浅谈铁塔结构的优化设计

　　（河北峻威铁塔有限公司，河北衡水053000）
　　【摘要】在铁塔的设计过程中，铁塔设计水平的高低决定着铁塔质量的好坏，还影响着输电线路的质量和造价，因此如何对铁塔进行优化成为现阶段设计人员面临的一个重要问题。本文章就对铁塔的结构优化设计进行简单的论述。
　　【关键词】铁塔结构；优化设计；原理
　　铁塔的设计水平以及设计的质量直接影响着输电线路的投产后的质量。因此如何在保障其安全可靠运行的基础下，对铁塔的结构进行优化成为目前铁塔设计人员所面临的重要问题之一。对于铁塔的设计而言，需要遵循的原则有很多，确认好优化的原则对于铁塔的结构优化设计而言，有着十分重要的意义，下面笔者就对铁塔的优化设计原则以及局部优化的措施进行论述。
　　一、铁塔结构的优化设计原则与目的
　　对于铁塔结构的优化设计而言，首先就需要满足线路的电气性要求，要结合荷载、结构体系、结构内力、变形强度等方面进行综合的计算。在进行铁塔的设计的时候需运用概率理论作为极限状态的设计基础。
　　铁塔结构优化要遵循承载力极限状态。在铁塔的结构和构件的设计和选择过程中，要注重其强度、稳定性和连接能力，要在承载力极限的要求下，通过荷载效应的基本组合来进行荷载设计。其次还需要满足正常使用极限状态，对于结构和构件而言，往往在长时间的使用过程中会出现裂缝或者变形，因此需要按照正常的使用极限状态要求，运用标准的荷载组合规范来进行设计。通常，在塔头的尺寸设计上，一定要保障其能够满足电气间隙，并足够的紧凑，从而使得塔头的受风面积降低，以降低风力荷载，在节约成本的同时，实现对铁塔的安全性能保障。塔身的布置作为铁塔的支撑部位，塔身一定要满足铁塔的整体建设强度和稳定性需求，构建之间的传力要均匀和正确，传力路线要清晰。塔根的部分，要根据最小塔重的原则来选取，通过结合基本作用力以及材料消耗，来选择最为恰当贺礼的方案。铁塔的接腿处设计，要与基面治理和我国环境保护的要求相结合，保障接腿施工的方面和快捷。
　　对于铁塔结构优化而言，其最主要的目的就是保障铁塔的工作性能和承载念能力。其次优化目的还包括铁塔的正常维护下的使用寿命，除此之外，还包括构建的布局、结构形式、传力的路线，要简洁和清晰。部件与节点之间，要能够充分的发挥出其承载的潜力。其次，才是通过优化设计，实现对铁塔建设成本的降低。
　　二、铁塔塔头优化
　　对于铁塔的塔头优化而言，上文中笔者已经提到过，对其优化的首先就是要保障其能够满足电气间隙要求。在优化的过程中要将塔头的受力特点相结合，尽可能的降低线路的走宽和铁塔的自身重量。塔头形式的设计上要注重简洁、传力和结构的清晰。在实际设计过程中，要选择多个参考方案进行数据对比，综合考虑传力、造型、重量等因素来选择优化。
　　三、塔身优化
　　对于塔身的优化而言，最重要的就是对塔身的坡度进行优化。在一定的荷载条件之下，塔身坡度的大小，将影响着铁塔的重量增长趋势。如果塔身坡度设计合理，不仅能够降低铁塔的钢材指标还能够对其稳定性和可靠性进行保障，除此还能够保障铁塔的外观协调。对于塔身的坡度优化而言，其对铁塔的整体重量有着十分重要的影响作用，还对铁塔的建筑成本起到降低的作用。
　　对塔身坡度进行优化时，需要将整个铁塔的质量作为目标求解值，综合铁塔的结构构件受力能力以及基础作用力等因素，选择最佳的坡度。通常来说，其做法就是通过吸取塔身建设的经验，以成熟塔设计的单面坡度作為塔身坡度设置的参照值，通过在参照值的上下进行浮动，从而获取最佳坡度值。
　　四、铁塔的杆部件布置优化
　　首先来说杆件布置优化需要在对铁塔传力提点的分析和计算的基础上，通过运用科学的主材节间以及布置方法，将铁塔的传力路线进行清晰化，通过主、次杆材的结合，匹配出强度最优的组合形式，在通过综合受力、美观等因素，来进行最后的布置。
　　需要注意的是铁塔的杆件布置在设计的时候，一定要对铁塔的传力特点进行详细的计算，要通过参照成熟塔数据，来计算出经济最优、构件承载力最优的方案。其次，可以通过选择K型的次材位置进行调控，让塔身交叉材的同时受压最小化。第三、就是要对次材与水平夹角的大小进行明确，通过直接决定次材的对外荷载抵抗力矩，或者是对主材节间分段进行设计，在布局的过程中，一定要注意杆件的合理搭配和良好组合。
　　五、铁塔的节点构造优化
　　对于铁塔的优化设计而言，铁塔节点构造设计是一项十分关键的环节。因此设计的好坏直接影响着构建承载力与实际承载需要能否匹配。因此对这个环节予以高度的重视，是保障铁塔结构的安全化发展的一项重要内容。因此在此部分的优化设计上一定要加强整体研究，还要注重对细节的处理。在节点的优化过程中，需要遵循以下几点原则：首先要避免连接杆夹角过于小。其次塔身的次材与主材连接上需要采用多心线法，尽可能的让主材与次材直接连接。第三，要尽可能的降低杆件的偏心连接，这样能够降低偏心弯矩对杆件承载力带来的影响。第四，对于不同的主次材连接上，可以通过盖面次材端部的约束，来降低长细比的修正系数。第五，就是在设计上，要注重两面的杆件不能对孔布置，降低断面的风险。
　　六、长短腿设计优化
　　对于铁塔长短腿设计而言，主要采用的是全方位的长短腿设计方法，通过灵活配置高低基础来进行使用。这种方式不仅能够降低工程土方量还能够从最大限度上降低塔基的环境破坏程度，实现对生态的保护。对于长短腿优化而言，其具有较高的现实意义。在以往的工程实践过程中，我们可以发现，长短腿差距较大的时候，铁塔的重量也会响应的增加，因此，在进行工程设置的时候，一定要注重他为坡度的设计要满足具体情况。在长短腿设置上保证起处于最小级差，从而实现对建筑材料的节省。除此之外还需要根据铁塔的受力情况，进行合理的公用腿设置和添加。
　　七、结语
　　在本文章的论述中，笔者针对铁塔结构优化的原则和目的以及局部的结构优化方法进行论述，通过论述我们可以了解到，在铁塔结构的优化设计中，每一个环节都不是独立的，其与其他部分都是息息相关的。因此设计人员在进行铁塔结构优化设计的时候，需要充分的对铁塔结构系统的工作职能进行了解，认识这种优化设计是一种动态的管理过程。要从全局的角度上出发，精确到铁塔结构的每一个细节之中去。在考量可靠性、安全型、经济型、周边环境保护等多方面因素的影响之下，通过动态的调控手段，来对铁塔项目进行优化设计，只有这样才能保障铁塔结构优化取得良好的成绩。
　　【参考文献】
　　〔1〕杨常青。输电线路铁塔结构设计的现状和优化措施〔J〕。中国新技术新产品，2014，（20）：37。
　　〔2〕张鹏。基于元模型的输电铁塔结构优化设计〔D〕。华北电力大学，2013。
　　〔3〕帅慧明。高压输电铁塔结构优化设计方法研究与应用〔D〕。广州大学，2011。
　　〔4〕陈永叠。输电线路铁塔结构设计的现状和优化措施〔J〕。黑龙江科技信息，2010，（36）：12。
　　〔5〕储开宇。输电铁塔结构形状优化设计〔D〕。华北电力大学（河北），2005。
　　〔6〕张绍周。优化铁塔结构设计，降低送电线路造价〔J〕。福建电力与电工，1995，（03）：3233。
　　〔7〕董世份。架空线路铁塔腹杆结构的优化设计〔J〕。电力建设，1984，（08）：2325。