输电线路结构设计要点

输电线路结构设计要点

主要内容一、输电杆塔简介二、杆塔设计荷载三、杆塔结构设计四、杆塔基础设计

一、输电杆塔简介:

输电杆塔钢筋混凝土电杆自立式拉线钢管杆角钢塔自立式拉线钢管塔自立式

1.混凝土电杆简介：

单杆双杆带拉线双杆混凝土电杆的应用范围：

（1）混凝土单杆一般主要用于35～110kV单回路直线杆。依靠自身基础埋深维持稳定，承载较小。

（2）混凝土双杆和带拉线双杆一般用于35～110kV单回路承力（耐张、转角、终端）杆和220～330kV单回路直线杆。此类混凝土杆受力性能好，耗钢量少。

2.钢管杆

钢管杆按结构形式分为等径杆和锥形杆，按截面型式分为分为圆形、多边形。具有占地面积小，外形美观，施工方便快捷，塔材不易被盗的优点，缺点是耗钢量大。1）单回路铁塔：

优点：a)、杆件受力、传力明确清晰，杆件受力最为优化；b)、三相导线位于同一水平线，塔重指标最优；c)、设计、加工、运行经验丰富。酒杯型铁塔猫头型铁塔优点：a)、杆件受力、传力明确清晰，在110~330电压等级中应用广泛；b)、导线三角排列，线路走廊最窄；c)、设计、加工、运行经验丰富。缺点：中相抬高，导致铁塔弯矩增加，塔重较重。上字形铁塔一般用于低电压等级的直线、耐张塔。常用直线拉线塔分为“拉门塔”、“拉V塔”和“拉猫塔”。拉V塔拉门塔拉猫塔具有良好的整体稳定性，能承受较大的轴向压力。拉线能承受很大的拉力。拉线塔单基指标较轻，与自立塔相比可节省塔材约30%，在110～500kV线路工程中有成熟的技术经验。拉线塔占地范围较大。山区易受地形限制，不宜使用拉线塔；在平原地区多为农田时，从占地角度也不宜使用拉线塔。运行管理方面存在不便之处，如拉线的防松问题等。目前除人烟稀少地区外，线路工程中一般不推荐采用拉线塔。特点：

干字型耐张塔具有结构紧凑，受力合理、结构处理成熟等优点，是国内外送电线路常用的转角塔型。干字型耐张塔2）双回路铁塔：鼓型直线及转角塔有良好的设计、施工和运行经验，其外形也与直线塔协调，一般双回路耐张塔均选用鼓型塔。4.钢管塔

钢管塔一般用在高电压等级输电线路中，其型式和角钢塔类似。

杆塔使用原则：1、对不同类型杆塔的选用，应依据线路路径特点，按照安全可靠、经济合理、维护方便和有利于环境保护的原则进行。对于山区线路杆塔，应依据地形特点，配合高低基础，采用全方位长短腿结构型式。2、在平地和丘陵等便于运输和施工的非农田和非繁华地段，可因地制宜地采用拉线杆塔和钢筋混凝土杆。3、对于线路走廊拆迁或清理费用高以及走廊狭窄的地带，宜采用导线三角形或垂直排列的杆塔，并考虑V型、Y型等绝缘子串使用的可能性，在满足安全性和经济性的基础上减小线路走廊宽度。非重冰区线路还宜结合远景规划，采用双回路或多回路杆塔；重冰区线路宜采用单回路导线水平排列的杆塔；城区或市郊线路可采用钢管杆。水平、垂直档距水平档距：杆塔两侧档距之和的算术平均值，表示有多长导线的水平荷载作用在杆塔上。垂直档距：计算杆塔两侧导线最低点之间的水平距离，表示有多长导线的垂直荷载作用在杆塔上。

断线工况◆12规范按-5℃、

设计冰厚、无

风的条件考虑1

气象条件2

悬垂塔断线3耐张塔断线断线工况◆双回路杆塔为例：同一档内，断任意两根导线（或任意两相导线有不平衡张力）；◆断一根地线和任意一根导线（或一相导线有不平衡张力）。◆双回路杆塔为例：同一档内，断任意两根导线（或任意两相有纵向不平衡张力）、地线未断；◆断任意一根地线和任意一根导线（或任意一相有纵向不平衡张力）。断线工况均考虑同一档内断线（单导线）或有纵向不平衡张力（分裂导线）

断线工况组合1、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（或不平衡张力）的情况还要大，因此要求考虑作用一相或两相断线张力（或不平衡张力）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（或不平衡张力）的荷载组合，以简化计算。2、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。断线张力取值轻、中冰区断线张力（多分裂导线、地线最大使用张力的百分数）10mm轻冰区地形地线悬垂塔导线耐张塔导线平丘1002070山地100257015mm中冰区100357020mm中冰区1004570

断线张力取值冰区重冰区断线张力（导线、地线最大使用张力的百分数）悬垂塔耐张塔导线地线导线地线20mm551007510030mm601008010040mm651008510050mm7010090100垂直冰荷载取100％设计覆冰荷载。

不均匀覆冰工况所有导地线同时同向有不平衡张力，使杆塔承受最大弯矩所有导地线同时不同向有不平衡张力，使杆塔承受最大扭矩所有导地线同时同向有不平衡张力，使杆塔承受最大弯矩轻冰区中重冰区

不平衡张力取值冰

区不平衡张力（最大使用张力的百分数）悬垂塔耐张塔导

线地

线导

线地

线10mm轻冰区1020304015mm中冰区1525354520mm中冰区2030405020mm重冰区2546425430mm重冰区295046581、表中不均匀覆冰的导、地线不平衡张力取值适用于档距550m、高差不超过15%，超过该条件时应按实际情况进行计算。2、垂直荷载按不小于75%设计覆冰荷载计算。

安装工况（直线塔）锚线吊线1.提升导地线及其附件时的作用荷载；

2.一般导线、地线按2.0倍计算；3.动力系数采用1.1。1.导线及地线锚线作业时的作用荷载；2.锚线对地夹角不大于20°

安装工况（耐张塔）

耐张塔在锚导地线时，相邻档内的导线及地线均按未架设考虑；耐张塔在紧导地线时，相邻档内的导线及地线按已架设或未架设两种情况考虑。

锚线、紧线时均允许考虑设置临拉线，临时拉线对地夹角不应大于45度，其方向与导、地线方向一致，临时拉线按平衡导线张力标准值40kN考虑时、地线张力标准值5kN考虑。

验算工况验算

TEXT

抗震验算

覆冰验算

脱冰跳跃验算冰厚验算不均匀冰9度及以上各类杆塔覆冰验算：各类杆塔的验算冰荷载情况，按验算冰厚、-5℃、10m/s风，所有导、地线同时同向有不平衡张力。脱冰跳跃：重覆冰线路各垂直档距系数（垂直档距与水平档距之比）小于0.8的杆塔，应按导、地线脱冰跳跃和不均匀覆冰时产生的上拔力校验导线横担和地线支架，导线上拔力取最大使用张力的5％～10％，地线上拔力可取最大使用张力的5％。相邻塔位高差较大时，还应校验耐张型杆塔横担受扭情况。

杆塔结构重要性系数，重要线路不应小于1.1，临时线路取0.9，其他线路取1.0；特高压线路工程、大跨越工程、高铁等重要交叉跨越时的结构重要性系数宜取1.1，安装工况取1.0。永久荷载分项系数，对结构受力有利时不大于1.0，不利时取1.2。可变荷载的分项系数，取1.4。结构重要性系数正常运行工况断线工况安装工况不均匀冰荷载工况验算工况直线型塔耐张型塔轻冰区中冰区重冰区1.00.90.90.90.90.90.90.75

可变荷载组合值系数3.风荷载计算

杆塔设计基本风速的确定，应按当地气象台、站10min时距平均的年最大风速为样本，并宜采用极值Ⅰ型分布作为概率模型进行统计。一般输电线路应取离地面10m高的平均风速；大跨越应取离历年大风季节平均最低水位10m高的平均风速；110～330kV输电线路的基本风速，不宜低于23.5m/s；500～750kV输电线路，基本风速不宜低于27m/s。导、地线风荷载标准值杆塔风荷载标准值B：覆冰风荷载增大系数，如下表所示。覆冰厚度5mm10mm15mm20mm及以上导、地线1.11.21.31.5～2.0杆塔1.11.21.61.8（2.0～2.5）地线设计冰厚，除无冰区段外，应较导线增加5mm。大跨越设计冰厚，除无冰区段外，宜较附近一般输电线路的设计冰厚增加5mm。冰荷载:轻冰区一般按无冰、5mm、10mm设计，中冰区一般按15mm、20mm设计，重冰区一般按20mm、30mm、40mm、50mm等设计。必要时还宜按稀有覆冰条件进行验算。电线每米覆冰比载计算公式：三、杆塔结构设计1、杆塔布置1）呼高范围满足杆塔规划要求。2）根据线路地形规划高低腿或平腿。3）合理确定杆塔口宽及塔身坡度。直线塔110~220kV线路塔身坡度约0.06，500kV以上约0.07。耐张塔110~220kV线路塔身坡度约0.1，500kV以上约0.12。4）横担、曲臂、塔腿等夹角宜控制在18度以上。5）塔身交叉斜材和主材夹角宜控制在35度以上。6）横担开口尺寸满足金具要求。2、杆塔计算1）塔腿荷载水平力约为竖向力的1/10~1/5，合力与垂直线夹角约为10~15度。2)上拔力约为下压力的0.7倍基础在输电线路中的地位杆塔基础础工程施工工期约占整个工期的50%；运输量约占整个工程的60%；费用约占工程本体造价的25~35%（高电压等级），特殊条件下将占到50%。四、杆塔基础设计1.基础类型大开挖回填类基础

大开挖基础适应地质条件广，施工方法简便，是目前工程设计中最为常用的基础型式。主要有柔性基础、刚性基础和联合式基础三种。柔性基础

柔性基础包括斜柱板式基础（简称斜柱基础）、直柱板式基础、斜柱台阶基础和直柱台阶基础。其中，斜柱基础在线路中常用。斜柱柔板式基础刚性基础

刚性基础一般用于地基承载力好、压缩性较小或需要利用基础重力来抵消结构上拔力的塔位。直柱刚性基础联合基础

联合基础埋深浅，底板宽，方便施工。当柔性板式基础位于流砂、软弱土塔位时，能利用底板宽度来解决上拔稳定、地基强度及不均匀沉降等问题。联合基础开挖类基础容易出现的问题：1、塔位环境变化：水位、边坡；2、回填土夯实程度不足：塌陷；3、回填土回填标高不够。原状土基础原状土基础掏挖基础桩基础岩石基础掏挖式基础以土代模，施工时直接将基础的钢筋骨架和混凝土浇入掏挖成型的土胎内。由于减少了对原状土的扰动，对植被破坏很小，能充分发挥地基土的承载性能，可大幅度的节约基础施工费用、缩短施工周期。掏挖基础掏挖基础直掏挖基础地脚螺栓直掏斜插基础插入角钢直掏挖基础直掏斜插基础桩基础是一种深基础型式，包括钻孔灌注桩和人工挖孔桩两种基本型式。钻孔灌注桩后期质量稳定、承载力大。但施工工艺要求高、施工难度大，桩径一般在0.6m-1.8m左右。单桩难以适应较大的基础作用力，一般需要做成承台灌注桩，混凝土消耗较大。桩基础

人工挖孔桩最大桩径一般可以做到2.0m以上避免了出现多桩承台型式，同时成孔不需要大型的机械，受地形限制较小。一般在地形复杂、场地狭窄、高差较大，基础外露较高、基础负荷较大的塔位广泛使用。

单桩

单桩连梁双桩承台

多桩承台

岩石基础适用于基岩顶部覆盖层较浅，基岩本身风化程度较低、完整性较好的塔位。岩石基础主要有岩石嵌固式基础和岩石锚杆基础两类。

岩石嵌固式基础充分利用岩石的抗剪能力,使地基与基础能更好地协同工作，因而承载力好、可大幅度地减少了材料用量，同时减少了基坑土石方量，混凝土浇制不需模板，施工费用较低。岩石基础岩石嵌固式基础岩石锚杆基础

岩石锚杆基础

采用锚杆机钻孔，施工基面小，充分利用了岩石自身的抗剪强度，基础承载力好。在降低了基础材料耗量的同时，减少了弃渣和土石方开方量，降低了对山区原始地貌的破坏，有利于植被及生态环境保护。

带翼板的掏挖基础带翼板的人工挖孔桩基础立柱上部翼板的存在增加了与水平外荷载方向相反的土抗力承压面积，有利于其抵抗水平荷载。因此翼板的使用，一方面减小了基础埋深，另一方面也减少了基础混凝土用量，减小了弃土方量，且具有较好的经济效益和社会效益。带翼板的掏挖基础和人工挖孔桩基础

微型桩（俗称树根桩）是一种高效的基础型式。微型桩一般是直径为100-400mm的桩群。复合式微型桩常采用空间分布群桩形式，由一组垂直和倾斜的微型桩在三维空间中按照网状相互连接，既有直桩也有斜桩，形成侧向受约束的桩～土复合结构。预制微型桩基础预制微型桩2.输电线路基础设计2.1开挖类基础设计2.2掏挖类基础设计2.3桩基础设计基础设计需要考虑的内容基础设计上拔稳定计算土重法剪切法下压计算地基变形计算基础倾覆验算构件承载力计算基础立柱正截面承载力计算基础底板正截面承载力计算地脚螺栓拉线盘及相关部件斜截面计算电杆、铁塔窄基础需要进行倾覆计算，宽基础主柱露出地面1米以上需要进行计算。自立式铁塔开挖类基础上拔稳定——土重法上拔稳定——剪切法当ht≤hc时当ht＞hc时基础附加分项系数拉线塔基础上拔稳定基础下压计算地基变形计算某有特殊变形要求的杆塔基础，基础的最大倾斜率应满足下表要求些：杆塔总高度Hg（m）Hg≤5050<Hg≤100100<Hg≤150150<Hg≤200200<Hg≤250250<Hg≤3000.0060.0050.0040.0030.0020.0015注1：倾斜率指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。基础倾覆稳定计算：电杆、铁塔窄基础需要进行倾覆计算，宽基础主柱露出地面1米以上需要进行计算。3.基础材料3.1混凝土3.2钢筋3.3地脚螺栓

根据《混凝土设计规范》（GB50010-2010）第4.1.2条文“素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；采用强度等级400MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25。”

有防腐要求的需要根据腐蚀等级按照《工业建筑防腐规范》执行3.1混凝土地脚螺栓材质主要有Q235钢、Q345钢、35#优质碳素钢、45#优质碳素钢、40Cr合金结构钢、42CrMo合金结构钢。40Cr合金结构钢和42CrMo合金结构钢的抗拉强度设计值分别达到了260N/mm2和310N/mm2，是35#钢的1.37和1.63倍。3.3地脚螺栓4.特殊地址地区基础设计方案4.1湿陷性黄土区4.2盐渍土区4.3液化地区4.4陡峭山区66，