1設計資料
　　
　　1.1支臂數據
　　
　　臂長：0.6（m）
　　
　　2）支臂外徑D=60（mm）
　　
　　3）支臂壁厚T=3.75（mm）
　　
　　1.2立柱數據
　　
　　1）立柱外徑D=（200.00+140.00）/2=170.00（mm）
　　
　　2）立柱壁厚T=6.00（mm）
　　
　　2計算簡圖
　　
　　見Dwg圖紙
　　
　　3荷載計算
　　
　　3.1*荷載
　　
　　1）支臂重量計算
　　
　　此支臂用LD2型鋁合金板制作，其密度為2800.00（kg/m^3）
　　
　　計算公式
　　
　　G1=L×ρ1×g
　　
　　式中：支臂總長度L=0.6（m）
　　
　　立柱單位長度重量ρ1=0.00（kg/m）
　　
　　G1=L×ρ1×g=0.00（N）
　　
　　2）立柱重量計算
　　
　　計算公式
　　
　　G2=L×ρ1×g
　　
　　式中：立柱總長度L=5（m）
　　
　　立柱單位長度重量ρ1=0.00（kg/m）
　　
　　g=9.8
　　
　　G2=L×ρ1×g=0.00（N）
　　
　　3）監控重量計算
　　
　　G3=
　　
　　4）上部總重計算
　　
　　標志上部結構的總重量G按支臂、監控設備和立柱總重量的110.00%計（考慮有關連接件及加勁肋等的重量），則
　　
　　計算公式
　　
　　G=（G1+G2+G3）*K=54.90（N）
　　
　　3.2風荷載
　　
　　1）計算支臂所受風荷載
　　
　　計算公式
　　
　　F=γ0*γq*[（1/2*ρ*C*V^2）*A]
　　
　　式中：結構重要性系數γ0=1.00
　　
　　可變荷載分項系數γq=1.10
　　
　　空氣密度ρ=1.205
　　
　　風力系數C=1.20
　　
　　風速V=24.4m/s）
　　
　　面積A=0.036（m^2）
　　
　　Fwb1=γ0*γq*[（1/2*ρ*C*V^2）*A]=0.017（KN）
　　
　　2）計算立柱所受風荷載
　　
　　計算公式
　　
　　F=γ0*γq*[（1/2*ρ*C*V^2）*A]
　　
　　式中：結構重要性系數γ0=1.00
　　
　　可變荷載分項系數γq=1.10
　　
　　空氣密度ρ=1.205
　　
　　風力系數C=1.20
　　
　　風速V=24.4（m/s）
　　
　　面積A=0.85（m^2）
　　
　　Fwp1=γ0*γq*[（1/2*ρ*C*V^2）*A]=0.4025（KN）
　　
　　強度驗算
　　
　　4.1計算截面數據
　　
　　1）立柱截面面積
　　
　　A=0.11（m^2）
　　
　　2）立柱截面慣性矩
　　
　　I=∏*d^3*0.006/4=3.46x10^-3（m^4）
　　
　　3）立柱截面抗彎模量
　　
　　W=π*d^2*0.006/4=2.11*10^-2（m^3）
　　
　　4.2計算立柱底部受到的彎矩
　　
　　計算公式
　　
　　M=∑Fwi×hi
　　
　　式中：Fwi為支臂或立柱的所受的風荷載
　　
　　hi為支臂或立柱受風荷載集中點到立柱底的距離
　　
　　支臂受風荷載Fwb1=0.017（KN）
　　
　　支臂受風荷載高度hwb1=4.8（m）
　　
　　立柱受風荷載Fwp1=0.4025（KN）
　　
　　立柱受風荷載高度hwp1=5（m）
　　
　　M=∑Fwi×hi=2.094（KN*m）
　　
　　4.2計算立柱底部受到的剪力
　　
　　計算公式
　　
　　F=∑Fwi
　　
　　式中：Fwi為支臂或立柱的所受的風荷載
　　
　　支臂受風荷載Fwb1=0.017（KN）
　　
　　立柱受風荷載Fwp1=0.4025（KN）
　　
　　F=∑Fwi=0.4195（KN）
　　
　　4.3zui大正應力驗算
　　
　　計算公式
　　
　　σ=M/W
　　
　　式中：抗彎截面模量W=2.11*10^-2（m^3）
　　
　　彎矩M=2.094（KN*m）
　　
　　σm=M/W=99.242（MPa）<[σd]=215.00（MPa）,滿足設計要求。
　　
　　4.4zui大剪應力驗算
　　
　　計算公式
　　
　　τm=2×F/A
　　
　　式中：剪力F=0.4195（KN）
　　
　　截面積A=0.11（m^2）
　　
　　τm=2×F/A=7.63（MPa）<[τd]=125.00（MPa）,滿足設計要求。
　　
　　變形驗算
　　
　　5.1計算說明
　　
　　立柱總高度：L=5.00（m）
　　
　　5.2計算支臂所受風荷載引起的擾度
　　
　　計算公式
　　
　　f=P*h^2/（6*E*I）*（3*L-h）
　　
　　式中：集中荷載標準值P2=Fwb1/（γ0*γq）=0.0187（KN）
　　
　　荷載到立柱根部的距離h=4.8（m）
　　
　　f2=P*h^2/（6*E*I）*（3*L-h）=1.210*10^-2（m）
　　
　　5.3計算底部均布荷載產生的擾度
　　
　　計算公式
　　
　　f=q*h^4/（8*E*I）
　　
　　式中：均布荷載標準值為q=Fwb1/（h*γ0*γq）=0.0898（KN/m）
　　
　　荷載到立柱根部的距離h=4.8（m）
　　
　　f3=q*h^4/（8*E*I）=0.984×10^-2（m）
　　
　　5.4計算底部均布荷載產生的轉角
　　
　　計算公式
　　
　　θ=q*h^3/（6*E*I）
　　
　　式中：均布荷載標準值為q=0.0898（KN/m）
　　
　　θ=q*h^3/（6*E*I）=0.273*10-2（rad）
　　
　　5.5計算柱頂部的總變形擾度
　　
　　計算公式
　　
　　f=∑f+（L-h）×tan（θ）=0.0219（m）
　　
　　f/L=0.0046<1/100,滿足設計要求。
　　
　　柱腳強度驗算
　　
　　6.1計算底板法蘭盤受壓區的長度Xn
　　
　　6.1.1受力情況
　　
　　鉛垂力G=γ0*γG*G=1.00*0.90*54.90=0.05（kN）
　　
　　水平力F=0.4195（kN）
　　
　　由風載引起的彎矩M=2.094（kN）
　　
　　6.1.2底板法蘭盤受壓區的長度Xn
　　
　　偏心距e=M/G=2.094/0.05=46.44（m）
　　
　　法蘭盤幾何尺寸：D=0.40（m）;Lt=0.014（m）
　　
　　基礎采用C15砼，n=Es/Ec=206000.00/22000.00=9.364
　　
　　受拉地腳螺栓的總面積：
　　
　　Ae=2*1.57=3.13（CM^2）=3.13*10^-4（M^2）
　　
　　受壓區的長度Xn根據下式試算求解：
　　
　　Xn^3+3*（e-D/2）*Xn^2-6*n*Ae*（e+D/2-Lt）*（D-Lt-Xn）=0
　　
　　式中：e=46.44
　　
　　D=0.40
　　
　　n=9.36
　　
　　Ae=3.13*10^-4（M^2）
　　
　　Lt=0.05
　　
　　求解該方程，得Xn=0.065
　　
　　6.1.3底板法蘭盤下的混凝土zui大受壓應力
　　
　　δ=2*G*（e+D/2-Lt）/（D*Xn*（L-Lt-Xn/3））
　　
　　=0.54（MPa）<β*fcc=19.73（MPa）,滿足設計要求。
　　
　　6.1.4地腳螺栓強度驗算
　　
　　受拉側地腳螺栓的總拉力
　　
　　Ta=G*（e–D/2+Xn/3）/（D-Lt-Xn/3）
　　
　　=6.96（MPa）<3.13*10^-4（m^2）*140（MPa）=43.88（KN）,滿足設計要求。
　　
　　6.1.5對水平剪力的校核
　　
　　由法蘭盤和混凝土的摩擦力產生的水平抗翦承載力為：
　　
　　Vfb=0.4*（G+Ta）
　　
　　=2.80（KN）>0.82（KN）,滿足設計要求。
　　
　　6.1.7地腳螺栓支撐加勁肋
　　
　　由混凝土的分布反力得到的剪力：
　　
　　V=Ari*Lri*δc=16.20（KN）>Ta/2=3.48,滿足設計要求。
　　
　　地腳螺栓支撐加勁肋的高度和厚度為：
　　
　　高度Hri=0.2（m）,厚度Tri=0.006（m）
　　
　　剪應力為τ=Vi/（Hri*Tri）=10.80（MPa）<fv=125.00（MPa）,滿足設計要求。
　　
　　設加勁肋與標志立柱的豎向連接角焊縫尺寸Hf=5.00（mm）
　　
　　角焊縫的抗剪強度τ=Vi/（2*0.7*he*lw）=16.53（MPa）<160.00（MPa）,滿足設計要求。
　　
　　基礎驗算
　　
　　設基礎寬1.00m,高1.00m,長1.00m,設基礎的砼單位重量24.00（KN/M^3）,基底容許應力250.00（KPa）
　　
　　7.1基底應力驗算
　　
　　基底所受的外荷載為：
　　
　　豎向總荷載N=G+V=54.90/1000+1.00*1.00*1.00*24.00=24.05（KN）
　　
　　彎矩：
　　
　　M=3.12（KN*M）
　　
　　基底應力的zui大值為
　　
　　δmax=N/A+M/W=42.75（kPa）<[δ]=250.00（kPa）,滿足設計要求。
　　
　　基底應力的zui小值為
　　
　　δmin=N/A-M/W=5.36（kPa）>0,滿足設計要求。
　　
　　7.2基底合力偏心距驗算
　　
　　e=M/N=0.1295<ρ=L/6=0.17（m）,滿足設計要求。
　　
　　7.3基礎傾覆穩定性驗算
　　
　　K0=L/2/e=3.861>1.2,滿足設計要求。
　　
　　7.4基礎滑動穩定性驗算
　　
　　Kc=24.05*0.30/0.82=8.795>1.2,滿足設計要求。
　　
　　監控立桿防雷設計：
　　
　　常用避雷針（這里僅指單針）保護范圍的計算方法主要有折線法和滾球法，為此，就“折線法”和“滾球法”的計算進行了初步的分析和探討，
　　
　　得出：“折線法”的主要特點是設計直觀，計算簡便，節省投資，但建筑物高度大于20m以上不適用；“滾球法”的主要特點是可以計算避雷
　　
　　針（帶）與網格組合時的保護范圍，但計算相對復雜，投資成本相對大。在避雷針保護范圍的計算方法中，“折線法”是比較成熟的方法。近幾
　　
　　年來,國標中規定的“滾球法”也開始得到同行的認同，但在實際運用中，“滾球法”也碰到一些問題，特別是在計算天面避雷針保護范圍的時
　　
　　候。因此有必要對電力系統常用的“折線法”和國標的“滾球法”進行比較分析，發現其中存在的問題。
　　
　　1“折線法”避雷保護計算
　　
　　“折線法”在電力系統又稱“規程法”，即單支避雷針的保護范圍是一個以避雷針為軸的折線圓錐體。L/620—997《交流電氣裝置的過電
　　
　　壓保護和絕緣配合》標準就規定了單支避雷針的保護范圍，
　　
　　1.1避雷針在地面上保護半徑的計算
　　
　　計算避雷針在地面上的保護半徑可用公式
　　
　　式中：Rp——保護半徑；
　　
　　h——避雷針的高度；
　　
　　P——高度影響因數。其中，P的取值是：當h≤30m，P＝1；當30m的h的純數值；當h＞20m時，只能取h=120m。
　　
　　1.2被保護物高度hp水平面上保護半徑的計算
　　
　　a）當hp≥0.5h時，被保護物高度hp水平面上的保護半徑式中：Rp——避雷針在hp水平面上的保護半徑；
　　
　　ha——避雷針的有效高度。
　　
　　b）當hp＜0.5h時，被保護物高度hp水平面上的保護半徑
　　
　　2“滾球法”避雷保護計算
　　
　　“滾球法”是電工委員會（IEC）推薦的接閃器保護范圍計算方法之一。我國建筑防雷規范G50057—994（2000年版）也把“滾球法”強制
　　
　　作為計算避雷針保護范圍的方法。滾球法是以hR為半徑的一個球體沿需要防止擊雷的部位滾動，當球體只觸及接閃器（包括被用作接閃器的金屬
　　
　　物）或只觸及接閃器和地面（包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物），而不觸及需要保護的部位時，則該部分就得到接閃器的保護。滾球法確定
　　
　　接閃器保護范圍應符合規范規定，
　　
　　應用滾球法，避雷針在地面上的保護半徑的計算可見以下方法及圖2。
　　
　　a）避雷針高度h≤hR時的計算
　　
　　距地面hR處作條平行于地面的平行線。以針尖為圓心、hR為半徑作弧線交于平行線A，兩點。以A，為圓心，hR為半徑作弧線，該弧線與針尖
　　
　　相交并與地面相切，這樣，從弧線起到地面就是保護范圍。保護范圍是一個對稱的錐體。避雷針在hP高度的xx’平面上和在地面上的保護半徑
　　
　　，按公式[2]（4）計算確定式中：Rp——避雷針保護高度xx’平面上的保護半徑；
　　
　　hR——滾球半徑，按表確定；
　　
　　hp——被保護物的高度；
　　
　　R0——避雷針在地面上的保護半徑。
　　
　　b）當避雷針高度h＞hR時的計算
　　
　　在避雷針上取高度hp的一點代替單支避雷針針尖并作為圓心，
　　
　　3“滾球法”計算天面避雷針保護范圍存在的問題
　　
　　3.1存在問題
　　
　　用“滾球法”計算避雷針在地面上的保護，保護范圍可以很好地得到確認，但用“滾球法”計算天面避雷針保護范圍時卻存在較大的誤差。“滾球法”是以避雷針和被保護物所在平面為一無限延伸的平面作為前提的，當被保護物位于屋頂天面時，天面不是一個無限延伸的平面，況且，當滾球同時與避雷針尖和天面避雷帶接觸時，滾球和天面之間不存在確定的相切關系。因此《建筑物防雷設計規范》中給出的計算公式將不能直接運用。
　　
　　在這種情況下，我們怎樣計算其保護范圍呢？由于天面不可延伸且形狀不規則，因此，根據滾球法計算保護范圍的原理，當避雷針位置確定后，滾球在以避雷針尖作為一個支點，以避雷帶上任一點作為另一支點滾動時，它在一定高度的保護范圍也將是一個不規則的圖形。從理論上講，要想知道被保護物體能否得到全面保護，我們需要計算出以避雷針尖為一個滾球支點，以避雷帶上的所有點作為另一個滾球支點時，用避雷針在一定高度的所有保護半徑來確定被保護物體能否*得到保護。這種計算方法在實際應用中有一定的偏差。因此，我們需要尋找一種簡便的方法來計算被保護物體能否得到避雷針的*保護。
　　
　　從滾球法計算保護范圍的原理中，我們可以得出如下推論：
　　
　　a）以避雷針的頂點為一個支點，另一個支點距避雷針基點的垂直距離越近時，其在一定高度的保護半徑越小，反之，另一個支點距避雷針的基點垂直的距離越遠（不能超過滾球半徑）時，其在一定高度的保護半徑越大。
　　
　　b）當被保護物體zui高點垂直于避雷針的平面上，計算出的保護半徑大于被保護物體上zui遠點距避雷針的垂直距離時，該被保護物體可得到避雷針的全面保護。
　　
　　根據以上推論，我們只要計算出避雷帶上距避雷針基點zui近（指以避雷針基點作為起點，經被保護物體在天面上的正投影與避雷帶上各點連線中的zui短距離）的點作為支點時，一定高度的保護距離，即可判斷出該物體能否得到全面保護（當計算出的保護距離大于該被保護物體到避雷針的垂直距離的zui大值時，被保護物體得到全面保護，反之，則相反）。
　　
　　3.2舉例說明
　　
　　假設天面有一物體，物體的高度為3m，其zui遠點距避雷針基點的垂直距離為7m，避雷帶上距避雷針基點zui近的點（該支點與避雷針基點的連線經過被保護物體在天面的正投影）距避雷針的垂直距離為5m。避雷針設多高才能對該物體進行全面保護？
　　
　　根據以上條件，假設避雷針的基點為O點，被保護物體上距避雷針的zui遠點設為A點，滾球的另一個支點為點，依據滾球法的原理。
　　
　　a）分別以A，兩點為圓心，以hR為半徑劃圓弧,則圓弧相交于E點，E點即為滾球的圓心。
　　
　　b）以E點為圓心，以hR為半徑劃圓，則該圓一定經過A，兩點且與避雷針相交于C點（當E點距避雷針的垂直距離大于hR時，無交點），OC即為所求避雷針的高度。
　　
　　c）經過滾球中心點E點作垂直于O的直線，與O的延長線相交于F點。連接EA，EB，EC，則線段EA，EB，EC相等且等于滾球半徑。經A，C兩點作垂直于EF的直線，與EF相交于I，H兩點。
　　
　　d）設F=x，EF=y，避雷針高度OC=h，滾球半徑取45m,則可得方程組
　　
　　y=43.95m。
　　
　　避雷針的高度應取一定的裕量，所以取高度為7.5m，可對物體進行全面保護。如果用G50057—994標準給出的滾球法計算公式進行計算，所得結果為h=6.4m，被保護對象可能得不到全面保護，存在一定雷電繞擊概率。
　　
　　4實例比較
　　
　　下面以發電廠一些常見建筑物的保護面積來比較兩種計算方法（由于電廠的建筑物多數屬于第三類防雷建筑物，所以滾球半徑按第三類防雷建筑物選擇，即hR=60m）。
　　
　　某電廠油區有兩種規格的油罐，油罐保護高度hP分別為8m和25m,都設置了同樣高度的避雷針，避雷針高度h=40m,油罐保護半徑分別以折線法和滾球法進行計算。
　　
　　4.1折線法
　　
　　根據公式（1），油罐保護高度8m的地面保護半徑等于油罐保護高度25m的地面保護半徑，R=5hP=52.2m。這是因為保護高度hP=8m＜0.5h=20m，而保護高度hP=25m＞0.5h=20m。油罐保護高度8m水平面上的保護半徑Rp＝（1.5h－2hp）P=20.88m。油罐保護高度25m水平面上的保護半徑
　　
　　Rp＝（h－hp）P=13.05m。
　　
　　4.2滾球法
　　
　　因為避雷針高度h=40m，滾球半徑hR=60m，h＜hR,根據公式[2]（4），油罐保護高度8m的地面保護半徑等于油罐保護高度25m的地面保護對比以上數據，可以看出,在相同的條件下（滾球半徑按第三類防雷建筑物選）,用“滾球法”計算出來的建筑物高度水平面的保護半徑（13.72m和7.84m）要比“折線法”計算出來的保護半徑（20.88m和13.05m）要小，換言之，要達到相同的保護半徑，用“滾球法”計算出的避雷針高度要比“折線法”計算出來的高度要高，可見“滾球法”要比“折線法”對獨立避雷針的要求略高一些。只有第三類防雷建筑物的高度低于20m時，“滾球法”算出的避雷針保護范圍才與“折線法”算出的保護范圍相似。
　　
　　5結論
　　
　　綜上所述，可以得出以下幾點結論：
　　
　　a）“折線法”的主要特點是設計直觀、計算簡便、節省投資,但只適用于20m以下的避雷高度，不能計算高度20m以上建筑物的保護范圍,而且計算結果與雷電流大小無關。
　　
　　b）“滾球法”的主要特點是可以計算避雷針（帶）與網格組合時的保護范圍。凡安裝在建筑物上的避雷針、避雷線（帶），不管建筑物的高度如何，都可采用滾球法來確定保護范圍，并且保護范圍與雷電流大小有關，但獨立避雷針、避雷線受相應的滾球半徑限制（60m），其高度和計算相對復雜，比“折線法”要增大投資。
　　
　　c）天面避雷針保護范圍的計算必須具體情況具體分析，用滾球法的原理設計出不同的避雷針組合，對天面上的重要設施進行保護。
　　
　　由于對大氣電學特別是閃電規律的認識，現在還處在很不成熟的階段，主要原因之一是由于閃電現象的隨機性，而且大氣現象還與地理位置，地貌等有關。所以無論在國內還是在國外，對防雷技術的看法還有很多意見。目前電力系統的電氣設備直擊雷防護都是根據現行行業標準設計的，而按照現行行業標準進行的電力設備直擊雷防護設計，從949年至今已經歷了半個多世紀的安全運行經驗的考驗，沒有出現重大問題。在對建筑物防雷設計國標送審稿審查時，電力系統過電壓方面的專家已經指出，電力設備不同一般建筑物，因此該國標不一定適用于電力系統中電力設備的直擊雷防護。但“滾球法”對于結構復雜的高層建筑保護有很大的優勢，了解規程中“折線法”和“滾球法”的各自特點，具體工程具體分析，才能制訂出一套安全經濟的保護方案。