淺談鐵塔結構的優化設計

李敬蘭

（河北峻威鐵塔有限公司，河北 衡水 053000）

【摘 要】在鐵塔的設計過程中，鐵塔設計水平的高低決定著鐵塔質量的好壞，還影響著輸電線路的質量和造價，因此如何對鐵塔進行優化成為現階段設計人員面臨的一個重要問題。本文章就對鐵塔的結構優化設計進行簡單的論述。

【關鍵詞】鐵塔結構；優化設計；原理

鐵塔的設計水平以及設計的質量直接影響著輸電線路的投產后的質量。因此如何在保障其安全可靠運行的基礎下，對鐵塔的結構進行優化成為目前鐵塔設計人員所面臨的重要問題之一。對于鐵塔的設計而言，需要遵循的原則有很多，確認好優化的原則對于鐵塔的結構優化設計而言，有著十分重要的意義，下面筆者就對鐵塔的優化設計原則以及局部優化的措施進行論述。

一、鐵塔結構的優化設計原則與目的

對于鐵塔結構的優化設計而言，首先就需要滿足線路的電氣性要求，要結合荷載、結構體系、結構內力、變形強度等方面進行綜合的計算。在進行鐵塔的設計的時候需運用概率理論作為極限狀態的設計基礎。

鐵塔結構優化要遵循承載力極限狀態。在鐵塔的結構和構件的設計和選擇過程中，要注重其強度、穩定性和連接能力，要在承載力極限的要求下，通過荷載效應的基本組合來進行荷載設計。其次還需要滿足正常使用極限狀態，對于結構和構件而言，往往在長時間的使用過程中會出現裂縫或者變形，因此需要按照正常的使用極限狀態要求，運用標準的荷載組合規范來進行設計。通常，在塔頭的尺寸設計上，一定要保障其能夠滿足電氣間隙，并足夠的緊湊，從而使得塔頭的受風面積降低，以降低風力荷載，在節約成本的同時，實現對鐵塔的安全性能保障。塔身的布置作為鐵塔的支撐部位，塔身一定要滿足鐵塔的整體建設強度和穩定性需求，構建之間的傳力要均勻和正確，傳力路線要清晰。塔根的部分，要根據最小塔重的原則來選取，通過結合基本作用力以及材料消耗，來選擇最為恰當賀禮的方案。鐵塔的接腿處設計，要與基面治理和我國環境保護的要求相結合，保障接腿施工的方面和快捷。

對于鐵塔結構優化而言，其最主要的目的就是保障鐵塔的工作性能和承載念能力。其次優化目的還包括鐵塔的正常維護下的使用壽命，除此之外，還包括構建的布局、結構形式、傳力的路線，要簡潔和清晰。部件與節點之間，要能夠充分的發揮出其承載的潛力。其次，才是通過優化設計，實現對鐵塔建設成本的降低。

二、鐵塔塔頭優化

對于鐵塔的塔頭優化而言，上文中筆者已經提到過，對其優化的首先就是要保障其能夠滿足電氣間隙要求。在優化的過程中要將塔頭的受力特點相結合，盡可能的降低線路的走寬和鐵塔的自身重量。塔頭形式的設計上要注重簡潔、傳力和結構的清晰。在實際設計過程中，要選擇多個參考方案進行數據對比，綜合考慮傳力、造型、重量等因素來選擇優化。

三、塔身優化

對于塔身的優化而言，最重要的就是對塔身的坡度進行優化。在一定的荷載條件之下，塔身坡度的大小，將影響著鐵塔的重量增長趨勢。如果塔身坡度設計合理，不僅能夠降低鐵塔的鋼材指標還能夠對其穩定性和可靠性進行保障，除此還能夠保障鐵塔的外觀協調。對于塔身的坡度優化而言，其對鐵塔的整體重量有著十分重要的影響作用，還對鐵塔的建筑成本起到降低的作用。

對塔身坡度進行優化時，需要將整個鐵塔的質量作為目標求解值，綜合鐵塔的結構構件受力能力以及基礎作用力等因素，選擇最佳的坡度。通常來說，其做法就是通過吸取塔身建設的經驗，以成熟塔設計的單面坡度作為塔身坡度設置的參照值，通過在參照值的上下進行浮動，從而獲取最佳坡度值。

四、鐵塔的桿部件布置優化

首先來說桿件布置優化需要在對鐵塔傳力提點的分析和計算的基礎上，通過運用科學的主材節間以及布置方法，將鐵塔的傳力路線進行清晰化，通過主、次桿材的結合，匹配出強度最優的組合形式，在通過綜合受力、美觀等因素，來進行最后的布置。

需要注意的是鐵塔的桿件布置在設計的時候，一定要對鐵塔的傳力特點進行詳細的計算，要通過參照成熟塔數據，來計算出經濟最優、構件承載力最優的方案。其次，可以通過選擇K型的次材位置進行調控，讓塔身交叉材的同時受壓最小化。第三、就是要對次材與水平夾角的大小進行明確，通過直接決定次材的對外荷載抵抗力矩，或者是對主材節間分段進行設計，在布局的過程中，一定要注意桿件的合理搭配和良好組合。

五、鐵塔的節點構造優化

對于鐵塔的優化設計而言，鐵塔節點構造設計是一項十分關鍵的環節。因此設計的好壞直接影響著構建承載力與實際承載需要能否匹配。因此對這個環節予以高度的重視，是保障鐵塔結構的安全化發展的一項重要內容。因此在此部分的優化設計上一定要加強整體研究，還要注重對細節的處理。在節點的優化過程中，需要遵循以下幾點原則：首先要避免連接桿夾角過于小。其次塔身的次材與主材連接上需要采用多心線法，盡可能的讓主材與次材直接連接。第三，要盡可能的降低桿件的偏心連接，這樣能夠降低偏心彎矩對桿件承載力帶來的影響。第四，對于不同的主次材連接上，可以通過蓋面次材端部的約束，來降低長細比的修正系數。第五，就是在設計上，要注重兩面的桿件不能對孔布置，降低斷面的風險。

六、長短腿設計優化

對于鐵塔長短腿設計而言，主要采用的是全方位的長短腿設計方法，通過靈活配置高低基礎來進行使用。這種方式不僅能夠降低工程土方量還能夠從最大限度上降低塔基的環境破壞程度，實現對生態的保護。對于長短腿優化而言，其具有較高的現實意義。在以往的工程實踐過程中，我們可以發現，長短腿差距較大的時候，鐵塔的重量也會響應的增加，因此，在進行工程設置的時候，一定要注重他為坡度的設計要滿足具體情況。在長短腿設置上保證起處于最小級差，從而實現對建筑材料的節省。除此之外還需要根據鐵塔的受力情況，進行合理的公用腿設置和添加。

七、結語

在本文章的論述中，筆者針對鐵塔結構優化的原則和目的以及局部的結構優化方法進行論述，通過論述我們可以了解到，在鐵塔結構的優化設計中，每一個環節都不是獨立的，其與其他部分都是息息相關的。因此設計人員在進行鐵塔結構優化設計的時候，需要充分的對鐵塔結構系統的工作職能進行了解，認識這種優化設計是一種動態的管理過程。要從全局的角度上出發，精確到鐵塔結構的每一個細節之中去。在考量可靠性、安全型、經濟型、周邊環境保護等多方面因素的影響之下，通過動態的調控手段，來對鐵塔項目進行優化設計，只有這樣才能保障鐵塔結構優化取得良好的成績。

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