国际照明委员会（CIE）定义高度在20 m或以上者为高杆照明系统，高杆照明系统通常在国内称为高杆灯。高杆灯广泛用于城市广场、车站、码头、货场、公路、体育场、立交桥等户外大面积照明场所。在这些公共地方使用的大型灯具，安全性是特别重要的。然而，在台风等恶劣天气中，有时候发生高杆灯倒塌事故，造成倒塌的原因往往是高杆灯灯杆强度不足，部分厂家进行高杆灯设计时没有进行强度校核或以低于10级台风的要求进行校核。关于高杆灯灯杆结构强度验算，我国目前暂无具体的详细规范，只是在城镇建设行业标准《CJ/T 3076-1998高杆照明设施技术条件》中指出：高杆照明设施的抗风压设计应符合《GBJ9-87 建筑结构荷载规范》和《GBJ135-90 高耸结构设计规范》的有关规定[1]。下文以《GBJ135-90高耸结构设计规范》为依据，介绍一种通过进行力学分析来验算灯杆强度的模型。

1　高杆灯灯杆的设计概况

如图1，升降式圆盘形高杆灯，灯盘最大直径Φ=2.84 m，灯杆高度H=30 m，灯杆选用Q235钢板压制焊接成型，梢径d1=0.28 m，根径d2=0.65 m，灯杆分三段，上段和中段壁厚t=8 mm、下段壁厚t=10 mm，采用16 只400 W 高压纳灯，灯盘（含灯具）的投影面积约为3.3 ㎡，灯杆下部开孔320 mm × 1 200 mm，开孔处进行加强处理。灯盘（含灯具）自重500 kg，灯杆重3 300 kg。设计要求可承受12级台风（风速v=35 m/s）。

　　图1 30米高杆灯简图

2结构强度验算

2.1风载荷ω

作用在高杆灯灯杆结构单位面积上的风载荷按以下公式计算：

ω=βzμsμzμrωo （1）

式（1）中：ω——作用在高杆灯灯杆结构单位面积上的风载荷，kN/㎡；

ωo——基本风压，kN/㎡；

μs——风载荷体型系数；

μz——z高度处的风压高度变化系数；

βz——z高度处的风振系数；

μr——重现调整系数，一般取μr=1.1。

（1）基本风压ωo

ωo= v2

1600 = 352

1600 =0.765 6（kN/m2）

（v为设计风速）（2）

（2）风载荷体型系数μs

因为灯杆ωod = 0.7656 × （0.28+0.65） /2 =0.356>0.015，所以灯杆风载荷体型系数μs 取0.7；而灯具为回转结构加框架，μs取0.9。

（3）风压高度变化系数μz

根据高杆灯所在区域环境和高杆灯高度，μz按文献[2]表10-4中粗糙度B类选取。

（4）风振系数βz

对于基本自振周期T1大于0.25 s时，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。顶部承重的基本自振周期T1 可按单水箱塔架自振周期公式计算，即

T1 = 3.63 H3

EI(m + 0.236ρAH) （3）

式（3）中： H——灯杆的高度，m;

A——灯杆的横截面积，㎡；

I——横截面惯性矩，m4;

m——高度为H的灯体重量，kg；

ρ——灯杆的密度，kg/m3，钢材ρ=7 850 kg/m3;

E——弹性模量，Pa，钢材E=2.1 × 105 MPa 。

自立式高耸结构在z 高度处的风振系数βz按以下公式计算：

βz=1+ξ·ε1·ε2 （4）

式（4）中：ξ——脉动增大系数；

ε1——风压脉动和风压高度变化的影响系数；

ε2——振型、结构外形影响系数。

根据所设计灯杆的情况，在文献[2]查表10-5至10-7，得ξ =2.80 ， 30 米高度处ε1=0.59 ， ε2=0.84，则β30=1+ξ·ε1·ε2=1+2.80 × 0.59 × 0.84=2.39；根据不同高度的ε1 和ε2，求得β25=2.30、β20=2.09、β15=1.81、β10=1.42、β5=1.22，将不同高度的βz列于表1中。

（5）重现调整系数μr，一般取μr=1.1

综上， ω = βzμsμzμrωo = βz×0.7×μz×1.1×0.7656=0.59βz*μz (kN/m2)。

将不同高度处的βz和μz代入上式，求得不同高度处的风压ω分别列于表1中。

高杆灯灯杆设计的力学分析 盖洛科技

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