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[!--downpath--]转自：明日头条“四川筑骏建设工程有限公司技术员”
非常说明：本文编撰较早，部份内容已更新，仅供参考。
1、杆塔型式及分类
架空输电缆线路使用的铁塔，按使用功能可分为直线塔、转角塔、终端塔及换位、分歧等特种塔。
——直线塔是将导线提离地面的塔，又可分为自立塔和拉线塔两种基本型式。自立塔常用的有高脚杯型、猫发型、鼓型、干字型等，拉线塔过去常用的则有拉八、拉V、拉门、拉猫型塔。
——转角塔是付与导线以张力的塔，大部是干字型、鼓型塔。
——终端塔
——换位、分歧等特种塔。
▲图直线塔(杯子型塔)
▲图直线塔(猫发型塔)
▲图直线塔(鼓型塔)
▲图直线塔(干字型塔)
▲图直线塔(门型塔)
▲图直线塔(门型塔)
▲图直线塔(拉V型塔)
▲图直线塔(紧凑型塔)
▲图拐角塔
▲图终端塔
2、塔型设计的步骤
塔型设计的步骤：
——确认或选择气象条件，导、地线钢号；
——依据给出的塔型规划或按照电流等级及路径条件规划塔型；
——绝缘配合；
——绘制电气间隙圆、提出负荷条件；
——根据电气间隙圆规划设计塔头；
——根据塔型规划完成整塔选型单线图（包含各类呼称高）；
——进行负荷组合；
——按铁塔估算软件要求输入估算塔型的所有参数；
——依据塔型估算结果勾画司令图；
——依据司令图完成结布光。
输电缆线路铁塔结构内力估算剖析完全基于精典热学，即《理论热学》、《结构热学》、《材料热学》三门热学的基础上来进行的。
为此，输电缆线路铁塔结构，被看成由理想的铰接杆件组成的空间桅杆结构。
3、输电缆线路铁塔结构估算常用的热学概念知识
3.1理论热学——静力学公理
（1）、二力平衡公理：作用在质心上的二力使质心平衡的充要条件是：大小相等、方向相反、作用在一条直线上。
（2）、加减平衡力系公理：在作用于质心的已知力系中加上或除以任何平衡力系力臂力矩计算公式图解，并不改变原力系对质心的效应。
（3）、力的平行四边形法则：作用于物体上某一点的两力，可以合成为一个合力，合力亦作用于该点上，合力的大小和方向可由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线确定。
（4）、作用力与反斥力定理：两物体间的互相斥力总是大小相等、方向相反，沿同仍然线，分别作用在两个物体上。
静力学是从公元前三世纪开始发展，到公元16世纪伽利略奠定动力学基础为止。人们在使用简单的工具和机械的基础上，逐步总结出热学的概念和公理。比如，从滑轮和杠杆得出扭矩的概念；从斜面得出力的平行四边形法则等。
阿基米德是使静力学成为一门真正科学的奠基者。在他的关于平面图形的平衡和重心的专著中，成立了杠杆理论，而且奠定了静力学的主要原理。阿基米德得出的杠杆平衡条件是：若杠杆手臂的宽度同其上的物体的重量成正比，则此二物体必处于平衡状态。阿基米德是第一个使用严密推理来求出平行四边形、三角形和矩形物体的重心位置的人。
知名的日本艺术家、物理学家和工程师达·芬奇是文艺复兴时期首先跳出中世纪琐碎科学的人，他觉得实验和运用物理解决热学问题有巨大意义。他应用扭力法解释了滑轮的工作原理；应用虚位移原理的概念来剖析起重机构中的滑轮和杠杆系统。
对物体在斜面上的热学问题的研究，最有战功的是斯蒂文，他得出并论证了力的平行四边形法则。静力学仍然到伐里农提出了知名的伐里农定律后才完备上去。他和潘索六边形原理是图解静力学的基础。
剖析静力学是美国物理家、力学家J．L．拉格朗日提出来的，他在小型专著《分析热学》中，按照虚位移原理，用严格的剖析方式表述了整个热学理论。虚位移原理早在1717年已由伯努利强调，而应用这个原理解决热学问题的方式的进一步发展和对它的物理研究却是拉格朗日的战功。
我国唐代科学家对静力学有着重大的贡献．春秋战国时期伟大的哲学家墨子（墨翟）在他的代表作《墨经》中，对杠杆、轮轴和斜面作了剖析，并明晰强调“衡……长重者下，短轻者上”，提出了杠杆的平衡原理。
静力学的基本化学量有三个：力、力偶、力矩。
静力学的基本化学量有三个：力、力偶、力矩。力的概念是静力学的基本概念之一。经验证明，力对已知物体的作用疗效决定于：力的大小(即力的硬度)；力的方向；力的作用点。一般称它们为力的三要素。力的三要素可以用一个有向的线段即矢量表示。
凡大小相等方向相反且作用线不在仍然线上的两个力称为质心，它是一个自由矢量，其大小为力除以二力作用线间的距离，即力臂。
静力学只研究最简单的运动状态——平衡。
静力学的全部内容是以几条公理为基础推理下来的。那些公理是人类在常年的生产实践中积累上去的关于力的知识的总结，它反映了作用在质心上的力的最简单最基本的属性，那些公理的正确性是可以通过实验来验证的。
静力学的研究方式有两种：一种是几何的方式，称为几何静力学或称初等静力学；另一种是剖析方式，称为剖析静力学。
几何静力学可以用解析法，即通过平衡条件式用代数的方式求解未知约束反斥力；也可以用图解法，即以力的六边形原理，用几何画图的方式来研究静力学问题。
3.2结构热学
截面法
节点法
3.3材料热学
轴心受力预制构件压杆轴向压力/(稳定系数×面积)≦强度设计值
拉杆轴向拉力/净面积≦强度设计值
3.4桅杆的估算
桅杆特征：由直杆用合页连接而成，在结点载荷作用下，各杆只有轴力。
结点法
取结点为分离体――平面汇交力系
求解方式：
（1）求解支座反力，零杆判定；
因几何组成的不同而不一定是必须的力臂力矩计算公式图解，零杆判断后，可以大大简化求解。
（2）再选定只含二个未知力的结点。顺次取二个未知力的结点分离体可求解每位杆的内力。
（3）结点分离体中，未知轴力设为拉力（正），结果为负时表示与所设方向相反。已知力通常按实际方向画，标明其数值的绝对值，则平衡多项式构建时看图确定其正负。
零杆的判定：
三角构造内的辅助性杆件都是零杆。（如图所示）
截面法
用截面切断拟求预制构件，取交叉斜材的交叉点为扭力中心，所有外力对这个中心取矩构建平衡多项式中只有一对大小相同方向相反的未知力。
例：试估算塔身如图所示辅材内力。
解：先估算支座反力。
求出反力后，从包含二杆的结点开始，逐次截取各结点求出各杆的内力。
分离体为平面汇交力系。通常用投影二个等式可求解
灵活运用
（1）结点法、截面法可以联合使用；
（2）零杆判定应充分借助，可以简化估算。
（3）借助对称性。
4、杆塔载荷
按性质分
永久载荷：塔架自重、导相线、金具、绝缘子自重及其它固定设备的重力。
可变载荷：风载荷、覆冰载荷、电线张力、施工及检修的临时载荷。
特殊载荷：断线所造成的载荷、地震所造成的载荷。
按作用方向分可将它们分解成作用于塔架上的
纵向载荷：风载荷、角度载荷。
横向载荷：风载荷、张力载荷。
垂直载荷：重力载荷。
结构或预制构件的承载力极限状态设计表达式：
γ。(γG·CG·GK+ψ·∑γQi·CQi·QiK)≤R
式中：
γ。----结构重要性系数
γG----永久载荷分项系数（对结构受力有利取1.0，不利取1.2)
CG----永久载荷的载荷效应系数
GK----永久载荷标准值
ψ----可变载荷组合系数(正常运行情况取1.0，220断线及各级电流的安装取0.9，各级电流的验算和110断线取0.75）
γQi----可变载荷分项系数取1.4
CQi----可变载荷的载荷效应系数
QiK----可变载荷标准值
R----结构预制构件的抗力设计值
其中：CG、CQi载荷效应系数，在GBJ9-87《建筑结构载荷规范》荷载效应组合的设计值公式中注①中的解释：载荷效应系数为结构或预制构件中的效应（如内力、应力等）与形成该效应载荷的比值。
内力
CG·GK即--------·荷载
载荷
故：1992年全省钢结构标委会和钢规标准管理组主持编撰的GBJ17-88《钢结构设计规范》全国学习研讨班系统课件,将设计表达式叙述为：
永久载荷项中CG·Gk即效应系数·标准值用SGk永久载荷效应值（即内力）表示
可变载荷项中CQi·Qik即效应系数·标准值用SQik可变载荷效应值（即内力）表示
载荷效应值即结构预制构件的内力
即用SGk、SQik表示内力
另：设计表达式
S载荷效应(内力)设计值的总合≤R结构预制构件抗力设计值
式中:
两侧项Rk/γR表示为结构抗力标准值Rk乘以抗力分项系数γR即为抗力设计值R
GBJ17-88《钢结构设计规范》讲义并强调：
从二阶矩设计法表达式，转化为实用设计表达式的过程中，主要的是从二阶矩法等效地确定出各分项系数和组合值系数。这种系数起着相当于β值的作用。
GBJ68-84《建筑结构设计统一标准》规定了各项系数的取值。
目前规定的全套分项系数是经过优化找出的最佳匹配取值，使按实用设计表达式设计的各类结构预制构件的实际β与规定的β在总体上偏差最小。
在载荷分项系数统一规定条件下，对钢结构预制构件抗力分项系数进行剖析，使所设计的钢结构预制构件的实际β值与规定的β值差值最小。
经过调整，γR统一取：3号钢、16Mn、16Mnq钢，γR=1.087
GB50017—2003在条文说明中改为Q235取γR=1.087,Q345取γR=1.111
钢结构设计取钢材屈服硬度作为硬度极限。（GBJ17-88）规范规定，伸长率、压、弯硬度设计值分别为（fk/γR）
其中
fk：为硬度设计标准值（GBJ17-88表示为fy）
γR：为抗力分项系数
如下所示
因此从、以及架空送电缆线路塔架结构设计技术规定（报批稿），无一例
外省都直接列举钢材硬度设计值，无须设计者再重复此项估算。
传统上采用挠度方式抒发和估算，可将
进行改写
式中右侧的抗力标准值Rk=ak·fk
这儿的ak为截面几何参数标准值
fk为材料硬度标准值
则有：Rk/γR=ak·fk/γR
由于：伸长率、压、弯硬度设计值为fk/γR=f
则：Rk/γR=ak·f
GBJ17-88《钢结构设计规范》讲义强调，这样就可用传统上的挠度方式抒发和估算，故可写出：
因而DL/T5092-1999
γ。(γG·CG·GK+ψ·∑γQi·CQi·QiK)≤R表达式写入《架空送电缆线路塔架结构设计技术规定》时
由γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)≤R
γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)≤Rk/γR
可写成表达式：γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)≤ak·f
直观的抒发为挠度方式表达式：σ=[γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)]/ak≤f
明天GB50504-2010《110kV~750kV架空输电缆线路设计规范》11.2.就直接将结构或预制构件的承载力极限状态写成:
γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)≤R
不再重复传统的抒发形式.
故
γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)≤Rk/γR
写成表达式：
γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)≤ak·f
我们常用的直观的抒发：σ=[γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)]/ak≤f
5、塔型选型的必要条件
1电流等级
2回路数
3导、地线钢号
4导线排列方法
5基本呼称高及其规划使用的塔高
6电气间隙圆
7相线保护角
8电气负荷
其中电气间隙圆的确定在于以下条件：
雷电过电流（风速10m/s）
操作过电流（1/2最大设计风速）
工频电流（最大设计风速）
这儿有一个绝缘配合设计的基本概念问题
1塔架上的绝缘配合设计：就是按正常运行电流（工频电流）、内过电流（操作过电流）、及外过电流（雷电过电流）确定绝缘子型式及片数以及在相应的风速条件下导线对塔架的空气间隙距离。
2档距中央导线及相线间的绝缘配合设计：就是按外过电流（雷电过电流）确定档距中央导线及相线间的空气间隙距离。
3档距中央导线对地及对各被跨越物的绝缘配合设计：就是按照内过电流（操作过电流）及外过电流（雷电过电流）的要求，确定导线对地及对各跨越物的最小容许间隙距离。
对超高压线路，除按此项要求考虑对地最小容许间隙距离外，尚应满足地面静电场强影响所需对地最小容许间隙距离的要求。
4档距中央不同相导线间的绝缘配合设计：即按正常运行电流（工频电流）并计及导线振荡的情况，确定不同相导线间的最小距离。
其中1、2、4影响着塔头规格的确定，3则控制着铁塔标准呼称高的选择。
绝缘子串宽度的确定：
绝缘子串风压的估算：
W1=W0·µZ·As
式中：
W1—绝缘子串风压
W0—基准风压标准值，W0=V2/1600kN/m2
µZ—风压高度变化系数:
As—绝缘子串风压面积
单盘盘径254mm每片取0.02m2
盘面径及双盘径0.03m2
金具另件单导线缝每串取0.03m2
两分裂导线每串取0.04m2
3~4分裂导线每串取0.05m2
双联可取单联的1.5~2.0倍
导线风压的估算：
式中：WX——垂直于导线及相线方向的水平风载荷标准值(kN)；
α——风压不均匀系数，应按照设计基本风速，按表1的规定确定，当校准塔架电气间隙时，α随水平档距变化取值按表2的规定确定；
βc——500kV和750kV线路导线及相线风载荷调整系数，仅用于估算作用于塔架上的导线及相线风载荷(不含导线及相线张力弧垂估算和风偏角估算)，βc应按表1的规定确定，其他电压级的线路βc取1.0；
μz——风压高度变化系数；
μsc——导线或相线的身材系数，线径大于17mm或覆冰时(不论线径大小)应取μsc＝1．2；线径小于或等于17mm，μsc取1.1；
d——导线或相线的直径或覆冰时的估算直径；分裂导线取所有子导线直径的总和(m)；
Lp——杆塔的水平档距(m)；
B——覆冰时风载荷减小系数，5mm冰区取1.1，10mm冰区取1.2；
θ——风向与导线或相线方向之间的倾角(°)；
WO——基准风压标准值(kN／m2)；
V——基准高度为10m的风速(m／s)。
表1风压不均匀系数α和导相线风载荷调整系数βc
注：对尾纤估算，α宜取1．0。
表2风压不均匀系数α随水平档距变化取值
垂直载荷的估算
1)估算风偏角时按KV值，即用LV/LH之比：
平地通常取0.75
丘陵及低山取0.65~0.75
山地及大山取0.55~0.65
2)算铁塔结构硬度则是取设计规划的水平档距和垂直档距
悬垂串摇摆角的估算：
式中:
Φ----风偏角
P1----串风压N
P----相应条件下导线风载荷N/m
LH----水平档距
G1----串自重
W1----导线自重
LV----垂直档距
塔架风载荷的标准值，应按下式估算：
式中：WS——杆塔风载荷标准值(kN)；
μs——构件的身材系数；
AS——构件承受风压的投影面积估算值(m2)；
βz——杆塔风载荷调整系数。塔架风载荷调整系数βz应符合下述规定：
1)塔架设计时，当塔架全高不超过60m，塔架风载荷调整系数βz(用于塔架本身)应按下表的规定对全高采用一个系数；当塔架全高超过60m，塔架风载荷调整系数βz应按现行国家标准《建筑结构载荷规范》GB50009采用由下到上逐段减小的数值，但其加权平均值对自立式铁塔不应大于1.6，对单柱拉线塔架不应大于1.8。
2）设计基础时，当塔架全高不超过60m，塔架风载荷调整系数βz应取1.0；当塔架全高超过60m，宜采用由下到上逐段减小的数值，但其加权平均值对自立式铁塔不应大于1.3。
表塔架风载荷调整系数βz(用于塔架本身)
注：1中间值按插入法估算。
2对自立式铁塔，表中数值适用于高度与根开之比为4～6。
负荷组合（工况组合）
正常情况：
(直线塔估算90°、0°、60°、45°大风、覆冰)
（拐角塔还应估算与角度力相反方向90°风吹）
（终端和拐角还要估算最低温度）
断线情况（车祸、张力差）
安装情况（导线安装、地线安装）
张力放线条件下直线塔要考虑锚线，锚线对地角通常不小于20°
验算情况（坐落基本水灾烈度九度以上地区的各种塔架应进行抗震验算，风载荷取最大设计值的30%，无冰、未断线。）
材料
塔架用钢材通常采用Q235B、Q345B，须要时可采用Q420B。
塔架结构的基本规定
1铁塔应力（5m/s、年平均温度）
直线自立铁塔3h/1000
拐角及终端自立铁塔7h/1000
2钢结构预制构件容许最大的挠度
受压辅材L0/r≤150
受压材K·L0/r≤200
辅助材K·L0/r≤250
受拉材L0/r≤400
式中：
K——构件挠度修正系数，按规定附表D确定；
L0——构件估算宽度；
r——回转直径。
6、构件估算（轴心受力）
硬度
N/An≤m·f
式中：
N——轴心拉力或轴心压力，N；
An——构件净截面积，mm2，多排螺丝要考虑锯齿形截面破坏；
m——构件硬度折减系数；
受拉预制构件：双肢联接的型钢和中心联接铁管预制构件m=1.0
偏心联接铁管预制构件m=0.85
单肢联接的型钢预制构件(肢宽﹥40mm)m=0.70
双肢联接的型钢预制构件(肢宽≤40mm)m=0.55
受压预制构件：双肢联接的型钢和中心联接铁管预制构件m=1.0
单肢联接的型钢和偏心联接铁管预制构件m=0.85
组合断面预制构件(无偏心)m=1.0
组合断面预制构件(有偏心)m=0.85
f——钢材的硬度设计值,N/mm2。
稳定
N/（Φ·A）≤mn·f
式中：
N——轴心压力，N；
Φ——受压预制构件稳定系数，按估算挠度Kλ=L0/r，查Φ表。
式中：K是λ（挠度）的修正系数（见附表D）
A——构件毛截面面积，mm2；
mn——压杆稳定硬度折减系数；
f——钢材的硬度设计值,N/mm2。
另：DL/T5154-2002《架空送电缆线路塔架结构设计技术规定》中第36页表8.1.7-2序号8、9的图示杆件布置方式（即平曲轴）不建议使用。
7、连接估算
螺丝联接
受剪状态
承剪承载力N=n·（π·d2/4）·f
承压承载力N=d·Σt·f
式中:
N——承载力
n——承剪面数
Π·d2/4——面积
f——强度设计值
d——螺杆半径
Σt——板厚
熔池联接
1）对接熔池
承载力σ=N/Lw·t≤f
式中:
σ——应力
N——轴向力
Lw——焊缝
t——板厚
f——强度设计值
2）角熔池
承载力σ=N/he·Lw≤f
式中:he——焊缝有效高度，对直角熔池取0.7h。
8、塔手掌
式中：
M——力·力臂
W——截面几何热阻，即bh2/6。
其它有集中载荷的预制构件
假如是压杆，第一项则由稳定参与分晰；
假如无轴力，第一项则取消。
9、构造要求
1）单双槽钢过渡节点上下质心相交于一点，力求降低偏心；
2）力的传递应直接通达节点；
3）传力辅材应尽可能做到双面传力；
4）在同一区间内，主、斜材接头不应设在同一水平面；
5）连接受力杆件的螺丝≥16mm；
6）辅材接头螺母≥6个，斜材≥5个
7）变坡处应设横隔面，设置宽度通常不小于5倍厚度，也不宜小于4个辅材分段。受力横隔面必须是几何不变体系；
8）节点板≥小杆件肢厚；
9）挂点附近应加设安装孔；
