第2章 塔架設(shè)計(jì)原理和方法

2.1 設(shè)計(jì)原理

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架是支撐高位布置風(fēng)力發(fā)電機(jī)的架子，它不僅要有一定的高度，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于較為理想的位置上運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度與剛度，以保證在臺風(fēng)或暴風(fēng)襲擊時(shí)，不會使整機(jī)傾覆。塔架結(jié)構(gòu)屬于特殊作用的高聳結(jié)構(gòu)，與一般建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一樣，要通過初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)與施工圖設(shè)計(jì)三個階段。但是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架結(jié)構(gòu)又不同于一般的建筑物，它具有高柔、外露、無圍護(hù)的特點(diǎn)，頂部又有大質(zhì)量、大剛度的旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪和機(jī)艙結(jié)構(gòu)，受力隨風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)和運(yùn)行方式不同而不同，因而在設(shè)計(jì)中要解決許多特殊的問題。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮下列特點(diǎn)：

（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架結(jié)構(gòu)是外露結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載是其主要荷載，在設(shè)計(jì)中需要根據(jù)風(fēng)輪及機(jī)艙的空氣動力設(shè)計(jì)及假定的尺寸，選出最不利工況計(jì)算作用在塔架上的荷載，解出構(gòu)件內(nèi)力，然后驗(yàn)算其強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；如不符合要求，則對結(jié)構(gòu)布置和尺寸進(jìn)行調(diào)整，重新進(jìn)行計(jì)算，一般總要反復(fù)計(jì)算數(shù)次，才能使荷載和結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)。

（2）由于高聳結(jié)構(gòu)無圍護(hù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮其圍護(hù)保養(yǎng)問題，特別是鋼結(jié)構(gòu)的防銹蝕，在設(shè)計(jì)一開始就要與結(jié)構(gòu)方案緊密聯(lián)系。

（3）高聳塔架結(jié)構(gòu)的施工條件不同于一般結(jié)構(gòu)。對鋼結(jié)構(gòu)，必須考慮分段制作、構(gòu)件運(yùn)輸、高空吊裝和拼接技術(shù)等施工方案；對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，必須考慮現(xiàn)場澆制的施工方案，包括模板提升、混凝土垂直運(yùn)輸?shù)取?/p>

（4）高聳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架結(jié)構(gòu)主要承受風(fēng)荷載、重力荷載、風(fēng)輪和機(jī)艙傳給塔架的交變荷載，以及波浪和地震作用，這些荷載和作用具有動力性質(zhì)，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮振動問題，在構(gòu)造和計(jì)算上要采取相應(yīng)措施。

（5）高聳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)有別于一般工程結(jié)構(gòu)，不僅有受壓問題，更重要的還有抗拔問題，有時(shí)必須考慮高聳結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的共同作用。

（6）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架結(jié)構(gòu)所處環(huán)境和受力復(fù)雜，尤其是海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架結(jié)構(gòu)，除受到與陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組同樣的荷載和作用外，還要受到海洋環(huán)境的影響，使塔架和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、施工、圍護(hù)變得更為復(fù)雜。

（7）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸、安裝和使用過程中必須有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，整個結(jié)構(gòu)必須安全可靠，并盡可能節(jié)約材料，減輕結(jié)構(gòu)重量。