談某鋼結(jié)構(gòu)電視發(fā)射塔設(shè)計(jì)

【摘要】 鋼結(jié)構(gòu)電視發(fā)射塔是裝設(shè)偶極子天線的一種高聳結(jié)構(gòu)，塔上裝設(shè)偶極子天線、安裝平臺(tái)、休息平臺(tái)及廣告牌。高聳結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是風(fēng)荷載起決定作用，不同類型鋼結(jié)構(gòu)電視發(fā)射塔對(duì)風(fēng)荷載的響應(yīng)不同，對(duì)基礎(chǔ)的要求也不同，如何設(shè)計(jì)，才能使結(jié)構(gòu)安全，制造快捷，安裝方便，投資較少，是一個(gè)重要的問題。

【關(guān)鍵詞】電視發(fā)射塔 高聳結(jié)構(gòu) 響應(yīng)

一、電視發(fā)射塔概況

電視發(fā)射塔工程位于德陽市綿遠(yuǎn)河以東，主體鐵塔高度約149米，塔柱跟開25米，屬于山地，綠色植被豐富，德陽歷史悠久，人文景觀量多質(zhì)優(yōu)，是成都旅游門戶圈的重要組成部分。

電視發(fā)射塔的結(jié)構(gòu)形態(tài)突破一般塔的常見形態(tài)，四個(gè)主要塔柱采用三角形桁架形式，斜撐采用十字交叉，形成一種復(fù)雜而又美觀的鏤空鋼結(jié)構(gòu)空間體系。主材采用角鋼構(gòu)件，工廠制作，現(xiàn)場(chǎng)安裝，縮短了加工和安裝周期，施工安裝非常便利。電視發(fā)射塔立面圖如圖1。

二、設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

1、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題：本發(fā)射塔屬于高聳鋼結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深必須有一定的深度，以足以抵抗上部水平風(fēng)荷載的作用。相對(duì)于鐵塔重量來說，塔體所受水平力起主要作用，基礎(chǔ)埋藏不易太淺。根據(jù)甲方提供的巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地位于德陽市旌陽區(qū)東山，持力層土層為風(fēng)化殘積土和強(qiáng)風(fēng)化泥巖石層，各土層厚度不均勻，給基礎(chǔ)設(shè)計(jì)帶來一定困難。

2、鐵塔設(shè)計(jì)問題：本電視發(fā)射塔的形態(tài)突破一般塔的常見形態(tài)，為了突出整體結(jié)構(gòu)美感，塔體外立面形式采用埃菲爾鐵塔形式，平面形狀為正四邊形，四腳塔柱平面形狀為三角形組合截面，給鐵塔自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來很大困難，尤其是變坡部位的連接計(jì)算和構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)，其對(duì)于塔體整體穩(wěn)定具有重要作用。

3、塔體立面設(shè)計(jì)問題：作用在塔上的荷載有：永久荷載和可變荷載，永久荷載主要包括結(jié)構(gòu)自重和放置的設(shè)備荷載，可變荷載中起主要作用的是風(fēng)荷載，而且風(fēng)荷載隨著高度的增加而增加。發(fā)射塔的每個(gè)階段的截面選取非常重要，邊坡不能太陡，也不能太緩，即要求美觀又得考慮受力合理，滿足規(guī)范的強(qiáng)度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要求。

4、運(yùn)輸及安裝問題：各個(gè)部分設(shè)計(jì)重量重，體積大，運(yùn)輸和安裝難度大、建設(shè)工期緊。

三、設(shè)計(jì)難點(diǎn)解決方案

1、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)：本發(fā)射塔所在區(qū)域場(chǎng)地位于德陽市旌陽區(qū)東山，持力層土層為風(fēng)化殘積土和強(qiáng)風(fēng)化泥巖石層，各土層厚度不均勻，1層殘積土持力層地基承載力特征值為Fak=180kPa，2層強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖地基承載力特征值為Fak=200kPa。塔基礎(chǔ)將上部結(jié)構(gòu)的全部荷載完全可靠地傳遞到地基，并保持結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，建設(shè)場(chǎng)地地基持力層具有良好的承載力，地基變形能控制在可以接受的范圍內(nèi)，基礎(chǔ)上拔力可以由基礎(chǔ)及其覆土共同承擔(dān)，適宜采用鋼筋混凝土淺埋的獨(dú)立基礎(chǔ)，采用獨(dú)立基礎(chǔ)相比采用整體筏板基礎(chǔ)節(jié)約建設(shè)成本。設(shè)計(jì)中將塔柱與基礎(chǔ)之間設(shè)計(jì)成鉸接，每一個(gè)組合塔柱下設(shè)置一個(gè)整體基礎(chǔ)，基礎(chǔ)承受下壓力和上拔力，通過計(jì)算，設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)底面積來增加基礎(chǔ)的抗拔力，以滿足上部鐵塔的受力要求。這種基礎(chǔ)形式施工簡(jiǎn)便，投資費(fèi)用較低，施工速度快?；A(chǔ)上拔力由基礎(chǔ)自重及上部覆土共同承擔(dān)，所以，基礎(chǔ)施工完畢后，土層的回填非常重要，必須按要求分層夯實(shí)。另外，由于塔體屬細(xì)長(zhǎng)構(gòu)筑物，橫向水平剪力起主要作用，為使塔體水平剪力切實(shí)可靠的傳遞給基礎(chǔ)，將各獨(dú)立基礎(chǔ)之間設(shè)置鋼筋混凝土連系梁，通過連系梁將水平剪力傳至基礎(chǔ)短柱和獨(dú)立基礎(chǔ)，連系梁設(shè)計(jì)成矩型截面，并配有鋼筋，鋼筋按受拉構(gòu)件計(jì)算，設(shè)計(jì)時(shí)須注意連系梁兩個(gè)方向的長(zhǎng)細(xì)比，長(zhǎng)細(xì)比過大的連梁抗裂能力和耐久性較差，且不能抵抗水平力；配筋時(shí)，要考慮要考慮連梁自重和覆土重量引起的彎矩和因凍土作用使連梁上拱引起的彎矩，獨(dú)立基礎(chǔ)和連系梁共同承擔(dān)上部塔體傳遞下來的自重、彎矩和水平剪力。

2、鐵塔設(shè)計(jì)：電視發(fā)射塔的形態(tài)為埃菲爾鐵塔形式，平面形狀為正四邊形，塔身主立柱水平截面為穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，這樣的組合截面使得鐵塔的自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)造變得很復(fù)雜。塔體主材和斜材采用受力明確的角鋼，不僅美觀大方，而且在工廠加工制作，受力性能好。斜材花型采用十字交叉形式，可以有效減小桿件長(zhǎng)細(xì)比，節(jié)間長(zhǎng)度可以略放大，充分利用桿件的力學(xué)性能，從而可以有效減小斜材等輔助桿件的數(shù)量。

電視發(fā)射塔結(jié)構(gòu)形式為空間桁架，桿件采用角鋼，計(jì)算時(shí)假定桁架所有桿件連接節(jié)點(diǎn)為鉸接，采用整體空間桁架法進(jìn)行計(jì)算。高聳結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是風(fēng)荷載起決定作用，計(jì)算作用在塔上的荷載時(shí)，首先要假定塔架各部分尺寸及其迎風(fēng)面積，分析確定塔架尺寸、桿件截面，再通過計(jì)算軟件計(jì)算塔架桿件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性?？臻g桁架塔主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件均為二力桿，因塔架受到任意方向的風(fēng)荷載，承受壓力或拉力。塔架結(jié)構(gòu)基本上是對(duì)稱布置，同一層內(nèi)同種桿件構(gòu)造和受力均相同，受壓主要計(jì)算構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定，受拉則主要計(jì)算節(jié)點(diǎn)連接螺栓和焊縫。

為安全起見，設(shè)計(jì)首先采用空間鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件3D3S進(jìn)行桿件計(jì)算，初步選定主材、斜材桿件大小，然后，有采用有限元軟件SAP2000進(jìn)行各個(gè)桿件的計(jì)算和復(fù)核，根據(jù)計(jì)算出的主材各個(gè)分段的軸向力，確定主材和輔材角鋼大小，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足國(guó)家鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和鋼塔桅設(shè)計(jì)規(guī)程，結(jié)構(gòu)安全可靠。各桿件之間連接螺栓采用普通螺栓。便于鐵塔拆裝，螺栓受剪，不易破壞。塔身全部熱鍍鋅處理，鍍鋅后，并對(duì)塔身進(jìn)行噴塑處理，不生銹，不變形，抗老化，降低維護(hù)成本。

3、塔體平臺(tái)設(shè)計(jì)：為便于天線安裝和安全要求，鐵塔設(shè)置六層鋼平臺(tái)，鋼平臺(tái)構(gòu)件工廠制作，現(xiàn)場(chǎng)螺栓安裝。為防止風(fēng)荷載負(fù)壓影響，鋼平臺(tái)鋪板均采用鏤空的鋼筋鋪設(shè)，即滿足人員操作要求，又能減少風(fēng)載影響，減少了塔體造價(jià)，增加了鐵塔的美觀性。

四、小結(jié)

電視發(fā)射塔外形設(shè)計(jì)注重整體造型美，塔的整體造型純粹、簡(jiǎn)潔、挺拔、一起呵成，猶如鶴立雞群，一枝獨(dú)秀。夜晚，塔身LED射燈照射下呈現(xiàn)金黃色， 既節(jié)省電，也更加美觀。整個(gè)塔身在夜晚紅紅火火，環(huán)環(huán)向上，展現(xiàn)出一種積極向上的、充滿正能量的美態(tài)，極具現(xiàn)代感和強(qiáng)烈的藝術(shù)氣息，給城市帶來更多人文景觀，為美化城市添光溢彩。

個(gè)人簡(jiǎn)介：

張亮權(quán)（1980-），男，漢族，湖北省廣水市人，中鋼集團(tuán)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，工程師

聯(lián)系方式：18603119067

聯(lián)系人：張亮權(quán)

郵寄地址：河北省石家莊市槐安東路108號(hào)

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參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王肇民. 桅桿結(jié)構(gòu)[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[2] 王肇民，馬人樂. 塔式結(jié)構(gòu)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2001.

[3] 王肇民. 高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995.

[4] 王肇民，U.Peil.塔桅結(jié)構(gòu)[M]. 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1989.

[5] 中國(guó)工程建設(shè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn).鋼結(jié)構(gòu)單管通信塔技術(shù)規(guī)程（CECS 236：238）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

[6] 中華人民共和國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).移動(dòng)通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（YD/T 5131-2005）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

[7] 中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定（DL/T 5154-2002）[S].北京：中國(guó)電力出版社，2002.