米国南東部、メキシコ湾岸、大西洋沿岸地域は、毎年ハリケーンの直接の脅威にさらされています。ハリケーンによる極度の風速は、送電鉄塔に壊滅的な損傷を引き起こす可能性があります。導体と接地線にかかる風荷重は指数関数的に増加します、ポール本体は大きな横方向の曲げモーメントに耐えます、 そして基礎は揚力と転倒力の両方を受けます。
ハリケーン カトリーナ (2005 年)、ハリケーン ハーベイ (2017 年)、ハリケーン イアン (2022 年) などの大規模災害はすべて、広範囲にわたる送電塔の倒壊を引き起こしました。これらの出来事により、米国の電力会社と規制当局は、ハリケーン多発地域における送電線の設計基準を継続的に強化するようになりました。
69 kV ～ 230 kV のテーパー付き管状鋼柱の場合、壁の厚さと埋め込みの深さは、耐風力容量を決定する 2 つの中心的なパラメータです。この記事では、NESC 規制と ASCE/SEI 48-19 設計基準に基づいて、ハリケーン ゾーンのポール設計の負荷要件とパラメータ制御の要点を体系的に概説します。
の米国電気安全規定 (NESC、ANSI C2)は、米国の架空送電線設計の必須の基本規格です。NESC は、国を次の 3 つの気象負荷地区に分けています。重い、中くらい、 そしてライト。ハリケーンゾーンの場合、LIGHT Loading District は主に以下を適用します。
| 積載地区 | 放射状の氷の厚さ | 水平風圧 | 温度 |
|---|---|---|---|
| ライト（ハリケーンゾーン） | 0インチ | 9 psf (約 431 Pa、風速 60 マイル) | 30°F (-1°C) |
| 中くらい | 0.25 インチ (6.35mm) | 4 psf | — |
| 重い | 0.5 インチ (12.7mm) | 4 psf (約 192 Pa、風速 40 マイル) | 0°F (-18°C) |
出典:NESC 表 250-1
フロリダ州全体が LIGHT Loading District に該当するため、空中施設の設計が必要です。風速 60 マイル (風圧 9 psf) + 気温 30°F。対照的に、ペンシルベニア州は重荷重地区にあり、0.5 インチの氷と時速 40 マイルの風に耐える設計が必要です。。
NESC ルール 250C (極度の風荷重)ハリケーンゾーン設計のもう 1 つの重要な要件です。60 フィート (18.3 メートル)高さおよびそのサポートされる施設は、NESC 図 250-2 (時速90～170マイル 3秒の突風、場所によって異なります）。
鋼構造物の荷重係数NESC グレード B 構造では次のように指定されています:
| 負荷の種類 | 負荷率 |
|---|---|
| 風荷重 | 2.50 |
| 垂直荷重（自重） | 1.50 |
| 導体/静的ワイヤ張力 | 1.65 |
グレード B は、NESC における最高の安全マージンを表し、ポールがアクセス制限のある高速道路、鉄道、および航行可能な水路を横断するスパンを支持する場合に必要となります。。
ASCE/SEI 48-19、鋼製送電柱構造の設計は、米国土木学会によって発行された専門的な設計規格であり、冷間成形されたテーパー付き鋼管構造の設計、詳細設計、製造、テスト、組み立て、および組み立てに統一された技術的基盤を提供します。。
ハリケーンゾーンでのアプリケーションの場合、ASCE/SEI 48-19 では、設計者は次の NESC 負荷の組み合わせを考慮する必要があります。
NESC 規則 250B (地区荷重)：風圧9psf（氷結なし）LIGHT地区用標準組み合わせ
NESC ルール 250C (極風): 図 250-2 の基本風速に基づく極端な風荷重。高さ 60 フィートを超える構造物に適用されます。
NESC ルール 250D (同時風による極氷)：100年周期の極度の氷と風の組み合わせ
ASCE マニュアル 74、送電線の構造荷重に関するガイドラインは、信頼性に基づいた荷重計算方法をさらに提供し、ハリケーン ゾーンの風荷重解析の信頼できる参考資料として機能します。。
風荷重の工学的計算: NESC Rule 250C では、極端な風圧は次のように計算されると規定されています。:
風圧 = 0.00256 × V² × kz × GRF × I × Cd × 投影面積
ここで、V は図 250-2 の 3 秒間の突風速度です (時速90～170マイル)、kz は速度圧力曝露係数 (0.92 ～ 1.40)、GRF は突風応答係数です。。
RUS Bulletin 1724E-224 は、亜鉛メッキ鉄塔コンポーネントの最低母材厚さを義務付けています:
主要コーナーメンバー: ≥3/16 インチ (4.76 mm)
他のメンバー: ≥1/8 インチ (3.18 mm)
ハリケーン地帯では、デザイナーは通常、さらにバット壁の厚さを増やすNESC 負荷の組み合わせから生じる最大接地線モーメントに対処します。特定の突合せ壁の厚さは、NESC 荷重ケースから計算された接地線モーメントに基づいて決定し、応力比が 1.0 を超えないようにする必要があります。。
テーパーポール設計: ハリケーン ゾーン ラインに最適なサービスは次のとおりです。テーパーポールポールの高さに沿って肉厚とセクション直径を変化させ、適切なトップ剛性を維持しながらバットセクションを強化します。複数セクションのスリップフィット設計の場合、スプライスゾーンでの局所的な座屈の検証に特別な注意を払う必要があります (通常、係合長さは 24 インチ/610 mm 以上)。
直接埋め込み鋼柱の埋め込み深さは、ハリケーン ゾーン設計におけるもう 1 つの中心的なパラメータです。ハリケーンによる横方向の風荷重は埋め込み部分に直接伝わるため、横方向の接地抵抗を提供するには十分な埋め込み深さが必要です。
埋め込み深さの設計原則:
1. 地盤モーメントに基づいて埋込み深さを決定する
埋め込みの深さは、地盤のモーメントとせん断に耐えるのに十分な深さでなければなりません。設計者は、NESC 規則 250B (風圧 9 psf) と規則 250C (極風) の両方に基づいて荷重の組み合わせを計算する必要があります。エンベロープ値必要な埋め込み深さを決定します。
2. 一般的な埋め込み深さの範囲
69 kV ～ 230 kV のテーパー鋼柱の場合、一般的な埋め込み深さは次のとおりです。10%～15%ポールの高さ。 70 フィートのポールの場合、これは約7～10.5フィート埋め込みの。
3. 土壌条件の考慮事項
埋め込み深さの計算では、土壌の種類と支持力を考慮する必要があります。柔らかい土壌または盛り土エリアには必要な場合がありますより深い埋め込み深さまたは基礎耐力プレートの追加適切な横方向の抵抗を提供します。
4. フロストラインの要件
ハリケーン地帯は主に熱帯気候ですが、特定の地域（中部大西洋岸など）では依然として季節的な霜の侵入が発生します。埋め込まれたセクションは拡張する必要があります霜線の下、または凍りにくい埋め戻し材（砕石、砂/砂利など）を使用する必要があります。
ハリケーンゾーンはしばしば次の地域と一致します。沿岸の高塩分環境、鋼柱に厳しい腐食保護要件を課しています。
亜鉛メッキ標準:ASTM A123、 とグレード100(100μm)沿岸環境に推奨されるコーティングの厚さ
埋め込みセクションの追加保護:瀝青コーティングまたは熱収縮スリーブ保護亜鉛メッキ層の上に置くことをお勧めします
| パラメータのカテゴリ | ハリケーンゾーン（LIGHT地区）の要件 | 基礎 |
|---|---|---|
| 地域負荷風圧 | 9 psf (約 431 Pa、時速 60 マイル) | NESC 表 250-1 |
| 極風基本風速 | 時速90～170マイル(3 秒間の突風、場所による) | NESC 図 250-2 |
| 極度の風への適用性 | 構造物> 60 フィート (18.3 メートル)高さで | NESC 規則 250C |
| 風荷重係数（グレードB） | 2.50 | NESCグレードB |
| 垂直荷重係数（グレードB） | 1.50 | NESCグレードB |
| 導体張力係数（グレードB） | 1.65 | NESCグレードB |
| 主要部材の最小肉厚 | 3/16 インチ (4.76 mm) | RUS 速報 1724E-224 |
| 一般的な埋め込み深さ | 10%～15%ポールの高さの | エンジニアリング実践 |
| 設計基準 | ASCE/SEI 48-19 | 構造設計の基礎 |
ハリケーン地帯における 69 kV ～ 230 kV のテーパー付き鋼管柱の構造設計は、次の条件に厳密に準拠する必要があります。ネスクC2負荷要件とASCE/SEI 48-19構造設計手法。図 250-2 の LIGHT 地区の 9 psf の風圧から時速 170 マイルまでの極度の風速、風荷重係数 2.50 から壁厚の最小しきい値 3/16 インチ、および埋め込み深さの要件 10% ～ 15% まで、すべてのパラメータがハリケーン条件下での構造安全性に直接影響します。
米国南東部、メキシコ湾岸、または大西洋沿岸地域で送電プロジェクトの入札に参加する予定のサプライヤーの場合、明示的に指定します。「NESC軽積載地区適合」、「NESC Rule 250C エクストリームウィンドデザイン」、「ASCE/SEI 48-19デザイン」、技術提案における完全な壁厚と埋め込み深さのパラメータ表は、技術的信頼性を確立するための基礎となります。
米国南東部、メキシコ湾岸、大西洋沿岸地域は、毎年ハリケーンの直接の脅威にさらされています。ハリケーンによる極度の風速は、送電鉄塔に壊滅的な損傷を引き起こす可能性があります。導体と接地線にかかる風荷重は指数関数的に増加します、ポール本体は大きな横方向の曲げモーメントに耐えます、 そして基礎は揚力と転倒力の両方を受けます。
ハリケーン カトリーナ (2005 年)、ハリケーン ハーベイ (2017 年)、ハリケーン イアン (2022 年) などの大規模災害はすべて、広範囲にわたる送電塔の倒壊を引き起こしました。これらの出来事により、米国の電力会社と規制当局は、ハリケーン多発地域における送電線の設計基準を継続的に強化するようになりました。
69 kV ～ 230 kV のテーパー付き管状鋼柱の場合、壁の厚さと埋め込みの深さは、耐風力容量を決定する 2 つの中心的なパラメータです。この記事では、NESC 規制と ASCE/SEI 48-19 設計基準に基づいて、ハリケーン ゾーンのポール設計の負荷要件とパラメータ制御の要点を体系的に概説します。
の米国電気安全規定 (NESC、ANSI C2)は、米国の架空送電線設計の必須の基本規格です。NESC は、国を次の 3 つの気象負荷地区に分けています。重い、中くらい、 そしてライト。ハリケーンゾーンの場合、LIGHT Loading District は主に以下を適用します。
| 積載地区 | 放射状の氷の厚さ | 水平風圧 | 温度 |
|---|---|---|---|
| ライト（ハリケーンゾーン） | 0インチ | 9 psf (約 431 Pa、風速 60 マイル) | 30°F (-1°C) |
| 中くらい | 0.25 インチ (6.35mm) | 4 psf | — |
| 重い | 0.5 インチ (12.7mm) | 4 psf (約 192 Pa、風速 40 マイル) | 0°F (-18°C) |
出典:NESC 表 250-1
フロリダ州全体が LIGHT Loading District に該当するため、空中施設の設計が必要です。風速 60 マイル (風圧 9 psf) + 気温 30°F。対照的に、ペンシルベニア州は重荷重地区にあり、0.5 インチの氷と時速 40 マイルの風に耐える設計が必要です。。
NESC ルール 250C (極度の風荷重)ハリケーンゾーン設計のもう 1 つの重要な要件です。60 フィート (18.3 メートル)高さおよびそのサポートされる施設は、NESC 図 250-2 (時速90～170マイル 3秒の突風、場所によって異なります）。
鋼構造物の荷重係数NESC グレード B 構造では次のように指定されています:
| 負荷の種類 | 負荷率 |
|---|---|
| 風荷重 | 2.50 |
| 垂直荷重（自重） | 1.50 |
| 導体/静的ワイヤ張力 | 1.65 |
グレード B は、NESC における最高の安全マージンを表し、ポールがアクセス制限のある高速道路、鉄道、および航行可能な水路を横断するスパンを支持する場合に必要となります。。
ASCE/SEI 48-19、鋼製送電柱構造の設計は、米国土木学会によって発行された専門的な設計規格であり、冷間成形されたテーパー付き鋼管構造の設計、詳細設計、製造、テスト、組み立て、および組み立てに統一された技術的基盤を提供します。。
ハリケーンゾーンでのアプリケーションの場合、ASCE/SEI 48-19 では、設計者は次の NESC 負荷の組み合わせを考慮する必要があります。
NESC 規則 250B (地区荷重)：風圧9psf（氷結なし）LIGHT地区用標準組み合わせ
NESC ルール 250C (極風): 図 250-2 の基本風速に基づく極端な風荷重。高さ 60 フィートを超える構造物に適用されます。
NESC ルール 250D (同時風による極氷)：100年周期の極度の氷と風の組み合わせ
ASCE マニュアル 74、送電線の構造荷重に関するガイドラインは、信頼性に基づいた荷重計算方法をさらに提供し、ハリケーン ゾーンの風荷重解析の信頼できる参考資料として機能します。。
風荷重の工学的計算: NESC Rule 250C では、極端な風圧は次のように計算されると規定されています。:
風圧 = 0.00256 × V² × kz × GRF × I × Cd × 投影面積
ここで、V は図 250-2 の 3 秒間の突風速度です (時速90～170マイル)、kz は速度圧力曝露係数 (0.92 ～ 1.40)、GRF は突風応答係数です。。
RUS Bulletin 1724E-224 は、亜鉛メッキ鉄塔コンポーネントの最低母材厚さを義務付けています:
主要コーナーメンバー: ≥3/16 インチ (4.76 mm)
他のメンバー: ≥1/8 インチ (3.18 mm)
ハリケーン地帯では、デザイナーは通常、さらにバット壁の厚さを増やすNESC 負荷の組み合わせから生じる最大接地線モーメントに対処します。特定の突合せ壁の厚さは、NESC 荷重ケースから計算された接地線モーメントに基づいて決定し、応力比が 1.0 を超えないようにする必要があります。。
テーパーポール設計: ハリケーン ゾーン ラインに最適なサービスは次のとおりです。テーパーポールポールの高さに沿って肉厚とセクション直径を変化させ、適切なトップ剛性を維持しながらバットセクションを強化します。複数セクションのスリップフィット設計の場合、スプライスゾーンでの局所的な座屈の検証に特別な注意を払う必要があります (通常、係合長さは 24 インチ/610 mm 以上)。
直接埋め込み鋼柱の埋め込み深さは、ハリケーン ゾーン設計におけるもう 1 つの中心的なパラメータです。ハリケーンによる横方向の風荷重は埋め込み部分に直接伝わるため、横方向の接地抵抗を提供するには十分な埋め込み深さが必要です。
埋め込み深さの設計原則:
1. 地盤モーメントに基づいて埋込み深さを決定する
埋め込みの深さは、地盤のモーメントとせん断に耐えるのに十分な深さでなければなりません。設計者は、NESC 規則 250B (風圧 9 psf) と規則 250C (極風) の両方に基づいて荷重の組み合わせを計算する必要があります。エンベロープ値必要な埋め込み深さを決定します。
2. 一般的な埋め込み深さの範囲
69 kV ～ 230 kV のテーパー鋼柱の場合、一般的な埋め込み深さは次のとおりです。10%～15%ポールの高さ。 70 フィートのポールの場合、これは約7～10.5フィート埋め込みの。
3. 土壌条件の考慮事項
埋め込み深さの計算では、土壌の種類と支持力を考慮する必要があります。柔らかい土壌または盛り土エリアには必要な場合がありますより深い埋め込み深さまたは基礎耐力プレートの追加適切な横方向の抵抗を提供します。
4. フロストラインの要件
ハリケーン地帯は主に熱帯気候ですが、特定の地域（中部大西洋岸など）では依然として季節的な霜の侵入が発生します。埋め込まれたセクションは拡張する必要があります霜線の下、または凍りにくい埋め戻し材（砕石、砂/砂利など）を使用する必要があります。
ハリケーンゾーンはしばしば次の地域と一致します。沿岸の高塩分環境、鋼柱に厳しい腐食保護要件を課しています。
亜鉛メッキ標準:ASTM A123、 とグレード100(100μm)沿岸環境に推奨されるコーティングの厚さ
埋め込みセクションの追加保護:瀝青コーティングまたは熱収縮スリーブ保護亜鉛メッキ層の上に置くことをお勧めします
| パラメータのカテゴリ | ハリケーンゾーン（LIGHT地区）の要件 | 基礎 |
|---|---|---|
| 地域負荷風圧 | 9 psf (約 431 Pa、時速 60 マイル) | NESC 表 250-1 |
| 極風基本風速 | 時速90～170マイル(3 秒間の突風、場所による) | NESC 図 250-2 |
| 極度の風への適用性 | 構造物> 60 フィート (18.3 メートル)高さで | NESC 規則 250C |
| 風荷重係数（グレードB） | 2.50 | NESCグレードB |
| 垂直荷重係数（グレードB） | 1.50 | NESCグレードB |
| 導体張力係数（グレードB） | 1.65 | NESCグレードB |
| 主要部材の最小肉厚 | 3/16 インチ (4.76 mm) | RUS 速報 1724E-224 |
| 一般的な埋め込み深さ | 10%～15%ポールの高さの | エンジニアリング実践 |
| 設計基準 | ASCE/SEI 48-19 | 構造設計の基礎 |
ハリケーン地帯における 69 kV ～ 230 kV のテーパー付き鋼管柱の構造設計は、次の条件に厳密に準拠する必要があります。ネスクC2負荷要件とASCE/SEI 48-19構造設計手法。図 250-2 の LIGHT 地区の 9 psf の風圧から時速 170 マイルまでの極度の風速、風荷重係数 2.50 から壁厚の最小しきい値 3/16 インチ、および埋め込み深さの要件 10% ～ 15% まで、すべてのパラメータがハリケーン条件下での構造安全性に直接影響します。
米国南東部、メキシコ湾岸、または大西洋沿岸地域で送電プロジェクトの入札に参加する予定のサプライヤーの場合、明示的に指定します。「NESC軽積載地区適合」、「NESC Rule 250C エクストリームウィンドデザイン」、「ASCE/SEI 48-19デザイン」、技術提案における完全な壁厚と埋め込み深さのパラメータ表は、技術的信頼性を確立するための基礎となります。
