Ở các thành phố và vùng ngoại ô của Hoa Kỳ, đường dây truyền tải không còn là cơ sở hạ tầng chức năng thuần túy nữa. Khi cộng đồng ngày càng yêu cầu chất lượng môi trường trực quan cao hơn,thiết kế thẩm mỹ của kết cấu truyền tảiđang chuyển từ “có thì tốt” sang “điều kiện bắt buộc để phê duyệt dự án”.
Một lực lượng đặc nhiệm ASCE gần đây đã xuất bản một bài báo có tựa đềThiết kế thẩm mỹ các công trình truyền tải điện, một nỗ lực bắt nguồn từ các cuộc thảo luận của ủy ban về thiết kế cột truyền tải bằng thép. Kết luận cốt lõi của bài báo làcấu trúc tiện ích phải nhạy cảm theo ngữ cảnh và đẹp mắt mà không làm mất đi chức năng hoặc lợi ích kinh tế. Tính thẩm mỹ đã được xem xét cho các thiết kế xây dựng và cầuvà các cấu trúc truyền tải hiện đang được giữ theo cùng một tiêu chuẩn.
Các biến số chính ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của kết cấu truyền tải bao gồm: cấp điện áp (điện áp cao hơn có nghĩa là yêu cầu về kết cấu và lộ giới lớn hơn), căn chỉnh tuyến đường và địa hình (ảnh hưởng đến tần suất hiển thị của công chúng), yêu cầu xây dựng và bảo trì, dấu chân cho phép và các đặc tính cơ học. Đối với các dự án đô thị,dấu chânVàtác động trực quanthường là hai khía cạnh bị cộng đồng tranh cãi gay gắt nhất.
Đơn cực thép nhiều mặt, với cấu hình rõ ràng và dấu chân tối thiểu, đang trở thành lựa chọn tiêu chuẩn cho các dự án truyền tải đô thị.
Lợi thế về dấu chân: Tháp lưới truyền thống yêu cầu bốn nền móng độc lập, chiếm khoảng245 mét vuôngmỗi cấu trúc. Monopoles yêu cầu một nền tảng duy nhất với dấu chân xấp xỉ33 mét vuông- chỉ16/1dấu chân của tháp lưới. Dự án xây dựng lại đường dây truyền tải dài 18 dặm của ComEd ở Quận Will, Illinois, đang bị phá bỏ và dỡ bỏ110tháp lưới thép hiện có và thay thế chúng bằng kết cấu thép đơn cực hiện đại. Các cấu trúc đơn cực mới có đặc điểm làđường kính đáy nhỏ hơnhơn so với cấu trúc lưới vuông hiện tại, giảm tác động của chúng lên mặt đất.
Tích hợp thẩm mỹ: Cột đơn có vẻ ngoài gọn gàng, hợp lý, hòa nhập tốt hơn với môi trường đô thị so với tháp dạng lưới. Trong dự án Đường dây truyền tải điểm cao của Xcel Energy ở Aurora, Colorado,29các cấu trúc đơn cực mạch kép đã được lắp đặt, mỗi cấu trúc đứng90 đến 140 feettrên mặt đất, nặng trung bình60.000 bảng, với khoảng cách khoảng1.100 feetgiữa các cấu trúc. Dự án bổ sung năng lực mạng lưới để đáp ứng sự phát triển thương mại và công nghiệp mới trong khu vực.
Công suất đa mạch: Đơn cực có thể mang đôi hoặc thậm chí nhiều mạch trên một cực. Dự án Độ tin cậy Tây Nam Tucson ở Arizona đang được xây dựng như mộtcấu hình mạch képtrên các đơn cực thép với mộtđường dây 12kVđược xây dựng bên dưới trên cùng một cấu trúc (gọi tắt là công trình ngầm). Trong các hành lang đô thị, khả năng này có nghĩa làtăng gấp đôi công suất đường dây mà không cần có thêm không gian hành lang mới.
Các đơn cực đô thị phải được thiết kế phù hợp vớiASCE/SEI 48-19, Thiết kế kết cấu cột truyền tải bằng thép. Tiêu chuẩn này cung cấp cơ sở thống nhất cho việc thiết kế, chi tiết, chế tạo, thử nghiệm, lắp ráp và lắp dựng kết cấu thép dạng ống tạo hình nguội cho các cột truyền tải điện..
Các thông số kết cấu chính:
| tham số | Yêu cầu đơn cực đô thị | cơ sở |
|---|---|---|
| Tiêu chuẩn thiết kế | ASCE/SEI 48-19 | Cơ sở thiết kế kết cấu thống nhất |
| Mặt cắt ngang | Ống côn đa giác (12/16/18 mặt) | Hiệu quả kết cấu và tính thẩm mỹ |
| Lớp vật liệu | ASTM Gr50 (345 MPa) hoặc Gr65 (448 MPa) | Thép cường độ cao, kiểm soát kích thước cực |
| Độ dày tường tối thiểu (Thành viên chính) | ≥3/16 inch (4,76 mm) | Bản tin RUS 1724E-224 |
| Tiêu chuẩn mạ kẽm | ASTM A123, Cấp 75–85 cho môi trường đô thị | Bảo vệ chống ăn mòn và sự xuất hiện |
| Phạm vi chiều cao cực | 65–140 feet | Giá trị dự án đô thị tiêu biểu |
| Khoảng cách cấu trúc | 450–1.100 feet | Phụ thuộc vào điện áp và địa hình |
Kiểm soát độ lệch: Trong môi trường đô thị, cộtsự lệch hướngtác động trực tiếp đến thẩm mỹ thị giác và sự chấp nhận của công chúng. Bản thân tiêu chuẩn ASCE 48 không đặt ra giới hạn cứng về độ võng, điều này tùy thuộc vào thông số kỹ thuật của chủ sở hữu. Thực tiễn trong ngành thường đặt ragiới hạn độ võng ở mức 1,5%–2% chiều cao cột trong điều kiện hoạt động bình thườngVàkhông quá 5% dưới tải tối đa. Khi độ võng trong điều kiện bình thường vượt quá1%về chiều cao cột, cột phảikhum hoặc cào.
Kiểm soát tỷ lệ mảnh mai: Cáitỷ lệ chồng chéo trên đường kính (L/D)của khớp trượt là thông số hình học cốt lõi quyết định khả năng truyền tải. Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ L/D ảnh hưởng trực tiếpcơ chế mất ổn định cục bộ, hiệu ứng ma sát và ảnh hưởng của độ mảnh hình học đến độ ổn định.
Trong môi trường đô thị, việc xử lý màu sắc bề mặt của cột thép là một phần quan trọng trong thiết kế thẩm mỹ. Cục Quản lý Đất đai Hoa Kỳ (BLM), trong một báo cáo gần đây500 kVdự án đường dây truyền tải xuyên qua một cảnh quan có cảnh quan đẹp và nhạy cảm với công chúng, đã tiến hành phân tích màu sắc một cách có hệ thống. Nghiên cứu chứng minh rằng lớp phủ trong“Xám bóng” và “Xanh đá phiến”có hiệu quả trong việc giúp các dự án đường dây truyền tải trở nên “ít gây khó chịu hơn, thậm chí không dễ thấy”.
Đối với một dự án đơn cực dọc theo Đường Quận Crow Wing 59 gần Riverton, Minnesota - liền kề với Khu Giải trí Bang Cuyuna - cộng đồng đã khuyến nghịĐá phiến xanhlớp phủ màu để giảm tác động trực quan đến du khách đến hệ thống đường mòn của tiểu bang. Trường hợp này chứng minh rằng trong các dự án truyền tải đô thị và khu danh lam thắng cảnh,lựa chọn màu sắcđã trở thành một quyết định kỹ thuật quan trọng như thiết kế kết cấu.
Các dự án truyền tải đô thị của Hoa Kỳ hiện phải đối mặt với những hạn chế kép về tính thẩm mỹ và tính toàn vẹn của cấu trúc. Monopoles thép nhiều mặt - với1/16 dấu chân,hồ sơ dọc sạch sẽ,công suất mạch kép, Vàphương pháp xử lý màu bề mặt có thể tùy chỉnh— đang nổi lên như một sự lựa chọn thay thế cho các tháp lưới và cột gỗ trong môi trường đô thị. Từ việc thay thế tháp lưới 110 cấu trúc của ComEd ở ngoại ô Chicago đến dự án đơn cực mạch đôi 29 cấu trúc của Xcel Energy ở vùng ngoại ô Denver, các công ty điện lực của Hoa Kỳ đang kết hợp những cân nhắc về mặt thẩm mỹ vào quy trình thiết kế tiêu chuẩn hóa cho các cấu trúc truyền tải.
Đối với các nhà cung cấp có kế hoạch tham gia đấu thầu dự án truyền tải đô thị của Hoa Kỳ, hãy nhấn mạnh“Thiết kế đơn cực tuân thủ ASCE/SEI 48-19”,“kiểm soát độ lệch theo thông số kỹ thuật của chủ sở hữu”,“Hoàn thiện màu sắc có thể tùy chỉnh để tích hợp trực quan”, Và“công suất đa mạch trên một cực”trong các đề xuất kỹ thuật là chìa khóa để giải quyết chính xác các yêu cầu về kết cấu và thẩm mỹ kép của các dự án đô thị Hoa Kỳ.
Ở các thành phố và vùng ngoại ô của Hoa Kỳ, đường dây truyền tải không còn là cơ sở hạ tầng chức năng thuần túy nữa. Khi cộng đồng ngày càng yêu cầu chất lượng môi trường trực quan cao hơn,thiết kế thẩm mỹ của kết cấu truyền tảiđang chuyển từ “có thì tốt” sang “điều kiện bắt buộc để phê duyệt dự án”.
Một lực lượng đặc nhiệm ASCE gần đây đã xuất bản một bài báo có tựa đềThiết kế thẩm mỹ các công trình truyền tải điện, một nỗ lực bắt nguồn từ các cuộc thảo luận của ủy ban về thiết kế cột truyền tải bằng thép. Kết luận cốt lõi của bài báo làcấu trúc tiện ích phải nhạy cảm theo ngữ cảnh và đẹp mắt mà không làm mất đi chức năng hoặc lợi ích kinh tế. Tính thẩm mỹ đã được xem xét cho các thiết kế xây dựng và cầuvà các cấu trúc truyền tải hiện đang được giữ theo cùng một tiêu chuẩn.
Các biến số chính ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của kết cấu truyền tải bao gồm: cấp điện áp (điện áp cao hơn có nghĩa là yêu cầu về kết cấu và lộ giới lớn hơn), căn chỉnh tuyến đường và địa hình (ảnh hưởng đến tần suất hiển thị của công chúng), yêu cầu xây dựng và bảo trì, dấu chân cho phép và các đặc tính cơ học. Đối với các dự án đô thị,dấu chânVàtác động trực quanthường là hai khía cạnh bị cộng đồng tranh cãi gay gắt nhất.
Đơn cực thép nhiều mặt, với cấu hình rõ ràng và dấu chân tối thiểu, đang trở thành lựa chọn tiêu chuẩn cho các dự án truyền tải đô thị.
Lợi thế về dấu chân: Tháp lưới truyền thống yêu cầu bốn nền móng độc lập, chiếm khoảng245 mét vuôngmỗi cấu trúc. Monopoles yêu cầu một nền tảng duy nhất với dấu chân xấp xỉ33 mét vuông- chỉ16/1dấu chân của tháp lưới. Dự án xây dựng lại đường dây truyền tải dài 18 dặm của ComEd ở Quận Will, Illinois, đang bị phá bỏ và dỡ bỏ110tháp lưới thép hiện có và thay thế chúng bằng kết cấu thép đơn cực hiện đại. Các cấu trúc đơn cực mới có đặc điểm làđường kính đáy nhỏ hơnhơn so với cấu trúc lưới vuông hiện tại, giảm tác động của chúng lên mặt đất.
Tích hợp thẩm mỹ: Cột đơn có vẻ ngoài gọn gàng, hợp lý, hòa nhập tốt hơn với môi trường đô thị so với tháp dạng lưới. Trong dự án Đường dây truyền tải điểm cao của Xcel Energy ở Aurora, Colorado,29các cấu trúc đơn cực mạch kép đã được lắp đặt, mỗi cấu trúc đứng90 đến 140 feettrên mặt đất, nặng trung bình60.000 bảng, với khoảng cách khoảng1.100 feetgiữa các cấu trúc. Dự án bổ sung năng lực mạng lưới để đáp ứng sự phát triển thương mại và công nghiệp mới trong khu vực.
Công suất đa mạch: Đơn cực có thể mang đôi hoặc thậm chí nhiều mạch trên một cực. Dự án Độ tin cậy Tây Nam Tucson ở Arizona đang được xây dựng như mộtcấu hình mạch képtrên các đơn cực thép với mộtđường dây 12kVđược xây dựng bên dưới trên cùng một cấu trúc (gọi tắt là công trình ngầm). Trong các hành lang đô thị, khả năng này có nghĩa làtăng gấp đôi công suất đường dây mà không cần có thêm không gian hành lang mới.
Các đơn cực đô thị phải được thiết kế phù hợp vớiASCE/SEI 48-19, Thiết kế kết cấu cột truyền tải bằng thép. Tiêu chuẩn này cung cấp cơ sở thống nhất cho việc thiết kế, chi tiết, chế tạo, thử nghiệm, lắp ráp và lắp dựng kết cấu thép dạng ống tạo hình nguội cho các cột truyền tải điện..
Các thông số kết cấu chính:
| tham số | Yêu cầu đơn cực đô thị | cơ sở |
|---|---|---|
| Tiêu chuẩn thiết kế | ASCE/SEI 48-19 | Cơ sở thiết kế kết cấu thống nhất |
| Mặt cắt ngang | Ống côn đa giác (12/16/18 mặt) | Hiệu quả kết cấu và tính thẩm mỹ |
| Lớp vật liệu | ASTM Gr50 (345 MPa) hoặc Gr65 (448 MPa) | Thép cường độ cao, kiểm soát kích thước cực |
| Độ dày tường tối thiểu (Thành viên chính) | ≥3/16 inch (4,76 mm) | Bản tin RUS 1724E-224 |
| Tiêu chuẩn mạ kẽm | ASTM A123, Cấp 75–85 cho môi trường đô thị | Bảo vệ chống ăn mòn và sự xuất hiện |
| Phạm vi chiều cao cực | 65–140 feet | Giá trị dự án đô thị tiêu biểu |
| Khoảng cách cấu trúc | 450–1.100 feet | Phụ thuộc vào điện áp và địa hình |
Kiểm soát độ lệch: Trong môi trường đô thị, cộtsự lệch hướngtác động trực tiếp đến thẩm mỹ thị giác và sự chấp nhận của công chúng. Bản thân tiêu chuẩn ASCE 48 không đặt ra giới hạn cứng về độ võng, điều này tùy thuộc vào thông số kỹ thuật của chủ sở hữu. Thực tiễn trong ngành thường đặt ragiới hạn độ võng ở mức 1,5%–2% chiều cao cột trong điều kiện hoạt động bình thườngVàkhông quá 5% dưới tải tối đa. Khi độ võng trong điều kiện bình thường vượt quá1%về chiều cao cột, cột phảikhum hoặc cào.
Kiểm soát tỷ lệ mảnh mai: Cáitỷ lệ chồng chéo trên đường kính (L/D)của khớp trượt là thông số hình học cốt lõi quyết định khả năng truyền tải. Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ L/D ảnh hưởng trực tiếpcơ chế mất ổn định cục bộ, hiệu ứng ma sát và ảnh hưởng của độ mảnh hình học đến độ ổn định.
Trong môi trường đô thị, việc xử lý màu sắc bề mặt của cột thép là một phần quan trọng trong thiết kế thẩm mỹ. Cục Quản lý Đất đai Hoa Kỳ (BLM), trong một báo cáo gần đây500 kVdự án đường dây truyền tải xuyên qua một cảnh quan có cảnh quan đẹp và nhạy cảm với công chúng, đã tiến hành phân tích màu sắc một cách có hệ thống. Nghiên cứu chứng minh rằng lớp phủ trong“Xám bóng” và “Xanh đá phiến”có hiệu quả trong việc giúp các dự án đường dây truyền tải trở nên “ít gây khó chịu hơn, thậm chí không dễ thấy”.
Đối với một dự án đơn cực dọc theo Đường Quận Crow Wing 59 gần Riverton, Minnesota - liền kề với Khu Giải trí Bang Cuyuna - cộng đồng đã khuyến nghịĐá phiến xanhlớp phủ màu để giảm tác động trực quan đến du khách đến hệ thống đường mòn của tiểu bang. Trường hợp này chứng minh rằng trong các dự án truyền tải đô thị và khu danh lam thắng cảnh,lựa chọn màu sắcđã trở thành một quyết định kỹ thuật quan trọng như thiết kế kết cấu.
Các dự án truyền tải đô thị của Hoa Kỳ hiện phải đối mặt với những hạn chế kép về tính thẩm mỹ và tính toàn vẹn của cấu trúc. Monopoles thép nhiều mặt - với1/16 dấu chân,hồ sơ dọc sạch sẽ,công suất mạch kép, Vàphương pháp xử lý màu bề mặt có thể tùy chỉnh— đang nổi lên như một sự lựa chọn thay thế cho các tháp lưới và cột gỗ trong môi trường đô thị. Từ việc thay thế tháp lưới 110 cấu trúc của ComEd ở ngoại ô Chicago đến dự án đơn cực mạch đôi 29 cấu trúc của Xcel Energy ở vùng ngoại ô Denver, các công ty điện lực của Hoa Kỳ đang kết hợp những cân nhắc về mặt thẩm mỹ vào quy trình thiết kế tiêu chuẩn hóa cho các cấu trúc truyền tải.
Đối với các nhà cung cấp có kế hoạch tham gia đấu thầu dự án truyền tải đô thị của Hoa Kỳ, hãy nhấn mạnh“Thiết kế đơn cực tuân thủ ASCE/SEI 48-19”,“kiểm soát độ lệch theo thông số kỹ thuật của chủ sở hữu”,“Hoàn thiện màu sắc có thể tùy chỉnh để tích hợp trực quan”, Và“công suất đa mạch trên một cực”trong các đề xuất kỹ thuật là chìa khóa để giải quyết chính xác các yêu cầu về kết cấu và thẩm mỹ kép của các dự án đô thị Hoa Kỳ.
