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[摘 要]文章综述了我国高压输电线路铁塔结构设计方面的经验和看法和常被忽略的问题。对我国输电线路杆塔结构在载荷取值、结构优化、新材料应用等方面的研究进展加以介绍，并且根据研究现状和社会发展需求，提出今后研究需要进一步加强的内容。
[关键词]杆塔；设计；结构优化
中图分类号：TM753 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0135-02
近年来，随着我们电网建设的不断加强，输电线路杆塔得到了前所未有的发展，在电网建设中，架空输电线路的杆塔结构作为架空高压输电线路重要组成部分，其设计质量的好坏直接影响线路的经济性和可靠性。且费用约占整个工程的30%～40%，合理选择杆塔型式是关键。由于冰灾给整个电网带来了极大的损失，为全面提升输电线路安全运行水平和杆塔结构稳定性，进一步开展线路杆塔结构的研究创新势在必行。
杆塔设计的几点问题：特高压电网的建设、输电新技术在我国的不断推广应用给输电线路杆塔的研究提出许多新的挑战，安全可靠、经济合理是杆塔结构设计的主要目标和方向。以下就我国输电线路杆塔结构设计及工程应用过程中，常遇到的一些实际问题进行了探讨。
1 设计理论的更新
1990年出版实施的《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》主要足以SDJ3一l979《架空送电线路设计技术规程》为基础，同时根据GBJ一1984《建筑结构设计统一标准》的结构可靠度指标对杆塔结构设计作出相应的规定。而《02结构规定》是以概率理论为摹础的极限设计方法，该方法在1987年GBJ9—1987《建筑结构荷载规范》及1989年GBJ10—1989《凝土结构设计规范》出台后，在其他工业与民用建筑.尤其是民用建筑中广泛应用的一种设计疗法。这两本规范随着《建筑结构可靠设计统一标准》在2002年的修订分别于2002年3月、4月重新修订。该方法规定整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，而不能满足设计规定的某一功能时，则称此特定状态为该功能的极限状态，超过这一界限，则结构进入失效状态，分承载力极限状态和正常使用极限状态。
2 杆塔设计原则
杆塔结构设计是对满足线路电气性能要求的既定类型的杆塔进行荷载计算，结构体系选择，结构内力与变形分析，强度、稳定和刚度等校核，最后绘制加工详图与组装图的全过程。结构设计既要满足杆塔强度与稳定要求，又要使结构经济合理。
3 杆塔结构优化
3.1 塔头坡度的优化
对于头部塔身而言，为了确保上下主材匹配及刚度要求，规划时需要采取合适的坡度。但对于头部塔身的规划，除了上述因素外，尚需考虑头部塔身主材与横担主材的协调以及头部连接等问题。直塔身模式和梯形塔身模式是目前常用的两种模式。直塔身模式下横担与塔身相连接的角钢成垂直型式，加工方便、电气间隙较好布置；梯形塔身模式变坡处上下段塔身主材规格接近，比较好协调，且变坡处塔身宽度较直塔身模式打，铁塔抗扭能力强。
3.2 塔身坡度的优化
当塔身上口宽一定时，塔身坡度越小，铁塔斜材就短，同时，斜材受力也越小，斜材重量将会减轻，但铁塔主材内力将加大，主材规格就越大。反之，塔身坡度越大，根开就越大，塔身主材内力就越小，主材规格就相应减小，但此时，铁塔斜材长度会增长，内力随之而增大，斜材规格将会急剧增加，斜材基本受稳定控制。塔身坡度的大小也直接影响到基础作用力和征地范围的大小，塔身坡度越小，基础作用力就越大；塔身坡度越大，基础作用力就越小，但塔基征地范围加大，因此，合适的塔身坡度是铁塔结构优化设计的关键。
对于铁塔重量而言每一个具体的铁塔都有一个最佳根开，在此根开下塔重最轻。工程设计经验表明，塔身上口宽对塔重的影响较小，坡度对塔重的影响较大。因此，对于本工程直线塔，在满足横担构造要求及变形要求的前提下，塔身上口宽不宜过大，太大则增加辅助材的耗量，对降低塔重不利，而坡度的选取则应在塔重相差不大且基础作用力也相差不大的前提下，尽量取小的坡度，以减小征地范围，有利于环境保护。
3.3 直线塔塔身断面型式
直线塔是工程中使用最多的铁塔，对于直线塔塔身断面形式的优化也是必要的。
根据直线塔所受荷载的特点（主要是以横向荷载为主），其塔身断面在工程中往往设计为方形与矩形两种断面形式，它们各有优缺点：方形断面的直线塔刚度好，在山区坡度大的塔位，为避免基面大开挖而采用高低腿时，方形断面直线塔的高低腿的品种少，便于制造和安装，但是钢材用量要多一些；矩形断面适合于直线塔的受力特点、钢材用量较省，但采用高低腿時，因为塔身的正、侧面尺寸和构件长度不同，加工制造工作量要大的多，由于正、侧面高低腿的尺寸不同，安装工作也复杂一些，此外，在大档距负荷条件下，矩形塔显得纵向刚度薄弱。
根据以往的工程经验，塔身断面采用矩形断面与采用方形断面相比，全塔的重量仅降低3.5%左右。因本工程采用导线截面较大，纵向张力较大，若采用矩形断面，则铁塔顺线路方向的刚度较小，易产生变形。同时考虑到今年年初我国南方冰雪天气给输电线路造成的破坏，输电线路不宜采用扁塔这一经验，本线路铁塔均采用方型塔身断面。
3.4 偏心引出的思考
偏心是输电线路铁塔结构中普遍存在的问题。只不过设计者应认真处理杆与杆之间、杆系之间、各结合部的构造偏心等问题。
四、五十年代 设计实践中，曾为解决塔身主材之间的偏心问题， 采取了上、下主材 搭接接头形式，虽近二、三十年鲜有使用，但在解决塔头 K 节点，节点板过大、浪费钢材的问题上， 则巧用了这种接头形式的优势，改近了设计。至于整塔自上而下，象塔身主材有规律、逐梯次的增大规格，段与段的主材偏心问题，则一般仅在10mm左右，由此出现的附加弯矩，则忽略不计。若塔身上段主材由单角钢接下段主材双角钢，则段与段的主材重心线应衔接在一起。 角钢塔塔身主材与斜材的准线是否交于一点，在八十年代中期，我国已在500kV输电线路单角钢铁塔结构设计实践中，进行了研究和应用，斜材的准线交于主材外皮，和斜材的准线交于主材双排准线的外排准线上，两种塔型的真型塔试验效果良好。嗣后，工程广泛应用的效果也很好。
设计实践和工程应用证明，角钢塔塔身主材与斜材准线的交点位置，在上述两种处理方法上，均无碍于杆系的传力、无碍于力学模型的建立，无碍于内力分析。
近一、二十年中，大多设计人员普遍地认同，构件接头尽量用双包铁。以解决单包铁接头形式会导致邻近的辅助性杆件须按相邻主材内力的3 %进行选材。如：前几年某投标工程真型塔试验过程中，主材失稳。此问题已经分析研究证明，从局部区域看，由于主材相对于相邻的辅助材而言，更近似于连续樑，辅助材则相当于支点，故主材由于单包接头出现附加弯矩，相邻支点的反力比其它支点的反力就大了1.5倍，也就是说辅助材的内力大了1.5倍。常规辅助性杆件选材按相邻主材内力的2 %进行选材，此时则应按相邻主材内力的3 %进行选材。
同时在真型塔试验过程中，也出现了直接承受扭力的横隔面斜材被压曲的现象。查其原因，是由于横隔斜材与横材背对背连接，偏心过大所致，而这种连接方式却是常用方式。经将横隔斜材背向下放置就解决了问题。这个实例说明，不能处处都以“常规设计”了事。当然，解决问题的方法，还可以有多种选择。如：将横隔斜材背向下放置，偏心是大大减少了，但往往要通过节点板进行连接，钢材要多用一些。若将横隔斜材改为十字组合截面，不仅可以减少偏心，还可能省了节点板，甚至还可能省了斜材的钢材耗量。
最近我参加了特高压铁塔施工图的审查会，此类问题仍层出不穷，甚至一个塔的图中几个横隔面不是一个人画的也不统一，这就要设计人员随时要有一个清醒的头脑，正确处理解决问题。
结束语
从上所述可见，我国高压输电线路铁塔结构设计方面确有不少经验值得总结。不仅仅限于从技术细节上必须做到万无一失，还应当结合工程实际情况、电气条件的需要，优化选择出安全可靠、经济适用的塔型。也正是这些技术细节处理得当、思路清楚，才能做到结构布局合理，才能保障結构的安全可靠。
参考文献
[1] 董会文.DL/T5154-2002架空送电线路杆塔结构设计技术规定的理解应用和探索[J].西北电力技术，2004（4）.
[2] 傅春蘅.高压输电线路铁塔结构设计几点分析[J].电力建设，2003（1）.
[3] 陈勇、万启发等.关于我国特高压导线和塔架结构的探讨[J].高压技术，2004（30）.
[4] 董泽芳.桩基在输电线路杆塔基础中的设计与应用[J].供电用，1998（6）
[关键词]杆塔；设计；结构优化
中图分类号：TM753 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0135-02
近年来，随着我们电网建设的不断加强，输电线路杆塔得到了前所未有的发展，在电网建设中，架空输电线路的杆塔结构作为架空高压输电线路重要组成部分，其设计质量的好坏直接影响线路的经济性和可靠性。且费用约占整个工程的30%～40%，合理选择杆塔型式是关键。由于冰灾给整个电网带来了极大的损失，为全面提升输电线路安全运行水平和杆塔结构稳定性，进一步开展线路杆塔结构的研究创新势在必行。
杆塔设计的几点问题：特高压电网的建设、输电新技术在我国的不断推广应用给输电线路杆塔的研究提出许多新的挑战，安全可靠、经济合理是杆塔结构设计的主要目标和方向。以下就我国输电线路杆塔结构设计及工程应用过程中，常遇到的一些实际问题进行了探讨。
1 设计理论的更新
1990年出版实施的《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》主要足以SDJ3一l979《架空送电线路设计技术规程》为基础，同时根据GBJ一1984《建筑结构设计统一标准》的结构可靠度指标对杆塔结构设计作出相应的规定。而《02结构规定》是以概率理论为摹础的极限设计方法，该方法在1987年GBJ9—1987《建筑结构荷载规范》及1989年GBJ10—1989《凝土结构设计规范》出台后，在其他工业与民用建筑.尤其是民用建筑中广泛应用的一种设计疗法。这两本规范随着《建筑结构可靠设计统一标准》在2002年的修订分别于2002年3月、4月重新修订。该方法规定整个结构或结构的一部分超过某一特定状态，而不能满足设计规定的某一功能时，则称此特定状态为该功能的极限状态，超过这一界限，则结构进入失效状态，分承载力极限状态和正常使用极限状态。
2 杆塔设计原则
杆塔结构设计是对满足线路电气性能要求的既定类型的杆塔进行荷载计算，结构体系选择，结构内力与变形分析，强度、稳定和刚度等校核，最后绘制加工详图与组装图的全过程。结构设计既要满足杆塔强度与稳定要求，又要使结构经济合理。
3 杆塔结构优化
3.1 塔头坡度的优化
对于头部塔身而言，为了确保上下主材匹配及刚度要求，规划时需要采取合适的坡度。但对于头部塔身的规划，除了上述因素外，尚需考虑头部塔身主材与横担主材的协调以及头部连接等问题。直塔身模式和梯形塔身模式是目前常用的两种模式。直塔身模式下横担与塔身相连接的角钢成垂直型式，加工方便、电气间隙较好布置；梯形塔身模式变坡处上下段塔身主材规格接近，比较好协调，且变坡处塔身宽度较直塔身模式打，铁塔抗扭能力强。
3.2 塔身坡度的优化
当塔身上口宽一定时，塔身坡度越小，铁塔斜材就短，同时，斜材受力也越小，斜材重量将会减轻，但铁塔主材内力将加大，主材规格就越大。反之，塔身坡度越大，根开就越大，塔身主材内力就越小，主材规格就相应减小，但此时，铁塔斜材长度会增长，内力随之而增大，斜材规格将会急剧增加，斜材基本受稳定控制。塔身坡度的大小也直接影响到基础作用力和征地范围的大小，塔身坡度越小，基础作用力就越大；塔身坡度越大，基础作用力就越小，但塔基征地范围加大，因此，合适的塔身坡度是铁塔结构优化设计的关键。
对于铁塔重量而言每一个具体的铁塔都有一个最佳根开，在此根开下塔重最轻。工程设计经验表明，塔身上口宽对塔重的影响较小，坡度对塔重的影响较大。因此，对于本工程直线塔，在满足横担构造要求及变形要求的前提下，塔身上口宽不宜过大，太大则增加辅助材的耗量，对降低塔重不利，而坡度的选取则应在塔重相差不大且基础作用力也相差不大的前提下，尽量取小的坡度，以减小征地范围，有利于环境保护。
3.3 直线塔塔身断面型式
直线塔是工程中使用最多的铁塔，对于直线塔塔身断面形式的优化也是必要的。
根据直线塔所受荷载的特点（主要是以横向荷载为主），其塔身断面在工程中往往设计为方形与矩形两种断面形式，它们各有优缺点：方形断面的直线塔刚度好，在山区坡度大的塔位，为避免基面大开挖而采用高低腿时，方形断面直线塔的高低腿的品种少，便于制造和安装，但是钢材用量要多一些；矩形断面适合于直线塔的受力特点、钢材用量较省，但采用高低腿時，因为塔身的正、侧面尺寸和构件长度不同，加工制造工作量要大的多，由于正、侧面高低腿的尺寸不同，安装工作也复杂一些，此外，在大档距负荷条件下，矩形塔显得纵向刚度薄弱。
根据以往的工程经验，塔身断面采用矩形断面与采用方形断面相比，全塔的重量仅降低3.5%左右。因本工程采用导线截面较大，纵向张力较大，若采用矩形断面，则铁塔顺线路方向的刚度较小，易产生变形。同时考虑到今年年初我国南方冰雪天气给输电线路造成的破坏，输电线路不宜采用扁塔这一经验，本线路铁塔均采用方型塔身断面。
3.4 偏心引出的思考
偏心是输电线路铁塔结构中普遍存在的问题。只不过设计者应认真处理杆与杆之间、杆系之间、各结合部的构造偏心等问题。
四、五十年代 设计实践中，曾为解决塔身主材之间的偏心问题， 采取了上、下主材 搭接接头形式，虽近二、三十年鲜有使用，但在解决塔头 K 节点，节点板过大、浪费钢材的问题上， 则巧用了这种接头形式的优势，改近了设计。至于整塔自上而下，象塔身主材有规律、逐梯次的增大规格，段与段的主材偏心问题，则一般仅在10mm左右，由此出现的附加弯矩，则忽略不计。若塔身上段主材由单角钢接下段主材双角钢，则段与段的主材重心线应衔接在一起。 角钢塔塔身主材与斜材的准线是否交于一点，在八十年代中期，我国已在500kV输电线路单角钢铁塔结构设计实践中，进行了研究和应用，斜材的准线交于主材外皮，和斜材的准线交于主材双排准线的外排准线上，两种塔型的真型塔试验效果良好。嗣后，工程广泛应用的效果也很好。
设计实践和工程应用证明，角钢塔塔身主材与斜材准线的交点位置，在上述两种处理方法上，均无碍于杆系的传力、无碍于力学模型的建立，无碍于内力分析。
近一、二十年中，大多设计人员普遍地认同，构件接头尽量用双包铁。以解决单包铁接头形式会导致邻近的辅助性杆件须按相邻主材内力的3 %进行选材。如：前几年某投标工程真型塔试验过程中，主材失稳。此问题已经分析研究证明，从局部区域看，由于主材相对于相邻的辅助材而言，更近似于连续樑，辅助材则相当于支点，故主材由于单包接头出现附加弯矩，相邻支点的反力比其它支点的反力就大了1.5倍，也就是说辅助材的内力大了1.5倍。常规辅助性杆件选材按相邻主材内力的2 %进行选材，此时则应按相邻主材内力的3 %进行选材。
同时在真型塔试验过程中，也出现了直接承受扭力的横隔面斜材被压曲的现象。查其原因，是由于横隔斜材与横材背对背连接，偏心过大所致，而这种连接方式却是常用方式。经将横隔斜材背向下放置就解决了问题。这个实例说明，不能处处都以“常规设计”了事。当然，解决问题的方法，还可以有多种选择。如：将横隔斜材背向下放置，偏心是大大减少了，但往往要通过节点板进行连接，钢材要多用一些。若将横隔斜材改为十字组合截面，不仅可以减少偏心，还可能省了节点板，甚至还可能省了斜材的钢材耗量。
最近我参加了特高压铁塔施工图的审查会，此类问题仍层出不穷，甚至一个塔的图中几个横隔面不是一个人画的也不统一，这就要设计人员随时要有一个清醒的头脑，正确处理解决问题。
结束语
从上所述可见，我国高压输电线路铁塔结构设计方面确有不少经验值得总结。不仅仅限于从技术细节上必须做到万无一失，还应当结合工程实际情况、电气条件的需要，优化选择出安全可靠、经济适用的塔型。也正是这些技术细节处理得当、思路清楚，才能做到结构布局合理，才能保障結构的安全可靠。
参考文献
[1] 董会文.DL/T5154-2002架空送电线路杆塔结构设计技术规定的理解应用和探索[J].西北电力技术，2004（4）.
[2] 傅春蘅.高压输电线路铁塔结构设计几点分析[J].电力建设，2003（1）.
[3] 陈勇、万启发等.关于我国特高压导线和塔架结构的探讨[J].高压技术，2004（30）.
[4] 董泽芳.桩基在输电线路杆塔基础中的设计与应用[J].供电用，1998（6）