升降式高杆灯抗风分析和计算-周正明.pdf

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、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10～15‰ 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*β z*μ s*μ z， 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。 式中W 2 k—风荷载标准值(kN/m)； Wo—基本风压(kN/㎡)β z—高度z 处的风振 系数； μ s—风荷载体型系数； μ z—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，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β z： 《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β z 可按下式计算： β z=1+ξ ε ε 1 2