，铁塔的最小根开要适应工程地质条件、以及基础施工时的必要距离。其次，要考虑同条件下选用满足上部结构的变形。最后，在满足上述两点的情况下要尽量小的征用土地。
对于丘、峁线路，铁塔为了适应环保尽量少开方或者不开方的要求，都设计成长短腿铁塔，如下图所示：
注：上图阴影部分为基础施工开挖的土体
从上图可以看出，丘、峁长短腿铁塔基础，若基础根开较小，上边坡及下变坡基础基坑开挖就要受到影响，同时由于基础上拔依靠土体重力来维持，铁塔基础内侧的土体为上下变坡基础共用，基础安全就会受到影响。故坡区长短腿铁塔根开较大。
参考文献：
[1]《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）
[2]《电力设施抗震设计规范》（GB50260—96）
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通过日常监督、举行座谈会监督、客户回访和三方评价等方式加强电力营业厅与社会的沟通和联系，及时根据意见和建议做出调整、修改和回复。
（3）处理好投诉和举报工作
在对客户的投诉和举报进行处理的时候，严格按照规章制度进行管理，落实工作的处理、反馈和回访，体现供电企业供电营业厅的真诚服务。
5 总结
实施供电营业厅优质服务的营销战略，需要供企电业所有人员的协作与配合。供电营业厅的优质服务始终贯穿于供电企业的日常工作中，是一项长期的工作。供电营业厅的优质服务树立了供电企业的良好形象，有利于供电企业的发展。
参考文献：
[1]张亚芬.浅谈供电营业厅优质服务营销站略的实施[J].中国电力教育，2011（11）.
[2]刘强.浅论供电企业营销策略[J].中国经贸，2010（31）.