廣西送變電建設(shè)公司 廣西南寧

摘要：隨著全球化的不斷深入，各類(lèi)海外工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的數(shù)量有了大幅的增加。了解世界各國(guó)輸電線(xiàn)路風(fēng)荷載的相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)于我國(guó)輸電線(xiàn)路風(fēng)荷載技術(shù)的提升有極大的指導(dǎo)意義。本文將我國(guó)的基本風(fēng)速、風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)、風(fēng)壓高度系數(shù)變化等與美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家規(guī)范的輸電線(xiàn)路風(fēng)荷載相對(duì)比，希望能為我國(guó)的輸電線(xiàn)路規(guī)范提供一定的參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：中外規(guī)范；輸電線(xiàn)路；風(fēng)荷載；比較研究

輸電塔是十分典型的高聳建筑結(jié)構(gòu)，有著柔度大、阻力小、自重輕等特點(diǎn)，是一種十分明顯的風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，隨著全球氣候的不斷惡化，輸電線(xiàn)路的防護(hù)受到了越來(lái)越多的關(guān)注，而風(fēng)荷載對(duì)于輸電線(xiàn)路的影響也引起了更大的重視。

一、基本風(fēng)速與風(fēng)壓

（一）基本風(fēng)速

在確定最大設(shè)計(jì)風(fēng)速時(shí)，我國(guó)的新規(guī)范是：按照該地區(qū)氣象臺(tái)站10min時(shí)距離年平均最大風(fēng)速為樣本，概率模型使用極值Ⅰ型分布。其余規(guī)范與新規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)高度都是10m，并按照Gumbal極值Ⅰ型的分布來(lái)統(tǒng)計(jì)分析每年最大的風(fēng)速，從而確定基本風(fēng)速，但其中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)規(guī)范各有不同。其中，我國(guó)的B類(lèi)地貌（α=0.16），與IEC中的B類(lèi)地貌（α=0.16）、英國(guó)的BS8100中的Ⅲ類(lèi)地貌（α=0.165）、以及美國(guó)的ASCE中的C類(lèi)地貌（α=0.143）基本相近。其中，除了英國(guó)的BS8100中存在5類(lèi)地貌外，其余都是分為4類(lèi)地貌。IEC規(guī)范、英國(guó)的BSB8100規(guī)范、以及美國(guó)的ASCE規(guī)范分別規(guī)定10min、1h以及3sec為平均風(fēng)速時(shí)距。

（二）風(fēng)壓

我國(guó)規(guī)范中的桿塔風(fēng)載的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式為：

W=Wo·μz·μs·βz·Af

其中Wo是基本風(fēng)壓值；μz是風(fēng)壓高度的變化系數(shù)，一般可按照地面的粗糙的B類(lèi)地貌來(lái)進(jìn)行計(jì)算；Af為塔桿承受的風(fēng)力壓力迎風(fēng)面積；μs為構(gòu)件的風(fēng)荷載體型系數(shù)；βz為塔桿的風(fēng)振系數(shù)。

美國(guó)規(guī)范的計(jì)算公式為：

F=γw·Q·Kzt·Kz·Cf·V250·G·A

其中F是風(fēng)向的風(fēng)荷載；Q是空氣的密度Kzt是地形地貌對(duì)于風(fēng)荷載的影響系數(shù)；γw是風(fēng)荷載重現(xiàn)期的調(diào)整系數(shù)；Kz是風(fēng)荷載高度的變化系數(shù)；Cf是風(fēng)力系數(shù)；V50是50年重現(xiàn)期內(nèi)3s的陣風(fēng)風(fēng)速；G是陣風(fēng)的響應(yīng)系數(shù)；A是構(gòu)件承受風(fēng)力壓力的投影面積。在風(fēng)荷載的計(jì)算中，對(duì)于不同體型系數(shù)，其規(guī)范的計(jì)算方法都有所不同。

二、計(jì)算舉例

（一）基本參數(shù)

以某500kv線(xiàn)路的雙回路直線(xiàn)角鋼塔Z1為分析對(duì)象，對(duì)其風(fēng)荷載值進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比。其基本參數(shù)為：地線(xiàn)型號(hào)：GJ-120（外徑14.5mm）；導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)：LHAGJ-630/45（外徑為33.6mm）；水平檔距：Lh=750m；設(shè)計(jì)風(fēng)速為27m/s；呼稱(chēng)高度為51m。其角鋼塔及橫擔(dān)的主要材料為Q345高強(qiáng)鋼，下橫擔(dān)主材為180x18H和180x16H，中橫擔(dān)主材為180x18H和180x16H，上橫擔(dān)主材為180x16H和180x14H。桿塔塔身變坡一下的主材都是雙角鋼2180x14H。

（二）塔身的風(fēng)荷載比較

按照各國(guó)規(guī)范對(duì)其風(fēng)壓分段的風(fēng)荷載進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖1所示。其中ASCE與 IEC都是選取50年一遇的風(fēng)壓值來(lái)計(jì)算。由圖可知，各國(guó)風(fēng)壓變化趨勢(shì)基本一致，只是橫擔(dān)處由于其迎風(fēng)面積加大，因此形成一個(gè)風(fēng)壓突變?？梢钥闯觯诟叨容^低時(shí)，我國(guó)規(guī)范的計(jì)算結(jié)果相對(duì)于國(guó)外規(guī)范偏小，但高度較高時(shí)又明顯大于其他規(guī)范。究其原因，主要是由于我國(guó)規(guī)范計(jì)算風(fēng)振系數(shù)時(shí)，使用的是由下至上漸漸加大的風(fēng)振系數(shù)，而且加權(quán)值高于1.6。美國(guó)使用的是不變化的陣風(fēng)系數(shù)，英國(guó)的BS8100與IEC都是使用了變化幅度較小的風(fēng)振系數(shù)。

（三）導(dǎo)地線(xiàn)的風(fēng)荷載比較

我國(guó)新規(guī)范中指出：500kV、750kV的輸電線(xiàn)路及該線(xiàn)路大跨越重現(xiàn)期，應(yīng)該選取50年，設(shè)計(jì)風(fēng)速最小為27m/s。而與之相比，美國(guó)規(guī)范使用的是3s時(shí)距，進(jìn)行風(fēng)速換算后的設(shè)計(jì)風(fēng)速為38.18；英國(guó)則是使用1h時(shí)距，進(jìn)行風(fēng)速換算后的設(shè)計(jì)風(fēng)速為25.19m/s。

我國(guó)的風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)果與IEC及英國(guó)規(guī)范下計(jì)算得出的風(fēng)荷載較為相近，但比美國(guó)大5%左右。而且我國(guó)對(duì)于最小風(fēng)速有一定的規(guī)定，即50年重現(xiàn)期時(shí)的風(fēng)速低于27m/s時(shí)，我國(guó)的大部分地區(qū)的500kV輸電線(xiàn)路的設(shè)計(jì)風(fēng)速的重現(xiàn)期大多在50年以上甚至長(zhǎng)達(dá)100年，因此有一定的安全余度。

圖1 各分段高度風(fēng)壓變化圖

三、總結(jié)

本文對(duì)輸電線(xiàn)路風(fēng)荷載的中外規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比研究，總結(jié)分析，其對(duì)比結(jié)果主要有以下幾點(diǎn)：

（一）我國(guó)規(guī)范的線(xiàn)形風(fēng)荷載計(jì)算值相較于美國(guó)ASCE有些偏大，但與英國(guó)BS8100以及IEC計(jì)算結(jié)果較為相近。

（二）我國(guó)的體型系數(shù)取值相較于國(guó)外各國(guó)規(guī)范較小。

（三）在全塔風(fēng)振系數(shù)不統(tǒng)一時(shí)，就底部剪力分析，我國(guó)規(guī)范比英國(guó)BS8100偏大，和IEC（150年重現(xiàn)期）與美國(guó)ASCE（100年重現(xiàn)期）的計(jì)算結(jié)果較為相近。

（四）在全塔（呼高小于60m）風(fēng)振系數(shù)統(tǒng)一時(shí)，我國(guó)規(guī)范的計(jì)算值處在IEC的50年與150年重現(xiàn)期、美國(guó)ASCE50年與150年重現(xiàn)期之間。與英國(guó)BS8100相差3%左右，較為相近。但由于我國(guó)的重現(xiàn)期規(guī)范相較于國(guó)外規(guī)范較低，以IEC舉例分析，它的500kV輸電線(xiàn)路的重現(xiàn)期規(guī)范為150年，但其150年重現(xiàn)期的計(jì)算取值比我國(guó)高了11%～12%左右。因此，比較來(lái)說(shuō)，對(duì)于電壓等級(jí)較高、矮呼稱(chēng)高的桿塔來(lái)說(shuō)，我國(guó)的規(guī)范計(jì)算值明顯小于國(guó)外規(guī)范。

（五）總得來(lái)說(shuō)，我國(guó)的新規(guī)范把基本風(fēng)速的基本值設(shè)置為10m，將500kV輸電線(xiàn)路的重現(xiàn)期提高至50年，能夠極大的提高設(shè)計(jì)的安全性。

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