CN113463966A - 一种格构塔式出线结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种格构塔式出线结构，包括格构塔、顶部悬挑梁、上部悬挑梁、中部悬挑梁以及下部悬挑梁，顶部悬挑梁、上部悬挑梁、中部悬挑梁以及下部悬挑梁在水平方向上沿格构塔一周布置，顶部悬挑梁、上部悬挑梁、中部悬挑梁以及下部悬挑梁从上往下布置，使A相、B相、C相三相导线及地线在空间上垂直布置，两回出线共用一基出线塔；垂直出线格构塔节省用地、节省钢材用量、降低基础及承台建造成本，垂直出线格构塔安装检修相对独立，避免了门型构架组装时梁柱间相互制约以及误差累积的风险，检修、改造不会殃及到周边其它出线。同时颠覆了变电站传统水平出线时采用带端撑人字柱门型构架的常规结构型式，对优化出线结构设计具有很好的借鉴意义。

Description

一种格构塔式出线结构

技术领域

本发明型属于变电站构架设计领域，针对变电站中紧凑型布置的330kV GIS垂直出线布置方案，特别涉及一种格构塔式出线结构。

背景技术

一些地区330kV户外GIS采用A、B、C三相水平排列，构架采用带端撑的人字柱门型构架结构，由于受出线门型构架宽度的限制，使得变电站垂直于出线方向的尺寸并未因采用紧凑型布置的GIS设备而减小。因此需要设计垂直出线方式，进一步减小出线间隔宽度，充分发挥GIS布置紧凑的优势。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种格构塔式出线结构，采用垂直出线方式，进一步减小出线间隔宽度，充分发挥GIS布置紧凑的优势，进一步降低变电站占地面积。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种格构塔式出线结构，包括格构塔、顶部悬挑梁、上部悬挑梁、中部悬挑梁以及下部悬挑梁，顶部悬挑梁、上部悬挑梁、中部悬挑梁以及下部悬挑梁在水平方向上沿格构塔的一周布置，顶部悬挑梁、上部悬挑梁、中部悬挑梁以及下部悬挑梁从上往下布置，使A相、B相、C相三相导线及地线在空间上垂直布置，两回出线共用一基出线塔。

顶部悬挑梁和中部悬挑梁均呈一字形布置，顶部悬挑梁的长度大于中部悬挑梁的长度；上部悬挑梁和下部悬挑梁均呈V形布置，并且上部悬挑梁和下部悬挑梁的开口方向相背离。

顶部悬挑梁、上部悬挑梁、中部悬挑梁以及下部悬挑梁从上往下依次作为地线、A相、B相和C相横担。

A相、C相横担上弦杆从格构塔塔身到横担端部为直线形，横担横断面为不相似的直角梯形；B相和地线横担横断面为相似矩形。

A相、C相所用悬挑梁立面均为三角形；顶面交叉腹杆不在同一平面，顶面的腹杆互相不连接。

顶部悬挑梁、上部悬挑梁、中部悬挑梁以及下部悬挑梁均为格构式。

格构塔的塔柱采用变截面钢管格构矩形柱。

格构塔的塔柱腹杆采用对称布置的十字交叉杆及米字杆，塔柱标高10.5m以下宽面的腹杆采用米字杆，米字杆的横杆水平面内设置横隔；塔柱窄面的腹杆及标高10.5m以上宽面腹杆采用十字交叉杆。

格构塔的塔柱节点处设环向板和竖向节点板，横担弦杆和水平腹杆通过环向板与塔柱连接，横担斜弦杆与塔柱通过竖向节点板连接。

格构塔的塔柱的钢管主杆采用法兰接长，下段柱法兰采用刚性法兰，上段柱法兰采用柔性法兰，塔柱腹杆钢管与主杆钢管插板单剪连接。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

垂直出线格构塔节省用地、节省钢材用量、降低基础及承台建造成本，垂直出线格构塔安装检修相对独立，避免了门型构架组装时梁柱间相互制约以及误差累积的风险，检修、改造不会殃及到周边其它出线。同时颠覆了变电站传统水平出线时采用带端撑人字柱门型构架的常规结构型式，提出了出线构架设计的另一种结构型式——塔式结构，对于紧凑型布置的其它电压等级垂直出线布置方案，优化出线结构设计具有很好的借鉴意义。

进一步的，对于空间上沿不同方向挂线的线路塔的结构设计，尤其是横担与塔身连接节点的设计，具有很好的借鉴意义。

附图说明

图1为本发明一种可实施的垂直出线格构塔透视示意图。

图2a为本发明一种可实施的垂直出线格构塔立面示意图，图2b为图2a所示顶部悬挑梁示意图，图2c为图2a所示上部悬挑梁示意图，图2d为图2a所示中部悬挑梁示意图，图2e为图2a所示下部悬挑梁示意图，图2f为格构塔下部3-3截面处示意图，图2g为格构塔下部2-2截面处示意图，图2h为格构塔下部1-1截面处示意图。

图3为本发明一种可实施的垂直出线格构塔建模计算模型示意图。

图4为本发明一种可实施的A相、C相横担上弦为直杆结构示意图。

图5为本发明一种可实施的A相、C相横担上弦为折杆结构示意图。

图6为A相、C相横担上弦为直杆的格构塔正立面示意图。

图7为A相、C相横担上弦为折杆的格构塔正立面示意图。

图8a为管管相贯线焊接示意图；图8b为U形插板双剪连接示意图；图8c为图8b的A-A向示意图，图8d为插板单剪连接示意图，图8e为图8d的B-B向示意图。

图9a为一种可实施的节点连接结构示意图。

图9b为另一种可实施的节点连接结构示意图。

图9c为图9a的C-C向示意图。

图9d为图9b的D-D向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细阐述。

220kV及以下电压等级的配电装置采用双回单杆垂直出线塔，对于330kV GIS垂直出线布置，导线拉力及出线高度均较220kV出线塔大得多，采用抵抗矩更大的格构式塔结构，与线路塔的区别是A相、C相横担与B相、地线横担不在同一竖直面内，顶部悬挑梁、上部悬挑梁、中部悬挑梁以及下部悬挑梁四层悬挑横担前后错开，俯视类似“米”字型布置，A相、C相横担的结构型式不同于线路塔，横担的设计尚属首创，具体如下：

一种格构塔式出线结构，包括格构塔1、顶部悬挑梁2、上部悬挑梁3、中部悬挑梁4以及下部悬挑梁5，顶部悬挑梁2、上部悬挑梁3、中部悬挑梁4以及下部悬挑梁5在水平方向上沿格构塔1的一周布置，顶部悬挑梁2、上部悬挑梁3、中部悬挑梁4以及下部悬挑梁5从上往下布置，使A相、B相、C相三相导线及地线在空间上垂直布置，两回出线共用一基出线塔。

顶部悬挑梁2和中部悬挑梁4均呈一字形布置，顶部悬挑梁2的长度大于中部悬挑梁4的长度；上部悬挑梁3和下部悬挑梁5均呈V形布置，并且上部悬挑梁3和下部悬挑梁5的开口方向相背离。

顶部悬挑梁2、上部悬挑梁3、中部悬挑梁4以及下部悬挑梁5从上往下依次作为地线、A相、B相和C相横担。

A相、C相横担上弦杆从格构塔塔身到横担端部为直线形，横担横断面为不相似的直角梯形；B相和地线横担横断面为相似矩形。

A相、C相所用悬挑梁立面均为三角形；顶面交叉腹杆不在同一平面，顶面的腹杆互相不连接。

顶部悬挑梁2、上部悬挑梁3、中部悬挑梁4以及下部悬挑梁5均为格构式。

格构塔1的塔柱采用变截面钢管格构矩形柱。

格构塔1的塔柱腹杆采用对称布置的十字交叉杆及米字杆，塔柱标高10.5m以下宽面的腹杆采用米字杆，米字杆的横杆水平面内设置横隔；塔柱窄面的腹杆及标高10.5m以上宽面腹杆采用十字交叉杆。

格构塔1的塔柱节点处设环向板和竖向节点板，横担弦杆和水平腹杆通过环向板与塔柱连接，横担斜弦杆与塔柱通过竖向节点板连接。

格构塔1的塔柱的钢管主杆采用法兰接长，下段柱法兰采用刚性法兰，上段柱法兰采用柔性法兰，塔柱腹杆钢管与主杆钢管插板单剪连接。

塔架布置型式

某750kV变电站工程中，330kV配电装置采用户外GIS“Z”字型布置，垂直出线，为配合电气布置的要求，出线构架采用独立塔架结构，单塔两侧对称布置两回出线，或单侧布置单回出线，从上往下依次为地线及A、B、C相；单塔上设置8个悬挑的横担，其中6个用于出线挂线，2个用于地线挂线，独立塔的高度为37.5m，挂点分别在18.0m、25.5m、33.0m、37.5m标高处，导线横担自塔柱中心线悬挑5.75m，C相又自塔柱中心线沿出线向悬挑5.0m，A相又自塔柱中心线背出线向悬挑5.0m，地线横担自塔柱中心线悬挑7.25m。330kV垂直出线格构塔的顶、上、中、下四层悬挑横担前后错开，俯视类似“米”字型布置，包括格构塔、顶部悬挑梁、上部悬挑梁、中部悬挑梁以及下部悬挑梁，顶部悬挑梁、上部悬挑梁、中部悬挑梁以及下部悬挑梁在水平方向上沿格构塔一周布置，顶部悬挑梁、上部悬挑梁、中部悬挑梁以及下部悬挑梁从上往下布置，使A相、B相、C相三相导线及地线在空间上垂直布置，两回出线共用一基出线塔，透视图见图1，立面图见图2，计算模型见图3。

计算荷载

330kV垂直出线格构塔上作用的荷载有导线拉力、风载、覆冰荷载以及地震作用和温度作用。

导线拉力由电气专业提供，所述工程出线有挂2***LGJ-300/40导线和挂4***LGJ-300/40导线，导线拉力不同，远期同一回出线按挂上述两种导线的可能分别考虑，4***LGJ-300/40导线水平拉力30kN，垂直拉力23kN；2***LGJ-300/40导线水平拉力18kN，垂直拉力12kN；地线水平拉力10kN，垂直拉力3kN。导线及地线偏角-5°～45°，偏向远离塔柱侧。

塔架受的风载除考虑垂直于或平行于宽面的风向外，还考虑沿对角线方向的风载，共有+X、-X、+Z、-Z、+X+Z、-X+Z、+X-Z、-X-Z 8个方向的风荷载。一般塔架的基本自振周期T≥0.25s，由风引起的结构振动比较明显，而且随着结构自振周期的增长，风振也随着增强，因此设计时均考虑风振的影响。

塔架受的覆冰荷载由电气专业在导线拉力中考虑。

对于比较高柔的塔架来说，风振的影响要大于地震的影响，但是如果结构的重量较大，又处在地震高烈度区，则地震的影响会更强烈。因此建造在地震高烈度区(本工程地震基本烈度为Ⅷ度)的塔架，要充分考虑地震作用的影响，以保证结构的安全。

对于塔架，由于主体结构暴露在外，受温度作用影响较直接，同时塔体纵向尺寸较大，温度效应的累计作用明显。在计算温度作用效应时，应根据工程具体条件合理选择计算温差。

荷载与作用的组合

330kV垂直出线格构塔采用极限状态设计法设计。极限状态设计法分为两类，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形，正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值；从导线拉力图可以看出，既要考虑仅单侧挂线，又要考虑双侧同时挂线，同时还要考虑两侧挂不同型号的导线，共有5组导线荷载组合工况需分别建模计算。每个模型的每组导线荷载组合分别与风载、温度作用及地震作用进行承载能力极限状态荷载效应的基本组合计算和正常使用极限状态荷载效应的标准组合计算。

格构塔的比较

330kV GIS垂直出线构架采用格构式塔结构，从结构受力及构造要求等方面对角钢格构塔和钢管格构塔两种结构型式分别论述如下：

角钢格构塔

塔柱采用变截面角钢格构矩形柱，角钢主杆、角钢腹杆以及节点板螺栓连接；构架横担采用变截面角钢格构四边形梁，角钢弦杆、角钢腹杆以及节点板螺栓连接。横担弦杆与塔柱螺栓连接，整体为刚接，塔柱主杆拼接采用角钢拼接接头。角钢格构式结构连接方便，材料易于采购，生产工艺简单，效率高，缺点是风阻大，材料受压稳定各向异性，大规格材料缺乏。要设计承载较大的大型结构时需采用角钢组合截面，而且根开也需加大，大根开势必影响电气设备的布置和占地面积。另外，由于角钢回转半径较小，在大型结构中，由于斜腹杆长度较大，而斜腹杆本身受力并不大，结果材料利用率较低，解决此问题即减小构件长细比的办法是加设再分式腹杆，但设再分式腹杆会增加节点数量和用钢量。在线路铁塔中角钢格构式结构应用普遍。由于本工程中A、C相横担在出线方向又有悬挑，若采用角钢格构式结构，横担弦杆与塔柱连接节点不易处理。

钢管格构塔

塔柱采用变截面钢管格构矩形柱，钢管主杆、钢管腹杆，节点板螺栓连接，构架横担采用变截面钢管格构四边形梁，钢管弦杆、角钢腹杆，节点板螺栓连接。横担弦杆与塔柱螺栓连接，整体为刚接，塔柱主杆拼接采用法兰连接，该结构形式取材方便，材料规格基本不受限制，钢管迎风体型系数小，截面回转半径大且各向同性，因而杆件受压稳定性好。

与角钢格构式结构相比，钢管格构式结构具有以下优点：

①构件受荷性能好。钢管构件作为构架的承载结构相对于角钢构件具有明显的优势。一是可以减小构架的风压，圆管构件体形系数比角钢几乎小一倍；二是在截面面积相等的情况下，圆管的回转半径比角钢大20％左右；三是，若用无缝钢管，其压曲系数为a类，而角钢为b类，两者相差7％左右。

②结构受力明确，节点构造简单，大部分构件属于拉压杆，符合计算假定。

③经济性好，一般来讲，钢管塔比角钢塔用钢量可降低10～20％，对大负荷高塔使用钢管格构式结构优势更明显。

④外型美观。由于钢管具有较好的受荷截面特性，即各个方向的截面特性相同，与塔柱非正交的横担弦杆与塔柱连接节点容易处理，结构构件数量少、截面相对较小，节间距有较大幅度的增加，使得结构布置更为简洁美观。

⑤适用性较强。对于荷载大、高度大、电压等级高的构架，钢管格构式结构有更强的适用性。

⑥取材方便，目前各种轧制和焊接钢管的质量提什较快且渐趋稳定，供货渠道日趋通畅，钢管在其规格选择上具有更大的优势。

通过上述分析，所述750kV变电站工程中330kV GIS垂直出线构架采用钢管格构式塔结构。

钢管格构塔的设计

钢管格构塔柱的截面尺寸选择

独立塔柱从受力要求上最好选用正方形截面，但本工程330kV构架塔柱窄面方向由于受出线间隔宽度影响不能超过2.5m，沿出线方向的宽面参考750kV构架柱的经济根开斜率H/16H为变截面处高度，确定为5.0m宽，所述塔柱宽度在标高18.0m及以下的部分随着高度增加而减小，在标高18.0m以上保持2.5m宽不变。

通过计算比较可以发现，采用2.5m×6.0m根开时，杆件应力比明显减小，腹杆基本是由受压构件长细比控制，杆材未充分利用；采用2.5m×4.0m根开时，杆件应力比明显增大，有些腹杆的应力比较大，需要加大截面。这样小根开塔柱中杆件截面较大，整个结构通透性差，感观较笨拙，本工程330kV垂直出线格构塔塔柱采用整体比例较协调的根开尺寸2.5m×5.0m。

对标高18.0m以上塔柱截面尺寸如果由2.5m×2.5m减小到2.0m×2.0m，横担的截面尺寸相应减小。计算结果显示，挂导线的横担下弦杆截面、标高18.0m以上的塔柱主杆截面均需加大一个型号，由减小塔柱截面尺寸引起的钢材量减少被加大主材截面引起的钢材量增加相抵消，而且塔柱顶位移相应增大到120mm，超过了位移限值，因此塔柱标高18.0m以上采用2.5m×2.5m截面尺寸。

钢管格构塔柱的腹杆型式选择

对于单塔两回出线，本期只挂单回，远期挂两回；或者两回出线，一回挂2***LGJ-300/40导线，一回挂4***LGJ-300/40导线；或者单塔单回出线，塔柱均需承受很大的扭矩作用，因此塔柱腹杆选用对称布置的十字交叉杆及米字杆，抗扭性能好。

十字交叉腹杆体系常用于杆件长度较短处，在塔柱几何尺寸较大时往往因长细比控制而限制杆件截面，造成材料用量增多。本工程330kV垂直出线格构塔塔柱窄面腹杆及标高10.5m以上宽面腹杆采用十字交叉杆。米字形腹杆体系对减小塔柱主杆、横杆及斜杆的长细比很有益处，与十字交叉腹杆体系相比，若塔柱尺寸相同，其各种杆件的长细比均几乎减半，其缺点是节点数量多，有的节点较复杂，横隔杆件多，但这些杆件长度均较短，故增加材料并不多。本工程330kV垂直出线格构塔塔柱标高10.5m以下宽面腹杆采用米字杆。

钢管格构塔柱的横隔设计

钢管格构塔柱在宽面采用米字形腹杆体系，在横杆中点有斜杆交汇，横杆水平面内必须加横隔来维持横杆在塔斜平面外的稳定。横隔的首要作用是维持塔身平面的几何不变性。对于十字交叉腹杆体系的窄面，尽管原则上没有横隔也能维持结构几何不变，但当塔的边数较多时斜杆抗塔身横截面变形的能力较弱，或塔柱变坡时横斜杆受力较大，也要用横隔增加塔身横截面的抗变形刚度。

1横隔的布置原则如下：

①在横杆中间有斜杆交汇点的平面，原则上均要求布置横隔。若考虑横杆在此点的抗弯刚度，则要将横杆作为拉(压)弯构件做明确计算才能保证结构的可靠性。

②在塔柱变坡处要布置横隔。因为此处平面杆件受力大，要控制其变形才能抑制非线性变形的不利影响。

③在其他情况下每隔2～3层也应设置横隔，以减少塔架平面变形的不利影响。

④斜杆有再分式腹杆处塔柱要设相应的横隔。

2横隔在水平面内的布置有如下原则：

①将平面内每一节点连成几何不变的平面桁架。

②尽可能使横隔的计算长度减小。

3横隔的受力计算

横隔一般受力较小，在选取截面时主要根据长细比的条件加以控制，以使结构更加经济。作为塔的次要构件，横隔的长细比可控制在120～200，并要求两向长细比基本均衡，以免因单向长细比太大而产生材料浪费。故选用横隔的材料时，刚性横隔以钢管为好，柔性横隔以圆钢为好，横隔长度较短时，也可用单角钢或双角钢，角钢材料单价低，连接也较为方便。

横隔的计算尽可能按实际布置状况进行，在主体结构建模时考虑横隔，通过结构整体空间计算确定横隔杆件的真实内力。由于横隔在使用中还有自重及其他横向荷载，或者承受安装荷载，故在计算时应适当考虑横隔的弯曲次应力。

4横隔的连接

横隔作为塔架的次要杆件，一般受力较小，因而节点受力也较小，一般采用双剪连接和单剪连接。其中主要横隔采用双剪连接较多，次要横隔采用单剪连接较多。当横隔与横斜杆共同交于塔柱上某一点时，横杆与横隔、横隔与横隔之间易发生干扰，此时应首先保证横杆的连接，其次为主横隔，最后考虑次横隔。

钢管格构塔的横担设计

参考图1、图2a-图2e横担立面为三角形布置弦杆的悬挑结构，横担的顶面和底面设十字交叉腹杆。A相、C相横担分别进行了两种结构型式计算：

1上弦杆从塔柱柱身到横担端部直线连接，不设弯折点，横担横断面为不相似的直角梯形，顶面交叉腹杆不在同一平面，互相不连接，腹杆长细比大，参考图4。

2在塔柱柱身处先设置类似三棱柱的格构式支座，从支座到横担端部直线连接，上弦杆需要在支座处弯折，见图5。横担横断面为相似矩形，顶面交叉腹杆在同一平面，交叉点可连接，腹杆平面外的长细比计算采用与角钢肢边平行轴的回转半径ix，而1中采用的是角钢最小回转半径iv，ix基本是iv的1.5倍，腹杆长细比约为1中对应杆件长细比的2/3，因此顶面腹杆截面减小。横担上弦折杆所在平面的竖腹杆及斜腹杆增大，总体钢材量减少0.2％。但整个结构造型要比1的型式显得笨重，构架塔正立面比较见图6和图7，因此A、C相横担采用1中结构型式。

连接节点设计

连接节点的强度、稳定计算及构造设计，是整个设计工作中的一个重要环节。连接节点的设计实际上是结构模型中杆端连接假定实现的过程。设计是否合理，对保证实际结构与计算模型是否吻合、杆件能否按要求明确传力以及结构整体性起着至关重要的作用。

连接节点计算及构造设计时需遵循如下原则：

①连接节点处内力传递简捷明确，安全可靠，尽量减少偏心引起的附加弯矩。

②确保连接节点有足够的强度和刚度。

③节点加工简单、施工安装方便。

根据以往工程构架钢材的统计结果显示，节点板钢材占构架钢材总重的比例约为40％～50％，因此节点计算、节点板的合理选用对构架的外观和用钢量有很大的影响。

塔架柱节点型式：

参考图8a-图8e，格构塔柱钢管主杆采用法兰接长，法兰连接属于部分刚接节点。受力较大的下段柱法兰采用刚性法兰，受力较小的上段柱法兰采用柔性法兰。塔柱腹杆钢管与主杆钢管的连接方式有管管相贯线焊接、U形插板双剪连接以及插板单剪连接。

管管相贯线焊接见图8a，属于部分刚接节点，其优点主要是连接刚度大，不用辅助连接材料，连接强度较高；其缺点是对加工设备要求高最好用数控的相贯线切割机，并同时切出坡口，焊接工作较复杂，特别是对于锐角相交处的焊缝，较难达到对接焊的要求，在较大反复荷载作用下易产生裂缝。当焊缝较厚时，焊接应力、焊接变形的影响也较大。相贯线焊接除对焊缝进行验算外还需注意主管壁受力后的侧向稳定和强度问题，要综合考虑主次管的直径及壁厚之比等因素。

U形插板双剪连接见图8b，属于铰接节点，用于斜腹杆及横隔连接，U形插板连接侧向刚度较小，但用材较省。U形插板连接的受力过程为：腹杆钢管通过焊缝将力传给U形板，U形板通过螺栓抗剪将力传给中间插板，插板再通过焊缝将力传给主杆。加劲板起加强侧向刚度的作用。当腹杆钢管截面过小时，由于U形板***时对钢管净截面损伤太大，不适宜用U形板连接。U形插板双剪连接为保证安装时顺利***，U形板间隙应比主杆节点板厚度增加1～2mm。

插板单剪连接见图8d，属于铰接节点，用于受力较小的斜腹杆及横隔连接，此处钢管的截面往往取决于允许长细比，内力较小，因此用螺栓单剪连接即可满足强度要求。单剪连接一般存在偏心，故连接与杆件的强度、稳定计算均要按规范打折扣取值。腹杆钢管端部根据内力大小设槽型插板或T形插板。由于受压腹杆钢管一般是由整体稳定控制，在保证插板的净截面受压和孔壁承压均满足要求的情况下，插板如果与受压腹杆钢管采用等面积换算设置时是偏于保守的。

塔架柱与横担连接节点设计

格构塔柱与横担整体为刚性连接，立面为三角形的横担上下弦杆与塔柱通过节点板用普通螺栓铰接连接。塔柱节点处设环向板，一方面作为塔柱水平腹杆、横隔、横担弦杆及腹杆的连接板，另一方面加强柱主杆此处的抗扭刚度。对于A相、C相横担在水平面内与塔柱沿出线方向轴线间的夹角为42°，B相及地线横担为90°，采用环向板便于与各个方向的横担弦杆相连。横担斜弦杆与塔柱通过竖向节点板连接，环向板作为此节点板的劲板起加强侧向刚度的作用，部分节点连接详见图9a、图9b、图9c和图9d。

垂直出线格构塔与带端撑人字柱门型构架比较

垂直出线格构塔与带端撑人字柱门型构架布置尺寸比较

垂直出线格构塔沿垂直于出线方向的布置尺寸为1.25+31.0×5+46.0+31.0×6+1.25＝389.5m，而带端撑人字柱门型构架沿垂直于出线方向的布置尺寸为4.5+18.0×6+5.0+18.0×4+18.0+18.0×6+5.0+18.0×6+4.5＝433.0m，相比垂直出线塔架增加了43.5m。

直出线格构塔与带端撑人字柱门型构架的刚拆用量比较

在同一外界条件及相同的导线拉力作用下，对垂直出线格构塔与带端撑人字柱门型构架两种结构型式分别建模计算，钢材量统计结果见表1和表2：

表1垂直出线格构塔的钢材量

序号	构件名称	数量	单重(kg)	总重(t)	备注
						1	GJT-1	7	24891.1	174.24	格构塔
2	GJT-2	2	20234.4	40.47	格构塔
						3	GJT-2a	1	18673.4	18.67	格构塔
4	GJT-2b	1	18664.3	18.66	格构塔
						5	GJT-3	2	26231.4	52.46	格构塔
6	爬梯	13	577.4	7.51
							合计			312.01

表2带端撑人字柱门型构架的钢材量

由以上两表看出，垂直出线格构塔的钢材量比带端撑人字柱门型构架的钢材量减少27.08t，钢材单价按9300元/t计算，节约费用25.2万元。

两种结构型式的钢筋混凝土承台比较

钢筋混凝土承台统计结果见表3、表4：

表3垂直出线格构塔的承台混凝土量

表4带端撑人字柱门型构架的承台混凝土量

由表3和表4看出，垂直出线格构塔的承台混凝土量比带端撑人字柱门型构架的承台混凝土量减少81.6m3，钢筋混凝土单价按600元/m3计算，节约费用4.9万元。

两种结构型式的承台桩基比较

承台桩基统计结果见表5和表6：

表5垂直出线格构塔的承台桩数

序号	构件名称	数量	单组承台桩数(根)	总桩数(根)	备注
						1	GJT-1承台	7	8	56
2	GJT-2承台	2	8	16
						3	GJT-2a承台	1	8	8
4	GJT-2b承台	1	8	8
						5	GJT-3承台	2	8	16
	合计			104

表6带端撑人字柱门型构架的承台桩数

序号	构件名称	数量	单组承台桩数(根)	总桩数(根)	备注
						1	GZ-1承台	4	12	48
2	GZ-2承台	22	6	132
							合计			180

由表5和表6看出，垂直出线格构塔的承台桩数比带端撑人字柱门型构架的承台桩数减少76根，桩基单价按9043元/根计算，节约费用68.7万元。

通过上述两种结构型式的钢材量、承台混凝土量及承台桩数折合成经济费用的比较，采用垂直出线格构塔比带端撑人字柱门型构架本体费用节约25.2+4.9+68.7＝98.8万元。而且前者相比后者沿垂直于出线方向节约43.5m宽的占地，约合3.3亩，单价按36万元/亩计算，节约费用118.8万元。

综上所述，垂直出线格构塔横担与塔柱采用便于节点连接的钢管格构式结构，塔柱采用钢管主杆、钢管腹杆，节点板螺栓连接，腹杆采用抗扭性能好的十字交叉杆或米字杆，端部设槽型插板与节点板单剪连接。横担采用钢管弦杆、角钢腹杆、节点板螺栓连接，横担立面内弦杆三角形布置。A、C相横担上弦杆从塔柱柱身到横担端部直线连接，不需弯折，横担横断面为不相似的直角梯形，顶面交叉腹杆不在同一平面，互不连接，底面腹杆十字交叉布置，交叉处螺栓连接；B相、地线横担横断面为相似矩形，顶底面腹杆十字交叉布置，交叉处螺栓连接。塔柱根开经过计算比较选用2.5m×.0m，塔柱柱脚处钢管主材为Φ273×10～Φ273×14，腹杆为Φ114×5～Φ121×6，观感上比例协调。

塔柱柱顶的计算挠度、横担端部垂直及水平方向的计算挠度均需满足限值要求。横担弦杆上地线设平孔挂环板，导线设竖孔挂环板，旋转挂环板方位，使得挂环板与横担弦杆的夹角满足导线金具安装的空间要求，同时减小挂孔偏心在横担端部产生的扭转效应。

通过对垂直出线格构塔与带端撑人字柱门型构架的比较，前者比后者节约本体费用98.8万元，约占后者本体费用的19％，而且前者相比后者沿垂直于出线方向节约43.5m宽的占地，约合3.3亩，单价按36万元/亩计算，节约费用118.8万元。

再者，垂直出线格构塔安装检修相对独立，避免了门型构架组装时梁柱间相互制约以及误差累积的风险，检修、改造不会殃及到周边其它出线。同时颠覆了变电站传统水平出线时采用带端撑人字柱门型构架的常规结构型式，提出了出线构架设计的另一种结构型式——塔式结构。对于紧凑型布置的其它电压等级垂直出线布置方案，优化出线结构设计具有很好的借鉴意义。对于空间上沿不同方向挂线的线路塔的结构设计，尤其是横担与塔身连接节点的设计，该技术的提出也具有很好的借鉴意义。

Claims (10)

1.一种格构塔式出线结构，其特征在于，包括格构塔(1)、顶部悬挑梁(2)、上部悬挑梁(3)、中部悬挑梁(4)以及下部悬挑梁(5)，顶部悬挑梁(2)、上部悬挑梁(3)、中部悬挑梁(4)以及下部悬挑梁(5)在水平方向上沿格构塔(1)的一周布置，顶部悬挑梁(2)、上部悬挑梁(3)、中部悬挑梁(4)以及下部悬挑梁(5)从上往下布置，使A相、B相、C相三相导线及地线在空间上垂直布置，两回出线共用一基出线塔。

2.根据权利要求1所述的格构塔式出线结构，其特征在于，顶部悬挑梁(2)和中部悬挑梁(4)均呈一字形布置，顶部悬挑梁(2)的长度大于中部悬挑梁(4)的长度；上部悬挑梁(3)和下部悬挑梁(5)均呈V形布置，并且上部悬挑梁(3)和下部悬挑梁(5)的开口方向相背离。

3.根据权利要求1所述的格构塔式出线结构，其特征在于，顶部悬挑梁(2)、上部悬挑梁(3)、中部悬挑梁(4)以及下部悬挑梁(5)从上往下依次作为地线、A相、B相和C相横担。

4.根据权利要求3所述的格构塔式出线结构，其特征在于，A相、C相横担上弦杆从格构塔塔身到横担端部为直线形，横担横断面为不相似的直角梯形；B相和地线横担横断面为相似矩形。

5.根据权利要求3所述的格构塔式出线结构，其特征在于，A相、C相所用悬挑梁立面均为三角形；顶面交叉腹杆不在同一平面，顶面的腹杆互相不连接。

6.根据权利要求1所述的格构塔式出线结构，其特征在于，顶部悬挑梁(2)、上部悬挑梁(3)、中部悬挑梁(4)以及下部悬挑梁(5)均为格构式。

7.根据权利要求1所述的格构塔式出线结构，其特征在于，格构塔(1)的塔柱采用变截面钢管格构矩形柱。

8.根据权利要求1所述的格构塔式出线结构，其特征在于，格构塔(1)的塔柱腹杆采用对称布置的十字交叉杆及米字杆，塔柱标高10.5m以下宽面的腹杆采用米字杆，米字杆的横杆水平面内设置横隔；塔柱窄面的腹杆及标高10.5m以上宽面腹杆采用十字交叉杆。

9.根据权利要求1所述的格构塔式出线结构，其特征在于，格构塔(1)的塔柱节点处设环向板和竖向节点板，横担弦杆和水平腹杆通过环向板与塔柱连接，横担斜弦杆与塔柱通过竖向节点板连接。

10.根据权利要求1所述的格构塔式出线结构，其特征在于，格构塔(1)的塔柱的钢管主杆采用法兰接长，下段柱法兰采用刚性法兰，上段柱法兰采用柔性法兰，塔柱腹杆钢管与主杆钢管插板单剪连接。

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