概念设计在铁塔优化设计中的运用

李荣桦

广西送变电建设公司，广西南宁 530031

在铁塔的设计过程中，概念设计贯穿着铁塔的整体设计方法，其作为优化设计的主线路，可把与铁路有关的基本理论知识、观察研究结果、变形特征以及主要组成部分受荷特征等设计理念进行铁路设计方案的优化[2]。优化设计铁塔时可科学运用概念设计，以便在布置铁塔结构时提高其合理性，可获取清晰明了的传力路线，有效掌控主要构成部分的受荷特征，促进整体结构的安全性与可靠性，采用最经济实惠的材料数量，以达到铁路设计的最终效果与目的。本文通过研究有关铁路设计的成果，运用实际例子分析铁塔优化设计中概念设计。

在设计铁塔时，要充分考虑到铁塔的瓶口具体宽度、选择塔头与横担类型、塔身坡比和坡角、塔身斜材强度以及辅助材料强度的选择和布置方法、选择主要构成部分处理形式、选择可更换部分零件的截面、主要框架节点设计等因素。通过精确的计算后方可实行铁塔设计，根据概念设计整合性研究与分析铁路的各个环节和多种方面，确定各方面质量都较为优秀的设计方案并加以实施。

1 以K形为依据布置构件

1.1 运用K形布置构件，可消除下部交叉斜材同时受压的情况

如果处于下部的交叉斜材产生同时受压现象，那么就会不断增加计算的长度，处于相同压力的条件下，计算规格也会随之变大，用材数量逐渐增多。而构建采取K形的布置模式，可使处于K形态下的交叉斜材避免同时受压的情况，但如果在布置K 形材时，其位置摆放不恰当，那么上述所说不仅无法达成，还会造成不可挽救的损害。

在布置K形材的过程中，要将其设于外部自然载荷的传送点下方，才能有效避免处于K形材下方的节间发生同时受压的情况，此举不但可以减少材料的使用量，还能够降低交叉斜材的规格。

1.2 运用K形布置塔身横隔面的主要节间结构

按照有关建筑规定的结构要求，若塔身的实际高度已经超出了4个主材料的节间，那么就必须建造横隔面[1]。而塔身在建造横隔面的上下节间结构时，所采用的布置形式将会对塔身材料的使用量造成直接的影响。在一般情况下，较为常见的横隔面结构布置。

在对横截面进行建造时，其上下节间的主要结构应按照K形实施布置，在很大程度上可促进力传递达到一定的清晰度和简洁度，大大减少了横隔材料与斜材材料的使用量。

1.3 在设计铁塔腿部隔面时，其以上第一个节间布置使用K形

对铁塔腿部隔面进行设计过程中，应实施精密的计算以及不断的试验，方能证明铁塔腿部的受拉腿水平力小于受压腿，从而可导致受拉和受压这两个基础发生不同的位移，因此，铁塔腿部的受拉斜材受力小于受压斜材。

2 K形主要结构的节点板制造

在研究力学原理的基础上，通过实践的检验结果证明，因为铁塔本身斜材的末端部位在连接时已存在了不公正现象，所以斜材在受到一定压力的情况下，会出现弯扭现象，以至于失去固有的稳定性，使得结构末端部位发生相对应的位移。

在上下结构中的K形材处于节点板的位置上，在受荷后出现弯扭变形的情况，以至于塔身的水平面产生位移。研究材料的各种外力可知，节点板处于内平面时，其刚度相对较大，而处于外平面时，则相应的会减小，所以为了预防建筑构建的过程中出现过大的末端部位移位而形成结构损毁，应适当加强节点板的外平面刚度[4]。节点板的两侧做相应的高度卷边工作，在不同程度上均可增加节点板外平面的有效刚度，不仅可使材料用量得到降低还能确保结构的安全性和可靠性。

3 选择主要组成部分的规格

处于输电线路中的铁塔，其主要构成部分大多数是运用两边相等的角钢亦或是钢管。对铁塔计算模型进行研究分析，可将铁塔设置成空间建筑桁架结构，主材料与斜材料则属于铁塔轴心的受力平衡杆。依照有关规定，轴心受力组成部分的具体计算公式如下：

强度的计算：N/An≤m·f（用①表示），在强度的计算公式中，N表示铁塔轴心的拉力；m表示组成部分的强度折减系数；An表示组成部分净截面的面积；f则表示有关钢材强度的设计值。

受压构成部分的稳定计算：N/（φ·A）≤mn·f（用②表示），在公式中φ表示铁塔轴心受压构成部分的稳定系数；A表示构成部分毛截面的具体面积；f则是压杆稳定性强度的折减系数。

由公式①、公式②可以看出，构成部分的设计强度一般都和末端部位相连接的状况以及断面情况相关联，并非一定的数值，在相应状态下设计强度应该有所折减。在铁塔中，受压稳定后会掌控主要材料和斜材料，并且占据了大多数铁塔总重，所以，在公式②中的mn取值，在很大程度上会影响主要构成部分的正确选材以及铁塔的总重。关于计算mn的取值方式。不同的材质区域划分条件可通过计算得出。

根据区域划分条件的数值，构件材质的规格在相同的情况下，其强度等级相应的就会越高，其区域划分条件的取值相对会降低，也就是说材质具有越高的等级，材料强度对应的设计值就会受到其径厚比和宽厚比这两者明显的影响，而在铁塔中，其最为重要的受力构件大多数是使用高材质。由此可以看出，主要构件若具有高材质和较大受荷，那么在选择主要构件的规格中，应选择设计强度完好的规格，通过其截面，充分将构件具有的高强度性能发挥出来，以确保构件在受力过程中的可靠性和安全性，同时材料可以得到合理的运用。

在铁塔主要构成部分中，其较常使用的角钢规格有部分属于宽度厚、肢厚小的规格，将其进行常规的对比，在通过实际的计算以及实践检验结果表明，发现对钢管组成部分来说，当径厚比≤50规格时，可科学的运用组成部分的截面特征，同时还能充分发挥力学性能。

观察研究铁塔组成部分的主要受力特征以及布置材料的情况，由于塔身和横担的主材料以及重要受力斜材等受力较大，可以确保结构的安全性，对于铁塔的可靠性来说具有十分重要的作用，在建筑铁塔中一般会选择使用具有高材质、大截面的组成材料，因此，相对的材料使用量也会占据较高的铁塔总重比例[3]。此外，还应充分考虑到重要组成部分在设计强度上出现的折减问题，尽可能选用设计强度无法实施折减的规格并加以使用，同时运用组成部分的截面特点、将力学性能中的高强构件发挥出来，使结构得以安全运行，并取得作为经济的材料使用量。

4 结论

在铁塔的优化设计过程中，概念设计处于基本的理论知识之上，同时也属于有关研究成果的前提。在实施复杂多样的计算数据之前，应合理运用有关的基础原理与研究方案、铁塔结构的实践检验结果、重要组成部分材料和选择合适规格、建造方案的运用等方面进行优化设计杆塔和模型。通过在积极的优化设计铁塔过程中概念设计的运用，在极大程度上可以合理的布置铁塔结构，使传力的主要线路更为清晰明了，对重要组成部分的受荷特性进行掌控，促进结构的安全性能和可行性能，有效的降低材料的使用量，使得设计效率和质量得到一定的提高，同时在输电线路的整体耐用性周期管理中，充分发挥了积极的重要作用。

[1]杨杰，张敏，李红培.概念设计在建筑抗震设计中的重要性和实现方法[J].四川建筑，2010(4)：75-76.

[2]左咏梅,李俊玲,高洪俊.多高层建筑结构的概念设计应用与分析[J].煤炭工程，2009(12)：30-31.

[3]梁爱莉.对高层建筑结构抗震概念设计的几点认识[J].科技传播，2009(11)：12-13.

[4]尹成龙，滕佑水，朱林.传感器概念设计专家系统的研究[J].电子测量与仪器学报，2009(1)：38-39.