國(guó)內(nèi)外輸電塔風(fēng)荷載技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較分析

屈訟昭

（河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，鄭州市 450000）

0 引 言

隨著國(guó)內(nèi)電力市場(chǎng)的日益飽和，許多工程設(shè)計(jì)公司已經(jīng)開始拓展海外市場(chǎng)，但是由于受到相關(guān)技術(shù)人員對(duì)國(guó)外設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)掌握程度不足的制約，設(shè)計(jì)公司在海外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中往往處于不利的地位。輸電塔具有自重輕、柔度大、阻尼小的特點(diǎn)，屬于風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)［1－4］。為贏得廣闊的海外市場(chǎng)，就需充分了解國(guó)內(nèi)外有關(guān)風(fēng)荷載規(guī)定的異同，并且能夠正確使用國(guó)外規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。

選取國(guó)內(nèi)GB 50545—2010《110kV750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》［5］、DL／T 5154—2002《架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》［6］與ASCE 74—2009《美國(guó)輸電線路荷載導(dǎo)則》［7］、EN 50341－1：2001《歐盟輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》［8］、JEC127—1979《日本輸電鐵塔設(shè)計(jì)規(guī)范》［9］和IEC 60826：2003《輸電線路國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)》［10］，以風(fēng)荷載計(jì)算相關(guān)規(guī)定為研究?jī)?nèi)容，分別從輸電塔結(jié)構(gòu)風(fēng)壓計(jì)算公式、基本風(fēng)速取值、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)荷載體型系數(shù)、風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)（風(fēng)振系數(shù)）、角度風(fēng)荷載計(jì)算方法等方面進(jìn)行對(duì)比分析。

1 基本公式

1.1 中國(guó)規(guī)范

式中：Ws為與風(fēng)吹方向垂直塔面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；W0為基本風(fēng)壓；μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，一般可按地面粗糙度B類計(jì)算；μs為構(gòu)件的風(fēng)荷載體型系數(shù)；βz為桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)（風(fēng)振系數(shù)）；V為基準(zhǔn)高度的風(fēng)速；Af為構(gòu)件承受風(fēng)壓投影面積。

1.2 美國(guó)規(guī)范

式中：F為風(fēng)吹方向的風(fēng)荷載；γw為風(fēng)荷載重現(xiàn)期調(diào)整系數(shù)；Q為空氣密度；Kz為風(fēng)荷載高度變化系數(shù)；Kzt為風(fēng)荷載地形地貌影響系數(shù)；V50為50年重現(xiàn)期3 s陣風(fēng)風(fēng)速；G為陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)；Cf為風(fēng)力系數(shù)；A為構(gòu)件承受風(fēng)壓投影面積。

1.3 歐盟架空線路通用規(guī)范（簡(jiǎn)稱歐盟規(guī)范）

式中：QWx為風(fēng)水平吹時(shí)，與風(fēng)垂直構(gòu)件的風(fēng)荷載；qh為動(dòng)態(tài)風(fēng)壓；Gq為陣風(fēng)響應(yīng)因子；Gx為結(jié)構(gòu)共振因子；Cx為體型系數(shù)；ρ為空氣密度；Vh為離地高度h處風(fēng)速；kT為地形影響因子；h為離地高度；z0為地面粗糙度參數(shù)；VR（II）為地貌為II時(shí)的代表風(fēng)速；A為構(gòu)件承受風(fēng)壓投影面積。

1.4 日本規(guī)范

式中：P為風(fēng)吹方向的風(fēng)荷載；A為構(gòu)件的體型系數(shù)；q0為按區(qū)域劃分的基本風(fēng)壓（與空氣密度無(wú)關(guān)）；α為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；β為依據(jù)構(gòu)造規(guī)模的折減系數(shù)（鐵塔取值1.0，其他桿塔取值為0.9）；K1為依據(jù)構(gòu)造物種類的系數(shù)；K2為屏蔽系數(shù)；C為構(gòu)件體型系數(shù)；A為受風(fēng)面積。

日本規(guī)范關(guān)于風(fēng)壓計(jì)算的規(guī)定中，空氣密度的取值隨季節(jié)溫度的變化而不同，為了便于工程應(yīng)用，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料將風(fēng)壓取值分為6個(gè)基本區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的基本風(fēng)壓是固定常數(shù)，與空氣密度無(wú)關(guān)，具體取值見表1。

表1 基本風(fēng)壓劃分Tab.1 Basic wind pressure

1.5 輸電線路國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（簡(jiǎn)稱國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）

式中：A為風(fēng)荷載；q0為動(dòng)態(tài)參考風(fēng)壓；Cx為體型系數(shù)；G為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，與地形和高度有關(guān)，并且包含了風(fēng)的脈動(dòng)影響因素；τ為空氣密度修正系數(shù)；μ為空氣密度；KR為地面粗糙系數(shù)；VRB為B類地貌時(shí)參考風(fēng)速；S為構(gòu)件承受風(fēng)壓的投影面積。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中地形類別分類如表2所示。

表2 地形類別分類Tab.2 Terrain classification

通過(guò)表2對(duì)比分析可以看出，國(guó)內(nèi)外規(guī)范風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式形式基本相同，基本上都考慮了基本風(fēng)速（風(fēng)壓）、地貌地形影響系數(shù)、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)荷載體型系數(shù)和風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)（風(fēng)振系數(shù)）等方面的內(nèi)容。

2 計(jì)算參數(shù)

2.1 基本風(fēng)速

對(duì)于基本風(fēng)速的取值，國(guó)內(nèi)外規(guī)范均根據(jù)氣象臺(tái)或者氣象站歷年記錄的最大風(fēng)速資料，按照某種概率分布統(tǒng)計(jì)得到的在一定重現(xiàn)期、觀測(cè)平均時(shí)距和基準(zhǔn)高度下的最大風(fēng)速值［11］。

2.1.1 中國(guó)規(guī)范

中國(guó)規(guī)范采用空曠地區(qū)（B類地貌）距地10 m高（110330 kV輸電線路重現(xiàn)期為30年，500750 kV輸電線路重現(xiàn)期為50年）連續(xù)自記10 min平均的最大風(fēng)速作為基本風(fēng)速，風(fēng)速轉(zhuǎn)換為風(fēng)壓的空氣密度，統(tǒng)一取 ρ＝1.25 kg／m3（相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力為1013.3 hPa、10℃時(shí)的干燥空氣密度）。

2.1.2 美國(guó)規(guī)范

美國(guó)規(guī)范采用C類地貌（與中國(guó)B類對(duì)應(yīng)）離地10 m高（重現(xiàn)期為50年）記錄3 s陣風(fēng)風(fēng)速為基本風(fēng)速，風(fēng)速轉(zhuǎn)換為風(fēng)壓的空氣密度，取值為Q＝0.613 kg／m3。

2.1.3 歐盟規(guī)范

歐盟規(guī)范采用50年一遇的相對(duì)開闊地形II類地貌（與中國(guó)B類對(duì)應(yīng)）距地10 m高、10 min的平均風(fēng)速作為基本風(fēng)速。

2.1.4 日本規(guī)范

日本規(guī)范中，基本風(fēng)速采用的是50年重現(xiàn)期、b類地貌、離地10 m高、3s瞬時(shí)風(fēng)速為基本風(fēng)速。風(fēng)壓計(jì)算公式與中國(guó)規(guī)范相同，其空氣密度在高溫季節(jié)和低溫季節(jié)取值不同。

2.1.5 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)采用重現(xiàn)期50年、B類地貌、距地10 m高、連續(xù)自記10 min平均的最大風(fēng)速作為基本風(fēng)速。

由以上比較可以看出，各國(guó)規(guī)范對(duì)于基本風(fēng)速的取值規(guī)定基本相同，其中美國(guó)和日本規(guī)范平均時(shí)距為3 s，其余國(guó)家規(guī)范都為10 min。

2.2 風(fēng)壓高度變化系數(shù)

風(fēng)壓高度變化系數(shù)綜合考慮地形地貌和高度對(duì)風(fēng)荷載的影響，各國(guó)計(jì)算公式如下。

2.2.1 中國(guó)規(guī)范

中國(guó)規(guī)范中輸電塔一般按B類地貌進(jìn)行設(shè)計(jì)，其風(fēng)壓高度變化系數(shù)計(jì)算公式為

式中z為鐵塔各節(jié)段中心距地面高度。

2.2.2 美國(guó)規(guī)范

美國(guó)規(guī)范中風(fēng)壓高度系數(shù)計(jì)算公式為

式中：zh為結(jié)構(gòu)有效高度（10 m≤zh≤zg），當(dāng)鐵塔高度≤60 m時(shí)，取鐵塔2／3高度作為有效高度，當(dāng)鐵塔高度＞60 m時(shí)，取鐵塔各節(jié)段的中心高度為有效高度；zg為梯度高度；α為冪指數(shù)。

2.2.3 歐盟規(guī)范

在歐盟規(guī)范風(fēng)壓計(jì)算公式中通過(guò)速度求解反應(yīng)出離地高度對(duì)風(fēng)壓的影響，風(fēng)速轉(zhuǎn)換公式為

式中：Vh為離地高度h處風(fēng)速；VR（II）為地形地貌是II型時(shí)的代表風(fēng)速；kT為地形因素（取值見表3）；z0為地面粗糙度參數(shù)（取值見表3）。

表3 地形因子kT和地面粗糙度系數(shù)z0Tab.3 Terrain factor kTand ground roughness parameter z0

2.2.4 日本規(guī)范

日本JEC標(biāo)準(zhǔn)中，基準(zhǔn)風(fēng)壓高度變化系數(shù)計(jì)算公式為

式中：h為距離地面高度；n為高度變化程度的指數(shù)，n＝4。

2.2.5 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于小于60 m的結(jié)構(gòu)，其風(fēng)壓高度變化系數(shù)根據(jù)高度按照?qǐng)D1曲線對(duì)應(yīng)進(jìn)行查詢，當(dāng)結(jié)構(gòu)高于60 m時(shí)，需要另行研究。

圖1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)振系數(shù)Fig.1 Wind vibration coefficient in international standard Gtof IEC

將以上各國(guó)規(guī)范中中國(guó)規(guī)范的B類地貌、美國(guó)規(guī)范的C類地貌、歐盟規(guī)范的II類地貌、日本規(guī)范b類地貌、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的B類地貌的風(fēng)壓高度變化系數(shù)分別計(jì)算進(jìn)行對(duì)比，具體計(jì)算結(jié)果見表4。圖2為各國(guó)規(guī)范風(fēng)壓高度變化系數(shù)對(duì)比曲線。

?

由圖2分析得出，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)壓高度變化系數(shù)與地形和高度有關(guān)，并且包含了風(fēng)的脈動(dòng)影響因素，因此較其他規(guī)范計(jì)算值高。歐盟規(guī)范和中國(guó)規(guī)范計(jì)算出的風(fēng)壓高度變化系數(shù)比較接近，且都高于美國(guó)和日本規(guī)范計(jì)算值，其中美國(guó)計(jì)算出的風(fēng)壓高度變化系數(shù)最小。日本和美國(guó)規(guī)范風(fēng)壓高度變化系數(shù)與中國(guó)規(guī)范計(jì)算值的差值，隨著高度的增加逐漸增大。

2.3 體型系數(shù)

2.3.1 中國(guó)規(guī)范

中國(guó)規(guī)范中關(guān)于輸電塔風(fēng)荷載體型系數(shù)取值：由型鋼桿件組成的塔架體系系數(shù)為1.3（1＋η），由圓斷面桿件組成的塔架體系系數(shù)為 （0.71.2）×（1＋η），式中：η為背風(fēng)面荷載降低系數(shù)，與填充率和塔架截面尺寸相關(guān)。

2.3.2 美國(guó)規(guī)范

ASCE 74—2010采用美國(guó)荷載規(guī)范中正方形和三角形截面桁架結(jié)構(gòu)的風(fēng)力系數(shù)（風(fēng)荷載體型系數(shù)），如表5所示。當(dāng)輸電桿塔桿件為圓截面時(shí)，風(fēng)力系數(shù)（體型系數(shù)）需要乘以表6中的值進(jìn)行修正，其中φ為結(jié)構(gòu)填充率。

?

?

2.3.3 歐盟規(guī)范

式中：At為構(gòu)件有效擋風(fēng)面積；b1為計(jì)算擋風(fēng)面上邊寬度；b2為計(jì)算擋風(fēng)面下邊寬度；Ct為風(fēng)荷載體型系數(shù)（按圖3查）；χ為塔面填充率；h為計(jì)算擋風(fēng)面高度。

歐盟規(guī)范風(fēng)荷載體型系數(shù)取值根據(jù)計(jì)算出的填充率χ如圖3所示。

圖3 平周邊構(gòu)件桁架體型系數(shù)Fig.3 Shape coefficient of latticed truss with flat－sided members

2.3.4 日本規(guī)范

日本規(guī)范中風(fēng)荷載體型系數(shù)主要是通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)得到，計(jì)算公式如下。

（1）前后面斜材重合塔架。

正方形角鋼桁架體型系數(shù)為

正方形鋼管桁架體型系數(shù)為

以上φ為填充率（0＜φ≤0.5）。

（2）前后面斜材不重合塔架。

體型系數(shù)為式（1517）計(jì)算結(jié)果的1.1倍。

2.3.5 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于風(fēng)荷載體型系數(shù)的取值與歐盟通用規(guī)范取值方法相同，通過(guò)計(jì)算塔面的填充率，從圖3中得到體型系數(shù)。

通過(guò)以上對(duì)各國(guó)規(guī)范風(fēng)荷載體型系數(shù)計(jì)算公式對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外規(guī)范桿塔風(fēng)荷載體型系數(shù)都是與填充系數(shù)（填充率）相關(guān)的函數(shù)［11］。

以方形角鋼塔為例分別計(jì)算風(fēng)荷載體型系數(shù)，進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算結(jié)果見表7。

由圖4分析得出，中國(guó)規(guī)范1和中國(guó)規(guī)范2曲線在填充系數(shù)≥0.6時(shí)，曲線呈現(xiàn)平直狀態(tài)，且中國(guó)規(guī)范2的曲線位于中國(guó)規(guī)范1的曲線上方。國(guó)外規(guī)范在填充系數(shù)≥0.6時(shí)，曲線都有回升趨勢(shì)，其中日本規(guī)范體型系數(shù)回升幅度最大。在填充系數(shù)≤0.3時(shí)，美國(guó)規(guī)范計(jì)算出的體型系數(shù)最大，填充系數(shù)＞0.3時(shí)，日本規(guī)范計(jì)算出的體型系數(shù)最大。

2.4 風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)（風(fēng)振系數(shù)）

2.4.1 中國(guó)規(guī)范

?

中國(guó)規(guī)范中為了考慮脈動(dòng)風(fēng)的風(fēng)振影響，對(duì)風(fēng)荷載計(jì)算公式中引入了風(fēng)振系數(shù)βz。對(duì)于桿塔本身，當(dāng)全高不超過(guò)60m時(shí)，風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)沿全高取一個(gè)值；當(dāng)桿塔全高超過(guò)60m時(shí)，應(yīng)按GBJ9《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》采用由上到下逐段增大的數(shù)值，對(duì)自立式鐵塔不應(yīng)小于1.6，對(duì)單柱拉線桿塔其加權(quán)平均值不應(yīng)小于1.8，具體取值見表8。

表8 自立式桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)βzTab.8 Wind vibration coefficients of free－standing tower

2.4.2 美國(guó)規(guī)范

美國(guó)規(guī)范中輸電結(jié)構(gòu)的陣風(fēng)響應(yīng)因子Gt計(jì)算公式為

式中：Zh為輸電桿塔有效高度；Kv為3 s陣風(fēng)風(fēng)速與10 min平均風(fēng)速比值，取1.43；αFM為持續(xù)風(fēng)的冪指數(shù)（取值見表9）；κ為結(jié)構(gòu)表面阻力系數(shù)（取值見表9）；Ls為結(jié)構(gòu)風(fēng)湍流積分尺度（取值見表9）。

表9 地面形態(tài)類別常數(shù)Tab.9 Category constants of surface morphology

2.4.3 歐盟規(guī)范

歐盟規(guī)范風(fēng)振系數(shù)計(jì)算公式為

式中：h為離地高度；z0為地面粗糙度參數(shù)，其取值具體見表3。

在歐盟規(guī)范中還存在一個(gè)結(jié)構(gòu)共振系數(shù)Gt，當(dāng)高度低于60 m時(shí)取1.05，當(dāng)高度大于60 m時(shí)，其取值需要進(jìn)行專門的研究。

2.4.4 日本規(guī)范

JEC標(biāo)準(zhǔn)由于采用3 s瞬時(shí)風(fēng)速來(lái)計(jì)算基本風(fēng)壓，因此，風(fēng)荷載計(jì)算公式中沒(méi)有考慮風(fēng)振系數(shù)，或者可將風(fēng)振系數(shù)視為常數(shù)1.0。

2.4.5 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

IEC標(biāo)準(zhǔn)用綜合風(fēng)載系數(shù)G來(lái)反應(yīng)輸電線路脈動(dòng)風(fēng)的影響，該參數(shù)還與地形和高度有關(guān)［12］，影響曲線見圖1。當(dāng)結(jié)構(gòu)高度不大于60 m時(shí)，根據(jù)離地高度按圖1曲線對(duì)應(yīng)取值，當(dāng)結(jié)構(gòu)高于60 m時(shí)，需要另行研究。

為了便于比較各國(guó)規(guī)范風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)隨高度的變化規(guī)律，將其計(jì)算結(jié)果列于表10。

表10 風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)比較Tab.10 Comparison among wind load adjustment coefficients

美國(guó)規(guī)范（3 s）指3s陣風(fēng)風(fēng)速為基本風(fēng)速，美國(guó)規(guī)范（10 min）指10 min平均風(fēng)速為基本風(fēng)速。

如圖5所示，由于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)中包含著地形和高度的影響因素，因此較其他國(guó)家規(guī)范數(shù)值偏高。美國(guó)規(guī)范（10 min）的風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)與歐盟規(guī)范風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)計(jì)算值接近，并且曲線變化趨勢(shì)一致。中國(guó)規(guī)范與歐盟規(guī)范和美國(guó)規(guī)范（10 min）相比，當(dāng)高度比較小時(shí)，前者風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)小于后兩者計(jì)算值，隨著高度的增加，風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)逐漸趨近。美國(guó)規(guī)范（3 s）中由于陣風(fēng)風(fēng)速為基本風(fēng)速，其風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)較低。除國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)是個(gè)綜合系數(shù)，其變化規(guī)律與中國(guó)規(guī)范計(jì)算值變化規(guī)律相同，隨著高度的增加，風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)增大外，其余規(guī)范計(jì)算值都隨著高度的增加，風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)降低，與中國(guó)規(guī)范變化規(guī)律相反。

圖5 風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)對(duì)比曲線Fig.5 Contrast curves of wind load adjustment coefficients

由以上對(duì)比分析可以得出，各國(guó)規(guī)范對(duì)于基本風(fēng)速的取值規(guī)定基本相同，其中美國(guó)和日本規(guī)范平均時(shí)距為3s，其余國(guó)家規(guī)范都為10min。

2.5 角度風(fēng)荷載計(jì)算方法

2.5.1 中國(guó)規(guī)范

中國(guó)規(guī)范中塔身和橫擔(dān)風(fēng)荷載在不同角度θ時(shí)，風(fēng)荷載沿x（橫向）、y（縱向）的分配系數(shù)見表11。

表11 不同風(fēng)向角θ時(shí)，風(fēng)荷載沿x（橫向）、y（縱向）的分配Tab.11 Distribution coefficients of wind load along x（horizontal）and y（longitudinal direction）at different wind anglesθ

2.5.2 美國(guó)規(guī)范

美國(guó)規(guī)范中關(guān)于角度風(fēng)的計(jì)算計(jì)算公式為

式中：Ft，l為橫向或縱向力；ψ為與橫擔(dān)所在平面夾角；Amt為垂直于線路方向結(jié)構(gòu)面內(nèi)所有桿件的面積和；Aml為平行于線路方向結(jié)構(gòu)面內(nèi)所有桿件的面積和；Cft為垂直于線路方向的風(fēng)力系數(shù)；Cfl為平行于線路方向的風(fēng)力系數(shù)。

2.5.3 歐盟規(guī)范歐盟規(guī)范中，關(guān)于輸電塔塔身的風(fēng)荷載計(jì)算公式：

式中：qh為動(dòng)態(tài)風(fēng)壓；Gq為風(fēng)振系數(shù)；Gt為結(jié)構(gòu)共振系數(shù)；Ct1為順線路擋風(fēng)面的體型系數(shù)；Ct2為垂直線路擋風(fēng)面的體型系數(shù)；At1為順線路擋風(fēng)面的有效面積；At2為垂直線路擋風(fēng)面的有效面積；φ為風(fēng)吹方向與橫擔(dān)方向夾角。

輸電塔橫擔(dān)風(fēng)荷載計(jì)算公式：

式中：Ctc為橫擔(dān)體型系數(shù)；Atc為橫擔(dān)有效擋風(fēng)面積。

當(dāng)計(jì)算角度風(fēng)時(shí)

將公式（25）結(jié)合公式（27）和（28）經(jīng)過(guò)變形處理后，塔身角度風(fēng)荷載計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果與中國(guó)規(guī)范對(duì)應(yīng)角度計(jì)算結(jié)果相同。

2.5.4 日本規(guī)范

日本規(guī)范中規(guī)定：除引留鐵塔／耐張鐵塔外的大型鐵塔，暫且把對(duì)其斜風(fēng)情況進(jìn)行的研究作為標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)斜風(fēng)強(qiáng)度研究，根據(jù)鐵塔的風(fēng)壓力，把60°風(fēng)向作為主體材料應(yīng)力的最大情況。對(duì)作用于輸電塔斜向風(fēng)的計(jì)算可通過(guò)應(yīng)力分擔(dān)率實(shí)現(xiàn)，見表12、表13。

表12 塔體風(fēng)壓Tab.12 Wind pressure of tower body

2.5.5 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中輸電塔風(fēng)荷載計(jì)算公式為

式中：q0為動(dòng)態(tài)風(fēng)壓；θ為風(fēng)吹方向與橫擔(dān)方向夾角；St1為垂直于線路方向擋風(fēng)面（面1）的總投影面積（有效面積）；St2為平行于線路方向擋風(fēng)面（面2）的總投影面積（有效面積）；Cxt1為面1的體型系數(shù)；Cxt2為面2的體型系數(shù)；Gt為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，包含了風(fēng)的脈動(dòng)影響以及地形和高度等影響因素。

表13 橫擔(dān)風(fēng)壓Tab.13 Wind pressure of cross－arms

當(dāng)計(jì)算角度風(fēng)時(shí)

通過(guò)以上對(duì)各國(guó)斜向風(fēng)荷載計(jì)算公式比較看出，中國(guó)規(guī)范和日本規(guī)范都是通過(guò)分配系數(shù)來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算，而美國(guó)規(guī)范、歐盟規(guī)范、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)都是通過(guò)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式與歐盟塔身風(fēng)壓計(jì)算公式是相同的。

中國(guó)規(guī)范中塔身風(fēng)荷載分配系數(shù)與歐盟規(guī)范（或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）計(jì)算公式推演結(jié)果一致，推演結(jié)果為：

垂線路方向（x）塔身迎風(fēng)面風(fēng)荷載分配系數(shù)計(jì)算公式：

順線路方向（y）塔身迎風(fēng)面風(fēng)荷載分配系數(shù)計(jì)算公式：

橫擔(dān)風(fēng)荷載分配系數(shù)是通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)取得的結(jié)果，與歐盟規(guī)范橫擔(dān)風(fēng)荷載計(jì)算公式推演結(jié)果相差較大。根據(jù)歐盟規(guī)范橫擔(dān)風(fēng)荷載推出的橫擔(dān)分配系數(shù)計(jì)算公式如下：

通過(guò)表14分析得知，中國(guó)規(guī)范和歐盟規(guī)范關(guān)于橫擔(dān)風(fēng)荷載分配系數(shù)在0°和90°特殊情況下是相同的，在其余角度下差別較大。美國(guó)規(guī)范和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)荷載計(jì)算公式中并沒(méi)有將橫擔(dān)和塔身計(jì)算公式區(qū)分開。

表14 橫擔(dān)荷載分配系數(shù)比較Tab.14 Comparison among cross－arms load distribution coefficients

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）我國(guó)規(guī)范與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中輸電塔風(fēng)荷載計(jì)算均采用風(fēng)振系數(shù)與平均風(fēng)荷載的乘積，其中日本規(guī)范中用3 s瞬時(shí)風(fēng)速來(lái)計(jì)算基本風(fēng)壓，可視為風(fēng)振系數(shù)為1.0。除美國(guó)和日本規(guī)范外，其余規(guī)范都采用10 min平均風(fēng)速。與國(guó)外規(guī)范不同，我國(guó)規(guī)范根據(jù)輸電線路不同電壓等級(jí)規(guī)定了不同的風(fēng)速重現(xiàn)期，反應(yīng)了500 kV及以上輸電線路的重要性。

（2）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)壓高度變化系數(shù)是一個(gè)綜合地形、高度和風(fēng)的脈動(dòng)影響的綜合系數(shù)，因此較其他規(guī)范計(jì)算值高。歐盟規(guī)范和中國(guó)規(guī)范計(jì)算出的風(fēng)壓高度變化系數(shù)比較接近，且都高于美國(guó)和日本規(guī)范計(jì)算值，隨著高度的增加，美國(guó)和日本規(guī)范計(jì)算值與其他規(guī)范計(jì)算值的差值逐漸增大。

（3）各國(guó)規(guī)范桿塔風(fēng)荷載體型系數(shù)都是與填充系數(shù)（填充率）相關(guān)的函數(shù)，我國(guó)規(guī)范中塔架背風(fēng)面荷載降低系數(shù)η實(shí)際上考慮了填充系數(shù)（填充率）這個(gè)因素。當(dāng)填充系數(shù)≥0.6時(shí)，中國(guó)規(guī)范體型系數(shù)保持不變，國(guó)外規(guī)范體型系數(shù)都隨著填充系數(shù)的增加而增大。在填充系數(shù)≤0.3時(shí)，美國(guó)規(guī)范計(jì)算出的體型系數(shù)最大，填充系數(shù)＞0.3時(shí)，日本規(guī)范計(jì)算出的體型系數(shù)最大。

（4）中國(guó)規(guī)范風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)隨著高度的增加而增大，美國(guó)、歐盟風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)隨著高度的增加而減小。當(dāng)高度值比較小時(shí)，中國(guó)規(guī)范風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)小于美國(guó)（10 min）和歐盟規(guī)范計(jì)算值，隨著高度的增加，前者逐漸大于后者。

（5）在角度風(fēng)荷載計(jì)算中，中國(guó)規(guī)范和日本規(guī)范都是通過(guò)分配系數(shù)來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算，而美國(guó)規(guī)范、歐盟規(guī)范、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)都是通過(guò)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式與歐盟塔身風(fēng)壓計(jì)算公式相同。中國(guó)規(guī)范塔身風(fēng)荷載分配系數(shù)與歐盟規(guī)范和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式推演結(jié)果一致，橫擔(dān)風(fēng)荷載分配系數(shù)采用的是風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果，與國(guó)外規(guī)范計(jì)算結(jié)果差別較大。

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