第2章 塔架设计原理和方法

2.1 设计原理

风力发电机组塔架是支撑高位布置风力发电机的架子，它不仅要有一定的高度，使风力发电机处于较为理想的位置上运转，而且还应有足够的强度与刚度，以保证在台风或暴风袭击时，不会使整机倾覆。塔架结构属于特殊作用的高耸结构，与一般建筑结构设计一样，要通过初步设计、技术设计与施工图设计三个阶段。但是风力发电机组塔架结构又不同于一般的建筑物，它具有高柔、外露、无围护的特点，顶部又有大质量、大刚度的旋转风轮和机舱结构，受力随风轮运转和运行方式不同而不同，因而在设计中要解决许多特殊的问题。

风力发电机组塔架结构设计必须考虑下列特点：

（1）风力发电机组塔架结构是外露结构，风荷载是其主要荷载，在设计中需要根据风轮及机舱的空气动力设计及假定的尺寸，选出最不利工况计算作用在塔架上的荷载，解出构件内力，然后验算其强度、刚度和稳定性；如不符合要求，则对结构布置和尺寸进行调整，重新进行计算，一般总要反复计算数次，才能使荷载和结构协调。

（2）由于高耸结构无围护的特点，设计时就要考虑其围护保养问题，特别是钢结构的防锈蚀，在设计一开始就要与结构方案紧密联系。

（3）高耸塔架结构的施工条件不同于一般结构。对钢结构，必须考虑分段制作、构件运输、高空吊装和拼接技术等施工方案；对钢筋混凝土结构，必须考虑现场浇制的施工方案，包括模板提升、混凝土垂直运输等。

（4）高耸风力发电机组塔架结构主要承受风荷载、重力荷载、风轮和机舱传给塔架的交变荷载，以及波浪和地震作用，这些荷载和作用具有动力性质，设计时要考虑振动问题，在构造和计算上要采取相应措施。

（5）高耸风力发电机组塔架结构的基础有别于一般工程结构，不仅有受压问题，更重要的还有抗拔问题，有时必须考虑高耸结构与基础的共同作用。

（6）风力发电机组塔架结构所处环境和受力复杂，尤其是海上风力发电机组塔架结构，除受到与陆上风力发电机组同样的荷载和作用外，还要受到海洋环境的影响，使塔架和基础的设计、施工、围护变得更为复杂。

（7）风力发电机组塔架结构在运输、安装和使用过程中必须有足够的强度、刚度和稳定性，整个结构必须安全可靠，并尽可能节约材料，减轻结构重量。