10.1 杆塔荷载

10.1.1  荷载分类原则是根据现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068的规定，结合输电线路结构的特点，为简化荷载分类，不列偶然荷载，将属这类性质的断线张力及安装荷载等也列入了可变荷载，将基础重力、拉线初始张力列入永久荷载，同时为与习惯称谓一致不采用该标准中所用的“作用”术语，而仍用“荷载”来表述。

10.1.2  本条规定了荷载作用方向的分类。

    1  一般情况，杆塔的横担轴线是垂直于线路方向中心线或线路转角的平分线。因此，横向荷载是沿横担轴线方向的荷载，纵向荷载是垂直于横担轴线方向的荷载，垂直荷载是垂直于地面方向的荷载。

    2  悬垂型杆塔基本风速工况，除了0°风向和90°风向的荷载工况外，45°风向和60°风向对杆塔控制杆件产生的效应很接近。因此，通常计算0°、45°及90°三种风向的荷载工况。但是，对塔身为矩形截面或者特别高的杆塔等结构，有时候可能由60°风向控制。

    耐张型杆塔的基本风速工况，一般情况由90°风向控制，但由于风速、塔高、塔型的影响，45°风向有时也会控制塔身主材。对于耐张分支塔等特殊杆塔结构，还应根据实际情况判断其他风向控制构件的可能性。

    3  考虑到终端杆塔荷载的特点是不论转角范围大小，其前后档的张力一般相差较大。因此，规定终端杆塔还需计算基本风速的0°风向，其他风向(90°或45°)可根据实际塔位转角情况而定。

10.1.3  正常运行情况、断线(含分裂导线时的纵向不平衡张力)情况和安装情况的荷载组合是各类杆塔的基本荷载组合，不论线路工程处于何种气象区都必须计算。当线路工程所处气象区有覆冰条件时，还应计算不均匀覆冰的情况。

10.1.4  基本风速、无冰、未断线的正常运行情况应分别考虑最大垂直荷载和最小垂直荷载两种组合。因为，工程实践计算分析表明，铁塔的某些构件(例如部分V型串的横担构件或部分塔身侧面斜材)可能由最小垂直荷载组合控制。

10.1.5、10.1.6  断线(含分裂导线的纵向不平衡张力)情况，当实际工程气象条件无冰时，应按—5℃、无冰、无风计算。断线情况均考虑同一档内断线(单导线为一相，分裂导线考虑一相纵向不平衡张力)。

    1  对单回路悬垂型杆塔，单导线考虑一相导线断线(分裂导线一相导线有纵向不平衡张力)情况或断一根地线的情况。

    2  对耐张塔和双回路及以上的悬垂型杆塔，尚应考虑地线和导线的断线(或分裂导线的纵向不平衡张力)组合。

    3  对导线水平排列的单回路耐张塔，某些杆件内力在边相作用一相导线断线张力(或分裂导线的纵向不平衡张力)时，可能比边、中相同时作用两相导线断线张力(或分裂导线的纵向不平衡张力)的情况还要大，因此要求对单导线考虑作用一相或两相断线张力(分裂导线一相或两相有纵向不平衡张力)的荷载组合。某些杆塔设计时，能够判断作用一相导线断线张力(或分裂导线的纵向不平衡张力)不起控制作用时，可以只计算作用两相导线断线张力(或分裂导线的纵向不平衡张力)的荷载组合，以简化计算。

    4  对双回路或多回路耐张杆塔，由于各工程的导线排列型式不尽相同，也可能存在类似情况，荷载组合时应作考虑。

    5  对于终端杆塔，由于变电站侧导线断线张力(或分裂导线的纵向不平衡张力)很小，线路侧导线断线张力(或分裂导线的纵向不平衡张力)相对很大，因此要求对单回路或双回路终端塔还要考虑线路侧作用一相或两相断线张力(或分裂导线的纵向不平衡张力)，使终端塔的纵向荷载组合效应不低于耐张塔的纵向荷载组合。

    6  对于地线顶架连接在导线横担上面的情况，当横担端部布置成有隔面的非尖头时，单独断地线的工况有时候会控制横担正面的局部构件。

10.1.7  为了提高地线支架的承载能力，对悬垂塔和耐张塔，地线断线张力取值均为100％最大使用张力。

10.1.8  从历次冰灾事故情况来看，地线的覆冰厚度一般较导线要厚，故对于不均匀覆冰情况，地线的不平衡张力取值(占最大使用张力的百分数)较导线要大。无冰区段和5mm冰区段可不考虑不均匀覆冰情况引起的不平衡张力。

    本规范表10.1.8中不均匀覆冰的导、地线不平衡张力取值适用于档距不大于550m、高差不超过15％的使用条件，超过该条件时应按实际情况进行计算。

10.1.9  不均匀覆冰荷载组合，应考虑纵向弯矩组合情况，以提高杆塔的纵向抗弯能力。

10.1.10  本规范规定的各类杆塔断线情况下的断线张力(或分裂导线的纵向不平衡张力)和不均匀覆冰情况下的不平衡张力值已考虑了动力影响，因此，应按静态荷载计算。

10.1.11  2008年的严重冰灾在湖南、江西和浙江等省份均有发生串倒的现象，由于倒塔断线引起相邻档的铁塔被拉到的现象不少。为了有效地控制冰灾事故的进一步扩大，对于较长的耐张段之间适当布置防串倒的加强型悬垂型杆塔，是非常有效的一种方法，国外的规范中也有类似的规定。加强型悬垂型杆塔除按常规悬垂型杆塔工况计算外，还应按所有导、地线同侧有断线张力(或分裂导线的纵向不平衡张力)计算，以提高该塔的纵向承载能力。

10.1.12  本条是根据以往实际工程设计经验确定的。验算覆冰荷载情况是作为正常设计情况之外的补充计算条件提出来的。主要在于弥补设计条件的不足，用以校验和提高线路在稀有的验算覆冰情况下的抗冰能力。它的荷载特点是在过载冰的运行情况下，同时存在较大的不平衡张力。这项不平衡张力是由于现场档距不等、在冰凌过载条件下产生的，导、地线具有同期同方向的特性，故只考虑正常运行和所有导、地线同时同向有不平衡张力。

    鉴于验算覆冰荷载出现概率很小，故不再考虑断线和最大扭矩的组合情况。

10.1.13  本条说明有以下几点：

    1  悬垂型杆塔提升导、地线及其附件时发生的荷载。其中，提升导、地线的荷载一般仍按常规2倍起吊考虑。如果考虑避免安装荷载(包括检修荷载)控制杆件选材，起吊导、地线时采用转向滑轮(图13)等措施，将起吊荷载控制在导、地线重量的1.5倍以内是可行的。直流线路已有工程经验。但是，应在设计文件中加以说明。

图13  起吊导、地线时采用转向滑轮示意图

    2  悬垂型杆塔，导线或地线锚线作业时，挂线点处的线条重力由于前后塔位高差对其影响较大，一般应取垂直档距较大一侧的线条重力。即：按塔位实际情况，一般应取大于50％垂直档距的线条重力。

    3  双回及多回路杆塔如无特殊要求，一般不考虑单边导、地线先架设的情况；双回路及以上的杆塔，导线分期架设往往会在施工时使杆塔受到较大的扭矩。为了尽可能减小施工荷载的影响，一般只有当实际工程需要分期架设时，才考虑分期架设的荷载组合。

    4  导、地线的过牵引、施工误差和初伸长引起的张力增大系数应由电气专业根据导、地线的特性确定。

    5  水平和接近水平的杆件，单独校验承受1000N人重荷载，而不与其他荷载组合，是参照国外的设计经验和国内部分设计单位的实践经验。一般可将与水平面夹角不大于30°的杆件视为接 近水平的杆件。如果某些杆件不考虑上人，应在设计文件中说明。校验时，可将1000N作为集中荷载，杆件视为简支梁，其跨距取杆件的水平投影长度，杆件应力不应大于材料的强度设计值。

10.1.14  本条是根据以往实际工程设计经验确定的。

10.1.15  考虑阵风在高度方向的差异对曲线型(变坡)铁塔斜材产生的不利影响，也称埃菲尔效应。

10.1.16  混凝土高塔是指混凝土塔身的总高度超过100m的塔。以往工程设计经验表明，位于7度地震区的这类高塔的个别断面是由地震荷载控制的。

10.1.17  圆管构件在以往的工程中曾出现过激振现象，有的振动已引起螺栓连接的松动或构件的损坏。虽然目前要精确地计算振动力尚有困难，有些参数不容易得到，设计时可参照现行国家标准《高耸结构设计规范》GB 50135的有关规定。

10.1.18  导、地线风荷载计算公式中风压调整系数β_c，是考虑500kV线路因绝缘子串较长、子导线多，有发生动力放大作用的可能，且随风速增大而增大。此外，近年来500kV线路发生事故频率较高，适当提高导、地线荷载对降低500kV线路的倒塔事故率也有一定帮助。根据对比计算，考虑β_c后，500kV线路铁塔的设计重量比不考虑β_c增加5％～10％左右。但对于电线本身的张力弧垂计算、风偏角计算和其他电压等级线路的荷载计算都不必考虑β_c，即取βc＝1.0。

    按照1997年6月25日至27日电力规划设计总院和国家电力调度通信中心联合召开的《110～500kV架空送电线路设计技术规程报批稿专家讨论会》的精神，并与现行行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T 620第10.2.2条的规定取得一致，将电气间隙校验用的风压不均匀系数α统一使用到各级电压线路。本规范表10.1.18-1的注是提醒对跳线计算，不宜考虑为α效应。

    此外前苏联1977年的《电气设备安装规程》及德国的DIV VDE0210以及美国的ASCE“Guidelines for Transmission line Structural Loading”等资料，也都认为对档距小于200m左右的也不宜乘以小于1.0的α值。本规范表10.1.18-2中的α值也可用a＝0.50＋60/L_H公式计算。

    通过对各国风偏间隙校验用风压不均匀系数的分析，参照其中反映风压不均匀系数随档距变化规律的德国和日本系数曲线。结合我国实际运行经验，提出了风压不均匀系数的取值要求。

图14  间隙校验风压系数不均匀系数图

    从图14可以反映出：

    1  现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定适用于机械负荷计算，对于导线风偏间隙校验应该有所折减。

    2  前苏联和中国对不同档距采用简化的单一数据，对大档距偏高，对小档距偏低。

    3  日本和德国的规定，反映了风压不均匀系数随档距变化的客观规律，比较适合于权衡比选该系数的取值要求。条文中采用的数据大于德国和日本的规定。

    4  公式α＝0.50＋60/LH中第一项0.5从德国和日本公式的0.45和0.5中取大值，第二项60从60和40中取大值，这样偏大地组合在400m档距以下已经超出德国和日本数据的包络线，档距越小超出越大。

    5  图14中“4项平均”系取前苏联、中、日、德四国规范数据平均，“5项平均”还计入了我国荷载规范的数据。

10.1.19  体型系数μ_s按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009确定。当考虑杆件相互遮挡影响时，可按《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定计算受风面积A_S。

10.1.20  杆塔本身风压调整系数β_z，主要是考虑脉动风振的影响。为便于设计，对一般高度的杆塔在全高度内采用单一系数。根据过去部分实测结果和经验，总高度在20m及以下杆塔的自振周期较小(一般在0.25s以下)，可以不考虑风振的影响(即β_z＝1.0)。拉线杆塔的β_z值的规定主要是参照现行国家标准《高耸结构设计规范》GB 50135的规定给予适当提高。总高度超过60m的杆塔，特别是较高的大跨越杆塔，其β_z宜采用由下而上逐段增大的数值，可以参照现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定确定；对宽度较大或迎风面积增加较大的计算段(例如横担、微波天线等)应给予适当加大。

    对基础的β_z值是参考化工塔架的设计经验，取对杆塔效应的50％，即β基础＝(β杆塔—1)/2＋1，考虑到使用上方便，取对60m及以下杆塔为1.0；对60m以上杆塔为1.3。

10.1.21  本条中的计算公式是根据我国电力部门设计经验确定的。

    以上导、地线风荷载计算公式、杆塔风荷载计算公式和绝缘子串风荷载计算公式中均有系数B，B为覆冰工况时，风荷载的增大系数，仅仅用于计算覆冰风荷载之用，计算其他工况的风荷载时，不考虑系数B。

10.1.22  本条参考了国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009第7.2.1条的规定。

    本规范表10.1.22风压高度变化系数μ_z，按下列公式计算得出：

    式中：Z——对地高度(m)。