升降式高杆灯抗风分析和计算-周正明

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1、升降式高杆灯风荷载分析和抗风计算周正明【摘要】高杆灯一般是指高度等于或大于20m的照明设施。由于高杆灯使用的范围和地点的特殊性，因此，高杆灯的安全性要求特别高，高杆灯的安全性包括刚度、稳定性方面，其中强度计算与校验是最重要的因素。高杆灯主要荷载有：杆体及灯具自重的垂直荷载、抗风的水平荷载，另外还有覆冰荷载和抗地震荷载；其中风载荷是影响高杆灯强度的最大的、也是最关键的因素。本文以升降式高杆灯为例，对升降式高杆灯的风荷载与抗风计算与校核作一探讨，并附实际生产中的高杆灯抗风设计计算范例供探讨。【关键词】高杆灯、升降式高杆灯，高耸结构、

2、直立式高耸结构，一、升降式高杆灯的结构特征高杆灯：一般指20米以上钢制柱型灯杆和大功率组合式灯架构成的照明装置。高杆灯由基础、灯杆（包括升降系统）、灯盘（包括内部电器）三部分组成，是一种自立式结构，一般采用多边形拔梢状钢管结构，属于高耸构筑物。一般可分为固定式、升降式、倾倒式三种类型。升降式主杆高度一般是20米以上。高杆灯灯杆的构造：高杆灯的灯杆一般为圆柱型独体结构，由高强度优质钢板经剪制、折弯、自动焊接成形。一般分为2～4段，上部的截面小，下部的截面大，上一段的壁厚度较下一段薄。高杆灯灯杆高度一般在20～40m，锥度一般在10

3、～15‰左右，杆壁厚度8mm～16mm；灯杆的外径一般为杆高的1/50～1/40；当杆高大于30m时，灯杆的外径一般为杆高的1/40～1/30。灯杆的外形一般采用圆形或正多边形（一般大于12边）。升降式高杆灯灯杆体内安装有电动升降系统由电动马达、卷扬机、热浸锌钢丝绳及电缆等组成，升降速度为每分钟3至5米。高杆灯灯盘的构造：灯盘造型可根据用户要求、周围环境、照明需要具体而定，常见的造型形式有飞碟式，斗笠式，牵牛花式等十几种；内部灯具多由泛光灯和投光灯组成,光源一般采用高压钠灯和金卤灯,照明半径达60米高杆灯基础的构造：高杆灯基础采

4、用钢筋混凝土+圆板。埋深一般不少于3m（根据地质条件，一般为杆高的10％～15％）与灯杆用法兰盘连接。高杆灯灯杆与混凝土柱墩的连接，一般采用上下两块法兰盘直接接触的方式。下法兰与地脚螺栓焊接在一起，增加下法兰，可以改善混凝土的浇捣条件，方便灯杆的安装。地脚螺栓和坚强筋应为双数，一般不少于6个。由于施工安装对灯杆的垂直精度要求高，可将钢筋混凝土基础顶面的法兰盘外露，灯杆安装好后，进行防腐处理后再用混凝土等材料包封严密。二、升降式高杆灯抗风分析与计算风荷载对柔度较大的高杆灯杆体结构起着决定的作用。顺风向的风压由稳定风压和脉动风压两部

5、分组成，前者长达几分钟，而且周期性地作用在杆体上，是静力；后者周期仅几秒，风压不规则变化地作用在杆体上，因而产生振动，它的性质是动力的。根据《高耸结构设计规范》GB50135-2006中的规定，风荷载标准值Wk=Wo*βz*μs*μz，即：风载荷标准值=基本风压*风振系数*风载体形系数*风压高度变化系数。2式中Wk—风荷载标准值(kN/m)；Wo—基本风压(kN/㎡)βz—高度z处的风振系数；μs—风荷载体型系数；μz—风压高度变化系数。Wo基本风压：设计基本风压时不应取当地气象记录中的最大瞬间值，因为造成风灾的往往不是瞬间风压

6、，而是较长时间的平均风压；一般瞬间风压获取的是小面积风压值，实际结构物的挡风面积不会同时达到最大值。瞬间风压中还突出了脉动部分峰值，而在计算风荷载标准值时，已经乘上风振等动力系数。所以设计基本风压应取《建筑结构荷载规范》GB50009-2001，（《工程风设计手册》）中的全国风压标准值，而不取瞬间风压2值，但最小值不得小于0.35KN/M。风振系数βz：《高耸结构设计规范》对于一般悬臂结构(构架、塔架、烟囱等高耸结构)且可忽略扭转影响的高层建筑，风振系数可按规范中一个相应的公式计算。高耸结构在z高度处的风振系数βz可按下式计算：

7、βz=1+ξε1ε2式中ξ——脉动增大系数，按GB50135-2006,4.2.9-1表查询，ε1——风压脉动和风压高度变化的影响系数，按GB50135-2006,4.2.9-2表查询，ε2——振型、结构外形的影响系数，按GB50135-2006,4.2.9-3表查询，灯杆脉动增大系数ξ(GB50135-2006,4.2.9-1）222WoT(kn.S/m)0.010.020.040.060.080.100.200.400.60脉动增大系数1.471.571.691.771.831.882.042.242.362-32石化塔：当

8、H/D0＜700时，T=0.35+0.85x10xH/D0，2-32当H/D0≥700时，T=0.25+0.99x10xH/D0，D0=（D1+D2）/2。高杆灯可参考此计算。2在计算WoT时，对地面粗糙度B类地区可直接代入基本风压，而对A类，C类，D类地区应按