彩色球型高杆灯的外观设计、杆体结构设计和照明设计

摘要:文章着重对 SLGS-30QC/4m 型彩色球型高杆灯的外观设计、杆体结构设计和照明设计作了较全面的介绍。

1、前 言

照明要解决两个方面的问题 :亮化 、美化。亮化即照明质量 , 如:光源的显色性、灯具的配光分布、亮度和照度分布、均匀性和眩

光控制等级等等 。美化即照明效果, 涉及到建筑美学 、色度学、视觉心理学 、广告学等等。人们要求照明产品在亮化环境的同时也要美化环境,当我们采用各种新材料、新工艺手段提高照明产品的节能效果、倡导世界绿色照明之风的同时 ,也要寻求新的艺术形式来表现照明产品的装饰艺术性 。中国照明产品要走向世界, 尤其是要想进入艺术氛围较浓厚的欧洲 ,重视和研究照明产品的外观设计已经刻不容缓。高杆灯以节能、维修方便 、集中照明的独特优势受到了人们的广泛欢迎 ,尤其在道路互道立交、广场 、港口 、机场等大面积照明场所,高杆灯照明更是显示出其它照明方式无可比拟的优势。

2 外观设计

SLGS—30QC/4m 型彩色球形高杆灯外形尺 寸 如下 :杆 体 高 度 30m , 杆 顶 直 径Υ350mm ,杆底直径 Υ710mm, 壁厚三段分别为 6mm, 8mm , 10mm , 杆体整体经过热浸锌工艺防腐处理后, 外包 8K/1 .0mm 镜面不锈钢皮 。球形灯盘网架采用铝合金棒料组合件,所有棒料、芯棒及连接螺母采用不锈钢材料,以确保灯盘的整体强度和防腐要求, 而灯盘重量与普通高杆灯灯盘相比有大幅度地下降 。上半球网架内衬彩色半透明专用玻璃钢 ,透光率为 0 .364 ,光源配置为:上半球 6 ×ZJD250W 金属卤化物灯, 使上半球亮起来后具有彩色球的泛光照明效果。下半球采用 9×NG1000W 、6 ×NG1000W 或 9 ×NG600W 高压钠灯, 可满足地面55 ×55m2 范围内的照明需要,其照明设计及光分布见后文阐述。

本产品外观设计显示出几个特点 :

2.1 外观网架设计取意于地球的经纬线, 寓意深远 ,同时网架结构极大地改善了高杆灯的眩光 。

2.2 上半球彩色泛光照明效果吸收了中国传统灯笼艺术之灵气 , 与镜面不锈钢杆体表面相辉映,显得富丽堂煌,洋溢着浓烈的喜庆

节日气氛,景观装饰性极强 ,被业内同行称为“三乐明球” !

2.3 全部灯具及控制电器安装在下半球上,下半球可降到地面维修, 上、下半球之间采用金黄色“中国龙”基色环板巧妙地将两个半球连为一体 。

2.4 采用我公司专利技术(独立回弹式挂钩和自动定位装置, 具有多重安全机构的 GS —1/30m 型升降机), 彻底消除了普通高杆灯中存在的挂钩不易锁定, 升降溜车打滑等不安全现象,高杆灯运行及维修非常方便、安全。

2.5 杆体底部的电器仓内安装有半夜灯 、全夜灯分组自动定时开关, 使高杆灯节能、经济;球形灯盘顶端安装有高 5m 的避雷针和

进口太阳能航空障碍灯, 满足高杆灯防雷接地和航空管制规范要求。

3 杆体结构强度设计

3.1 根据前文高杆灯外形参数, 计算作用在灯杆上的风荷载 ω0 :ω=βz·μs·μz·μr·ω0 (1)式中:ω:作用在高杆灯结构单位面积上的负荷载 kN/m2;ω0 :基本风压, kN/m2;μs :风荷载体型系数;μz:Z 高度处的高度变化系数;μr :重视调整系数,一般取1.1 ;βz :Z 高度处的风振系数;环境风速取 V =42m/ s,则ω0 =V2/1600 =1 .1025kN/m

因 ω0·d2 =1 .1025[ (0 .71 +0 .35)/2]2=0 .31 >0.05 故μs 取0.9 ;高杆结构风振系数βz 由下式计算:

βz =1 +ζ·ε1 +ε2 (2)式中:ζ: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;

ζ与 ω0·T1 有关 ;T1 :灯杆自振周期:T1 =3.63√H/(E·I)·(m +0 .236ρ·A·H)(3)式中:H :灯杆的高度;

A :灯杆的横截面积 ;

I :横截面惯性矩m4;m:高度为H 的灯杆重量kg ;ρ:灯杆密度 kg/m3;E:弹性模量 Pa:对钢材 E 一 般取 2.1 ×104MPa ;ρ取785kg/m3。I =0 .05(D4 -d4)=0 .001372A =π/4(D2-d2)=0 .02199由式(3)可得:T1=4 .17s按 ω0·T21 =19 .17 , 查表可得:ζ=3 .89.ε1 取 0 .74(现按C 类地面取值),ε2 按相对高度

h/H=1 , 杆顶直径/杆底直径 =0 .35/0 .71 =0 .49 ,查表可知,ε2 =0 .88 ,故由式(2)可计算不同高度时的ε1 、ε2 及对应β ;β5 =1.216 ,β10=1.691 ,ε15 =2.67 ,β20=2.756, β30 =3.533高度变化系数 μz 按 B 类土查表选值, 则按式(1)可计算不同高度处的风荷 ω见表1 :

各段的风力F :

F30 =ω30 ×(4 .1 +7 .853)=65 .5kN

F20 =ω20 ×2 .53 =ω20×2 .53 =9 .5kN

F15 =ω15 ×2 .83 =7 .98kN

F10 =ω10 ×3 .1 =5 .72kN

F5 =ω5 ×3 .4 =3 .6kN

F总 =F30+F20 +F15 +F10+F5 =98kN

各段的弯矩M :

M30 =F30 ×25 =1638kN·m

M20 =F20 ×17 .5 =166kN·m

M15 =F15 ×12 .5 =100kN·m

M10 =F10 ×7 .5 =43kN·m

M5 =F5 ×2 .5 =9kN·m

M部 =M30 +M20 +M15 +M10 +M5=1956kN·m

3.2 计算灯杆底端的剪切

στ1στ1=2F总/A (4)

式中 :F总 :作用在灯盘、灯杆上的总风力 ;

A :灯杆底端的截面积;

安全系数A

A =π/4(D2 -d2)=0 .02199m2 则由式(4)计算στ=2 ×98/0 .02199=8 .91MPa;

查表可知A3 钢允许剪切应力为 85MPa ,显然剪切应力小于允许应力。

3.3 计算抗震强度

灯杆底部结构剪力Q0 :Q0 =C·α1·ω (5)

式中 :C :结构影响系数,钢结构取 0 .35 ;α1 :相应于结构基本自振周期 T1 的地震影响系数 α的值;对二类场地上, 抗 8 级地震时 α1=0 .3 ×0 .45/4 .17 =0 .3237高杆灯的荷载 ω包括 :灯盘 、灯杆 、雪载、风载、活载几部分 , 一般分别取 1500kg ,4139kg , 100kg , 2450kg , 200kg 。则 ω为 8389kg由式(5)计算 ,Q0=0 .35 ×0 .03237 ×8389 =95kg

3.4 计算地震剪切应力:

灯杆底部的剪切应力στ2στ2 =3Q0/A =0 .1296MPa综合剪力στ=στ1+στ2 =8 .91 +0 .1296 =9 .04MPa 综合剪力 στ小于灯杆允许应力 85MPa ,故灯杆是安全的 。

4 照明设计

上半球采用 6 ×ZJD250W 金属卤化物灯进行泛光照明, 以表现晚上半球彩色泛光照明效果 ;下半球的光源配置对地面进行照明,设计中提供了 9 ×NG1000W 的光源配置 , 灯具采用 650 —LRX —TD1000W 投光灯具。

5 市场应用前景与展望

三乐彩色球形高杆灯具是我国装饰高杆灯的集中代表, 因其外观蕴含着中国传统文化内涵 ,使用功能上也采用了世界各国先进的高杆照明技术, 故而产品一经推出就倍受高速公路、市政工程业主的欢迎 ,本产品已经在东潍坊白浪河广场 、泰州开发区、湖北黄石湖滨西路广场、陕西咸阳火车站广场 、辽宁营口市民广场等照明工程中使用, 不但使所在场地亮起来, 而且也是一道亮丽的风景线和标致性景观 。我们相信:三乐牌彩色球形高杆灯系列产品在亮化 、美化中国城市的进程中将发挥越来越重要的作用 。