输电线路杆塔及基础课程设计说明书.docx

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输电线路杆塔及基础课程设计说明书

输电线路杆塔基础课程设计说明书

一、设计题目：

刚性基础设计

（一）任务书

（二）目录

（三）设计说明书主体

设计计算书是设计计算的整理和总结，是图纸设计的理论依据，也是审核设计的技术文件之一，因此编写设计说明书是设计工作的非常重要的一部分。

1、设计资料整理

（1）土壤参数

（2）基础的材料

（3）柱的尺寸

（4）基础附加分项系数

2、杆塔荷载的计算

（1）各种比载的计算

（2）荷载计算

1）正常大风情况

2）覆冰相应风

3）断边导线情况

要求作出三种情况的塔头荷载图

3、基础作用力计算

计算三种情况荷载作用下基础的作用力，选择大者作为基础设计的条件。

4、基础设计计算

（1）确定基础尺寸

1）基础埋深h0确定

2）基础结构尺寸确定

　A、假定阶梯高度H1和刚性角

B、求外伸长度b'

C、求底边宽度B

　　　D、画出尺寸图

（2）稳定计算

　　　　1）上拔稳定计算

　　　　2）下压稳定计算

（3）基础强度计算

5、画基础施工图和铁塔单线图

用A3纸（按制图标准画图）见参考图

　　6、计算可参考例11－3

《输电杆塔及基础设计》课程设计任务书

一、设计的目的。

《输电杆塔及基础设计》课是输电线路专业重要的专业课之一，《输电杆塔及基础设计》课程设计是本门课程教学环节中的重要组成部分。

通过课程设计，使学生能系统学习和掌握本门课程中所学的内容，并且能将其它有关先修课程（如材料力学、结构力学、砼结构，线路设计基础、电气技术）等的理论知识在实际的设计工作中得以综合地运用；通过课程设计，能使学生熟悉并掌握如何应用有关资料、手册、规范等，从设计中获得一个工程技术人员设计方面的基本技能；课程设计也是培养和提高学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。

二、设计题目钢筋混凝土刚性基础设计

三、设计参数

直线型杆塔：

Z1－12铁塔（单线图见资料，铁塔总重56816N，铁塔侧面塔头顶宽度为400mm）

电压等级：

　　110kV　　　　　　　

绝缘子：

　7片×－4.5　　　　　　　

地质条件：

　　　　粘土，塑性指标IL＝0.25，空隙比e＝0.7

基础柱的尺寸：

600mm×600mm

分组参数如下（注：

分组参数与点名册顺序对应）

参数

序列号

气象条件

导线型号

地线型号

水平档距（m）

垂直档距

（m）

学生姓名

15

Ⅲ

LGJ-240/40

1×7-9-1270-A

500

500

四、设计计算内容

1．荷载计算（正常情况Ⅰ、Ⅱ，断边导线三种情况）

2．计算基础作用力（三种情况）

3．基础结构尺寸设计

4．计算内容

（1）上拔稳定计算

（2）下压稳定计算

（3）基础强度计算

五、设计要求

1．计算说明书一份（1万字左右）

2．图纸2张

（1）铁塔单线图

（2）基础加工图

1、设计资料整理

1）土壤参数

地质条件：

粘土，液性指标IL＝0.5，空隙比e＝0.7

查附表15-6得，此土为硬塑（0＜IL=0.25≤0.25）

查表11-2得，土的内摩擦角β=20°，土的上拔角α=25°，土的压力系数m=63kN/m3，土的计算容重γS=17kN/m3，土的承载力特征值fa=295kN/m2

2）基础的材料

混凝土采用C20，钢筋采用HPB235，基础型式：

为阶梯刚性基础，

3）柱的尺寸

基础柱子段尺寸为a1＝600×600mm

4）基础附加分项系数

查表11-1得基础附加分项系数γf=0.9

2、杆塔荷载标准值的计算

2.1杆塔的相关信息参数

直线型杆塔：

Z1－12铁塔（铁塔总重56816N，铁塔侧面塔头顶宽度为400mm）；

电压等级：

110kV；绝缘子：

7片×-4.5；气象条件：

Ⅲ；水平档距：

500m；垂直档距：

500m；

导线型号

导线外径（mm）

导线面积（mm2）

计算破断拉力（kN）

单位长度质量（kg/km）

LGJ-240/40

21.66

277.75

83370

964.3

导线型号

导线外径（mm）

导线面积（mm2）

公称抗拉强度（MPa）

最小破断拉力（kN）

单位长度质量（kg/hm）

1X7-9-1270-A

9

49.48

1270

57.80

41.19

气象条件的组合

风速V（m/s）

覆冰厚度b（mm）

大气温度t（°C）

最大风速

25

0

-5

覆冰有风

10

5

-5

线路断线事故（一般地区）

0

0

15

假设地线金具重力为90N；绝缘子和金具重力为520N；

2.2各种比载的计算

（1）其计算过程如下：

导线的自重比载γ1D（0，0）；导线的冰重比载γ2B（5，0）；

地线的自重比载γ1B（0，0）；地线的冰重比载γ2B（5，0）；

导线无冰风比载γ4D（0，25）；导线覆冰风压比载γ5D（5，10）；

地线无冰风比载γ5D（0，25）；地线覆冰风压比载γ5D（5，10）；

（2）比载总结

比载（MPa/m）

导线

地线

γ1（0，0）

34.02×10-3

81.58×10-3

γ4（0，25）

28.48×10-3

72.47×10-3

γ5（5，10）

8.55×10-3

28.80×10-3

2.3杆塔导线地线荷载标准值计算

（1）运行情况1，直线杆塔的第一种荷载组合情况为：

最大风速。

III级气象区，从《规程》中查得：

V=25m/s，t=－5℃，b=0mm。

1）地线重力

2）地线风压

3）导线重力

4）

绝缘子串的风荷载：

绝缘子串数n1=1，每串的片数n2=7，单裙一片绝缘子挡风面积AJ=0.03mm2，绝缘子串的高度约为15m，查表2-5得风压高度变化系数μZ=1.0,则

5）导线风压

（2）运行情况I1，直线杆塔的第一种荷载组合情况为：

覆冰有风。

III级气象区，从《规程》中查得：

V=10m/s，t=－5℃，b=5mm。

1）设计冰厚为5mm，覆冰系数取K=1.075，则地线重力

2）地线风压

3）

导线重力

4）绝缘子串的风荷载

5）导线风压

（3）断一根导线（线路最左边相导线）的荷载组合情况为：

线路断线事故（一般地区），无冰无风。

1）地线重力GB=2108N

2）未断导线相GD=5245N

3）

断导线相为

4）断线张力：

导线的最大使用张力

导线的最大使用张力百分比值为50%，则TD=TDmaxX%=31681×50%N=15841（N）

2.4杆塔塔风压荷载标准值计算

直线型杆塔：

Z1－12，铁塔铁塔总重56816N，铁塔侧面塔头顶宽度为400mm，塔身顶端宽度为1.6m，塔腿根开6.312m，全塔高39m,塔头高8m，塔身高26m，塔腿高5M，线路电压等级110kV，地表面的粗糙程度为B类。

2.4.1塔头风荷载标准值计算（在运行情况1，最大风速）

1）风压随高度的变化系数，查表2-5得，μZ=1.36；

2）风荷载调整系数，查表2-8得，βZ=1.34；

3）构件体型系数μS=1.3（1+η），其填冲系数φ=Af/A，塔头取φ=0.1×1.1=0.22，塔头b/h=1/8=0.125（b为塔头的平均宽度：

b=（0.4+1.6）/2=1）；查表2-6得，η=0.81，μS=1.3（1+0.81）=2.353。

4）塔头的投影面积

5）塔头的风压q，

2.4.2塔身风荷载标准值计算（在运行情况1，最大风）

1）风压随高度的变化系数，查表2-5得，μZ=1.26；

2）风荷载调整系数，查表2-8得，βZ=1.26；

3）构件体型系数μS=1.3（1+η），其填冲系数φ=Af/A，塔头取φ=0.1×1.1=0.22，塔头b/h=3.956/31=0.128（b为塔身的平均宽度：

b=（1.6+6.312）/2=3.956）；查表2-6得，η=0.81，μS=1.3（1+0.81）=2.353。

4）

塔身的投影面积

5）塔身的风压q

2.4.3在运行情况I1，覆冰有风情况下，塔头塔身的风荷载标准值计算

因为在运行情况II和运行情况I下，除杆塔的基本参数出了基本风压W0有变化外，其余参数均保持不变，

则，W0=V2/1600=102/1600kN/m2=0.063（kN/m2）；

同运行情况I，带入相关参数得，

塔头的风压q

塔身的风压q

2.4.4在断线情况II1，断一根导线（线路最左边相导线）的荷载组合情况下：

线路断线事故（一般地区），无冰无风。

因为无风，所以塔头塔身没有风压荷载。

2.5在三种情况下的标准荷载图如下：

3杆塔基础作用力设计值计算

根据已知条件查得：

永久荷载系数γG=1.2，可变荷载系数γQ=1.4，永久荷载系数φ=1.0，G杆塔=56816N，

3.1运行情况1，最大风速情况下。

塔头风荷载标准值Pt=qt=369N/m，塔身风荷载标准值Ps=qS=1271N/m，

1）基本力

∑Mx=γQφ[2PB×39+3PD×31+Pt×8×（8/2+31）+PS×31×31/2]

=1.4×1.0×[2×1793×39+3×4049×31+369×8×（8/2+31）+1271×31×31/2]N

=953.1（kN）

∑G＝γG（2GB+3GD+G杆塔）=1.2（2×2108+3×5245+56816）N=92.1（kN）

∑P=γQφ（2PB+3PD+Pt×8+PS×31）

=1.4×1.0×（2×1793+3×4049+369×8+1271×31）N

=81.3（kN）

2）下压力，上拔力

下压力

上拔力

3）塔腿坡度引起的水平推力（cotα=0.076）

　由下压力产生的水平推力H＝Ncotα=99×0.076kN＝7.5（kN）

　由上拔力产生的水平推力H’=N’cotα=52×0.076kN=4.0（kN）

4）横向荷引起的水平推力

由横向荷载产生的水平推力HP＝∑P/4=81.3/4kN=20.3（kN）

5）下压基础：

下压力：

N=99kN；横向水平推力：

∑Hx＝H+HP＝7.5+20.3kN＝27.8（kN）；

纵向水平推力：

∑Hy=H=7.5（kN）；

6）上拔基础：

上拔力：

N’＝52kN；横向水平推力：

∑Hx＝H’+HP＝4.0+20.3＝24.3（kN）；

纵向水平推力：

∑Hy=H’=4.0（kN）；

3.2在运行情况I1，覆冰有风情况下。

塔头风荷载标准值Pt=qt=59N/m，塔身风荷载标准值Ps=qS=205N/m，

1）基本力

∑Mx=γQφ[2PB×39+3PD×31+Pt×8×（8/2+31）+PS×31×31/2]

=1.4×1.0×[2×713×39+3×1202×31+59×8×（8/2+31）+205×31×31/2]N

=395.4（kN）

∑P=γQφ（2PB+3PD+Pt×8+PS×31）

=1.4×1.0×（2×713+3×1202+59×8+205×31）N

=16.6（kN）

2）下压力，上拔力

下压力

上拔力

3）塔腿坡度引起的水平推力（cotα=0.076）

　由下压力产生的水平推力H＝Ncotα=57×0.076kN＝4.3（kN）

　由上拔力产生的水平推力H’=N’cotα=5.6×0.076kN=0.4（kN）

4）横向荷引起的水平推力

由横向荷载产生的水平推力HP＝∑P/4=16.6/4kN=4.1（kN）

6）下压基础：

下压力：

N=57.0kN；横向水平推力：

∑Hx＝H+HP＝4.3+4.1kN＝8.4（kN）；

纵向水平推力：

∑Hy=H=4.3（kN）；

7）上拔基础：

上拔力：

N’＝5.6kN；横向水平推力：

∑Hx＝H’+HP＝0.4+4.1＝4.5（kN）；

纵向水平推力：

∑Hy=H’=0.4（kN）；

3.2在运行情况III，断一根导线（线路最左边相导线）的荷载组合情况下。

1）基本力

∑My=γQTD×31=1.4×15841×31N=687.5（kN）

∑G＝2γGGB+2γGGD+γGG杆塔+γQG’D

=2×1.2×2108+2×1.2×5245+1.2×56816+1.4×2883N

=89.9（kN）

T=γQTD×L

=1.4×15841×5N

=110.9（kN）

2）下压力，上拔力

下压力

上拔力

3）由断线张力引起的纵向水平推力

　　HD=γQTD/4=1.4×15841/4kN=5.5（kN）

4）塔腿坡度引起的水平推力（cotα=0.076）

由下压力产生的水平推力H＝Ncotα=144.41×0.076kN＝11.0（kN）

由上拔力产生的水平推力H’=N’cotα=32.0×0.076kN=2.4（kN）

5）上扭矩引起的水平推力

Va＝T/2b=110.9/2×6.312kN=17.6（kN）

Vb＝T/2a=110.9/2×6.312kN=17.6（kN）

6）下压基础：

下压力：

N=144.4kN；横向水平推力：

∑Hx＝H’+Vb/2＝2.4+17.6/2kN＝11.2（kN）；纵向水平推力：

∑Hy=HD+H+Va/2=5.5+11.0+17.6/2kN=25.3（kN）；

7）上拔基础：

上拔力：

N’＝32.0kN；横向水平推力：

∑Hx＝H+Vb/2＝11.0+17.6kN

＝19.8（kN）；纵向水平推力：

∑Hy=HD+H’+Va/2=5.5+2.4+17.6kN=0.4（kN）；

3.3基础载荷设计值在三种气象组合下情况的值

气象条件的组合

上拔力N’（kN）

下压力N（kN）

横向水平推力∑Hx（kN）

纵向水平推力∑Hy（kN）

I最大风速

52

99

27.8,24.3

7.5,4.0

II覆冰有风

5.6

57

8.4,4.5

4.3,0.4

III线路断线事故（一般地区）

32

144.4

11.2,19.8

25.3,16.7

综上所述，

上拔力N’=52kN，下压力N=144.4kN，横向水平推力∑Hx=27.8（kN）纵向水平推力∑Hy=25.3（kN）

4、基础设计计算

4.1基础各项参数

1）土壤参数

地质条件：

粘土，液性指标IL＝0.25，空隙比e＝0.7

查附表15-6得，此土为硬塑（0＜IL=0.25≤0.25）

查表11-2得，土的内摩擦角β=35°，土的上拔角α=25°，土的压力系数m=63kN/m3，土的计算容重γS=17kN/m3，土的承载力特征值fa=295kN/m2

2）基础的材料

混凝土采用C20，钢筋采用HPB235，基础型式：

为阶梯刚性基础，

3）柱的尺寸

基础柱子段尺寸为a1＝600×600mm

4）基础附加分项系数

查表11-1得基础附加分项系数γf=0.9

5）下压力N＝144.4kN,上拔力

＝52kN，横向水平推力∑Hx=27.8（kN）纵向水平推力∑Hy=25.3（kN），根开L＝6.312m。

4.2确定基础尺寸

1）先假定阶梯高度H1=300×3mm=900mm；

2）刚性角δ=40°，1:

1.5

1；

3）b’=H1tan40°=900×tan40°=755（mm）；

4）底边宽度B=600+2×755mm=2110（mm），取B=a=2110mm；

5）基础埋深取h0=2100mm；

4.3上拔稳定验算

L=6312mm>B+2h0tanα=2110+2×2100tan25°mm=4058（mm）

故不计相邻基础重复部分土的体积。

h0=2100mm

基础体积为

基础重量Qf=V0×2400×9.8kN=55（kN）;

查表11-11得，γE=0.86（因为∑Hx/N’=27.8/52=0.53）；γδ1=0.8，

γfNy≤γEγδ1（VT-△V-V0）γs+Qf

0.9×52=46.8≤0.86×0.8×（20.71-0-2.35）×16+55=257（kN）

故上拔稳定合格。

4.4承载力计算（下压稳定验算）

基础上方的土重和基础重

G=（B2h0-V0）γs+Qf=（2.112×2.1-2.35）×16+55kN=167（kN），

MX=HXh0=27.8×2.1kN=58.4（kN），

ex=MX/（N’+γGG）=58.4/（144.4+1.2×167）=0.169

压力为阶梯分布

地基承载力设计值fa（修正后的），fak=fa=295kN/m2（fa=295kN/m2为修正前的承载力特征值））

P=149

故，下压稳定验算合格。

4.5柱子配筋计算

柱子截面内配内置12根钢筋，保护层取C=35mm，

1）在上拔力作用下，需要配置单根钢筋面积为

2）水平力作用下需要配置单根钢筋面积为

沿y方向上

沿x方向上

为满足截面内钢筋种类相同，按四个角落最大单根钢筋面积布置筋，即单根钢筋的截面为

AS1=AsMy+AsMx+ASN=34+31+21＝86（mm2）,选φ12，AS1＝113.1mm2。