在鐵塔計算和制圖設(shè)計工作中，經(jīng)常習(xí)慣將導(dǎo)線橫擔(dān)的上平面、地線支架的下平面以及酒杯、貓頭塔的曲臂內(nèi)側(cè)等部位，空出一付交叉材進(jìn)行驗(yàn)算。有時甚至計算模型和結(jié)構(gòu)圖紙不一致，比如計算模型中為滿布置交叉材而結(jié)構(gòu)圖中為空材，或計算模型中為空材而結(jié)構(gòu)圖中為滿布交叉材，或與結(jié)構(gòu)圖對應(yīng)有兩個計算模型，一個模型滿布，一個模型空材等等。不同設(shè)計院的做法還不盡相同，做法很多。這種常常困惑設(shè)計人員的現(xiàn)象在行業(yè)中稱之為“空材”驗(yàn)算。此種做法在規(guī)范中并未有明文涉及，且并未有統(tǒng)一的規(guī)定，使得廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計人員一知半解，不明所以。基于此，本文從構(gòu)造、受力的基本概念出發(fā)，結(jié)合算例對該問題展開分析討論。

橫擔(dān)是支撐導(dǎo)地線、金具絕緣子的結(jié)構(gòu)，是鐵塔的重要組成部分。下面以導(dǎo)線橫擔(dān)為例對空材驗(yàn)算的力學(xué)依據(jù)進(jìn)行簡要探討。

由于掛雙串的需要，典型橫擔(dān)結(jié)構(gòu)已由以往的尖橫擔(dān)演變?yōu)楝F(xiàn)在的鴨嘴橫擔(dān)。它是一種前后和上下均由兩個平面桁架傳力的結(jié)構(gòu)，前后桁架通過掛線角鋼相連，

以上的力學(xué)分析，如果在上、下主材的交點(diǎn)處引入半剛性連接，在計算模型和剛度矩陣中應(yīng)將該交點(diǎn)一分為二，兩個端點(diǎn)之間則通過內(nèi)力差和半剛性連接的剛度參數(shù)建立聯(lián)系進(jìn)行內(nèi)力變形求解，從而求解出各桿件的內(nèi)力?？梢?，它的關(guān)鍵在于半剛性連接的剛度參數(shù)是多大，這是需要進(jìn)行科學(xué)研究的問題。用現(xiàn)行軟件和理論是無法模擬的。目前的做法是在傳力路徑上去模擬等效，而種種模擬等效只是在兩個極端之間進(jìn)行，即在交叉滿布（完全剛性）和交叉空材（完全柔性）之間。通過這另個極端，去盡力確保包絡(luò)的或半包絡(luò)的內(nèi)力結(jié)果不小于實(shí)際的內(nèi)力。以下算例則是為了來說明現(xiàn)在常用的做法是怎樣改變橫擔(dān)結(jié)構(gòu)各部分桿件的內(nèi)力的。

下面針對某個耐張塔的導(dǎo)線橫擔(dān)進(jìn)行計算分析，分析參數(shù)的設(shè)置如下：

（1）結(jié)構(gòu)形式兩組：上平面交叉材滿布與空材（空一副交叉材）；

（2）荷載情況三種：前后兩節(jié)點(diǎn)均承受豎向力30kN，前后兩節(jié)點(diǎn)均承受橫向力30kN，后側(cè)節(jié)點(diǎn)承受縱向力30kN；

（3）考慮橫擔(dān)收口與否的影響，設(shè)置了橫擔(dān)收口與不收口兩種情況。

某年某真型試驗(yàn)鐵塔在斷線工況下出現(xiàn)橫擔(dān)上平面交叉材壓屈，經(jīng)核查應(yīng)變片應(yīng)變結(jié)果，發(fā)現(xiàn)上平面的交叉材中有較大應(yīng)變，即表明上平面交叉材并非零桿，而軟件中對于上平面空材的情況，顯然均為零桿。

某年某工地一終端塔在架線安裝過程中出現(xiàn)地線支架下平面主材和交叉材壓屈的情況。而該終端塔的地線支架下平面是做了空材處理的。理論上，此時下平面是不能傳遞縱向荷載的，其壓屈只能是因?yàn)榇怪焙奢d超限。但該終端塔在安裝時并未打臨時拉線，即現(xiàn)場的破壞原因只可能是因?yàn)榭v向荷載的超限，這與實(shí)際計算理論也是矛盾的。

其實(shí)如若不空材，則軟件計算假定的是連接節(jié)點(diǎn)完全剛性；如若空材，由于其不傳力，則相當(dāng)于軟件計算假定的是連接節(jié)點(diǎn)的剛度為0，顯然都過于理想化。而實(shí)際上，不管空材或者不空材，該平面上總是能傳遞一定的內(nèi)力的。當(dāng)不空材時，其上平面內(nèi)力將比軟件計算的要小（因?yàn)楣?jié)點(diǎn)連接半剛性的存在）；當(dāng)空材時，其上平面內(nèi)力將比軟件計算的要大（軟件計算為0），因?yàn)闄M擔(dān)主材的梁屬性將有端部彎矩的產(chǎn)生，從而使得交叉材受力。

故現(xiàn)在流行將導(dǎo)線橫擔(dān)上平面、地線橫擔(dān)下平面、酒杯塔和貓頭塔曲臂內(nèi)側(cè)等具有明顯的實(shí)際傳力和軟件分析不一致的部位，采用滿布和空材的包絡(luò)計算方式，是不無道理的。這種做法應(yīng)該是各種做法中，最為安全穩(wěn)妥的一種，因?yàn)樗沟脵M擔(dān)的是有部位構(gòu)件的分析內(nèi)力均不小于實(shí)際內(nèi)力。只是這樣做難免造成一定程度的浪費(fèi)，就看如何在經(jīng)濟(jì)性和安全性之間權(quán)衡了。

（1）建議對典型橫擔(dān)結(jié)構(gòu)在縱向力作用力下的受力性能進(jìn)行數(shù)值模擬和試驗(yàn)對比分析以研究橫擔(dān)節(jié)點(diǎn)的半剛性；

（2）建議鐵塔計算軟件中嘗試引入半剛性節(jié)點(diǎn)的概念，即允許在節(jié)點(diǎn)處輸入某個自由度上的半剛性參數(shù)（如SAP軟件就可以實(shí)現(xiàn)該功能）；

（3）在無更進(jìn)一步研究成果時，建議如下：

  a）對于承受較大縱向力的鐵塔（如重冰區(qū)塔、3級舞動區(qū)耐張塔等），針對實(shí)際傳力與軟件計算不符的平面建議采用交叉滿布制圖，計算則考慮滿布和空材的包絡(luò)計算方式，適當(dāng)加強(qiáng)設(shè)計；

  b）對于常規(guī)鐵塔，針對實(shí)際傳力與軟件計算不符的平面建議采用交叉空材制圖（封口可加橫桿），且計算模型與圖紙一致，并適當(dāng)加強(qiáng)附近零桿的設(shè)計。對于終端塔，適當(dāng)增強(qiáng)空材平面的桿件設(shè)計。

（4）對于所有的結(jié)構(gòu)，其設(shè)計計算的正確與否，都首先取決于理想化的結(jié)構(gòu)計算模型是否與實(shí)際相符，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在任何時候都應(yīng)牢記于心。