一體化基站幾個問題的探討

■付舉宏，邱 暉，于欣永 ■中廣電廣播電影電視設(shè)計研究所，北京 100045

1 引言

隨著通信產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，作為天線支撐物的鐵塔出現(xiàn)了很多新形式，一體化基站隨之產(chǎn)生，這很大程度上是因為征地困難造成的，同時一體化基站又具有施工工期短、造價成本低、可搬運并重復(fù)利用等眾多優(yōu)勢，因此其應(yīng)用地域越來越廣，規(guī)模越來越大。

作為一款結(jié)構(gòu)新穎的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)形式不同于傳統(tǒng)的鋼塔桅結(jié)構(gòu)。目前國內(nèi)還沒有明確的指導(dǎo)其設(shè)計的規(guī)范，各設(shè)計單位大多是根據(jù)工程特點以及甲方的技術(shù)要求來定義基本的設(shè)計參數(shù)，并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這往往造成設(shè)計人員的困惑，因此確定一個合理的指標(biāo)是很必要的，筆者認(rèn)為相比于傳統(tǒng)的鋼塔桅結(jié)構(gòu)，一體化基站設(shè)計中的兩個核心問題就是設(shè)計使用年限的確定以及計算模型的簡化。

2 不同設(shè)計使用年限的影響

為了便于運輸和快速安裝，一體化基站往往都采用預(yù)制式基礎(chǔ)，而且一體化基站通常直接安置于地面上，這些特點決定了一體化基站不同于傳統(tǒng)的永久性構(gòu)筑物，可以理解為其屬于介于臨時構(gòu)筑物和永久構(gòu)筑物之間的半永久構(gòu)筑物，確定合理的設(shè)計使用年限直接影響到計算時所施加的荷載，對工程造價有較大影響。

我國規(guī)范《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50153－2008中對房屋建筑、鐵路橋涵、公路橋涵以及港口工程等四大類結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限給予規(guī)定，對于通信塔并無明確規(guī)定，傳統(tǒng)的永久性通信塔都是參照普通房屋和構(gòu)筑物按照50年設(shè)計使用年限考慮。其中，房屋建筑的設(shè)計使用年限見表1。

表1 房屋建筑的設(shè)計使用年限

確定合理的設(shè)計使用年限要結(jié)合一體化基站的使用背景，截止目前來看，通常一體化基站在下面情況下會被應(yīng)用:

(1)大型集會、搶險救災(zāi)等需要應(yīng)急通信的場合［1］。(2)根據(jù)市場要求需搶占先機快速建站的場合［1］。(3)解決大型施工場地施工期間的通信問題［1］。(4)征地困難，租期較短。

基于一體化基站的實際應(yīng)用情況，筆者認(rèn)為設(shè)計使用年限不宜定的過高，10年是較合理的指標(biāo)，還有一個重要原因是《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009－2012給出了作為結(jié)構(gòu)控制荷載的風(fēng)荷載的基本風(fēng)壓的10年統(tǒng)計值，其他設(shè)計使用年限的風(fēng)荷載只能通過換算近似得到。

3 計算模型的影響

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計算，無論是建筑物還是構(gòu)筑物，都是分上部結(jié)構(gòu)計算和基礎(chǔ)計算兩部分進(jìn)行。這主要是因為大地相對于上部結(jié)構(gòu)而言剛度足夠大，將大地作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端是合理的。而一體化基站有其特殊性，沒有傳統(tǒng)意義上的基礎(chǔ)，其預(yù)制基礎(chǔ)只是作為配重塊存在，因此地基與預(yù)制基礎(chǔ)間只傳遞壓力，不傳遞拉力。在預(yù)制基礎(chǔ)受風(fēng)荷載局部脫開的情況下，如果只是簡單地將上部結(jié)構(gòu)的約束情況設(shè)置為固支或鉸支于地面是不合理的。

建模時應(yīng)該將一體化基站的上部結(jié)構(gòu)和預(yù)制基礎(chǔ)建在一起，大地與預(yù)制基礎(chǔ)間的支撐設(shè)置采用只受壓彈簧或者GAP單元來模擬。

4 某一實際工程結(jié)果對比

基本條件:某地區(qū)35米一體化基站，塔身采用獨管塔，預(yù)制基礎(chǔ)為8塊條形混凝土配重塊，50年一遇基本風(fēng)壓0.65kN/m2，該地區(qū)對應(yīng)的10年一遇基本風(fēng)壓0.55kN/m2。

4.1 整體建模和上部結(jié)構(gòu)獨立建模對比

整體建模時，地基與預(yù)制基礎(chǔ)間的連接假設(shè)為限制水平移動，豎向采用只受壓彈簧模擬，彈簧剛度的確定通過下面的方法進(jìn)行，首先求出結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)永久荷載，在此準(zhǔn)永久荷載作用下，按照基礎(chǔ)沉降計算的方法求出位移，此準(zhǔn)永久荷載除以位移就得到了模型所需的彈簧剛度。為了比對不同壓縮模量對于一體化基站的影響，分別考慮壓縮模量為5Mpa和30Mpa兩種情況，對應(yīng)的該塔形的彈簧剛度分別為30000kN/m和200000kN/m。

考慮到只受壓彈簧的特點，常規(guī)的線性分析很難收斂，因此計算時要進(jìn)行非線性分析。一體化基站的主體結(jié)構(gòu)是塔體，對于塔體采用獨管塔形式而言，控制指標(biāo)是塔頂位移。因此此次只比對塔頂位移的差異。計算結(jié)果見表2。

表2 不同模型的塔頂位移

4.2 不同重現(xiàn)期的對比

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定，風(fēng)荷載應(yīng)取重現(xiàn)期為設(shè)計使用年限，因此當(dāng)設(shè)計使用年限取為10年時，其風(fēng)荷載基本風(fēng)壓取值應(yīng)對應(yīng)10年重現(xiàn)期。取壓縮模量為5Mpa的整體模型進(jìn)行分析，對比不同設(shè)計使用年限對應(yīng)的計算結(jié)果，見表3。

表3 不同設(shè)計使用年限的塔頂位移

從計算結(jié)果來看，不同模型和不同使用年限下都有著較大差異，如若忽略，可能會影響到結(jié)構(gòu)安全隱患或者造成結(jié)構(gòu)的浪費。

5 結(jié)論

一體化基站是新出現(xiàn)的基站形式，其設(shè)計理念來自以前的車載式移動通信基站，一體化基站繼承了車載式移動基站的可移動、安裝快捷的特點，同時又大大降低了造價，因此其有著廣闊的應(yīng)用空間。

目前國內(nèi)對一體化基站結(jié)構(gòu)計算并無指導(dǎo)性的規(guī)范，不同的設(shè)計參數(shù)和模型的假定對計算結(jié)果有顯著的影響。本文通過對結(jié)構(gòu)主要控制指標(biāo)塔頂位移的對比，來說明不同設(shè)計使用年限以及不同模型對計算結(jié)果的差異。建議采用更能真實模擬實際情況的整體模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。綜合一體化基站的使用背景，建議設(shè)計使用年限取為10年。

［1］趙超，陸威，分布式、快裝式、室外一體化等新型基站應(yīng)用場景研究《信息通信》.2012年6期.