通信基站利舊社會資源桿塔的安全性評估

中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司 唐 欣

“共享”已成為當(dāng)下經(jīng)濟發(fā)展的熱點，桿塔資源的共享一方面減少了通信公司土地、人力、電力資源及設(shè)備材料消耗和成本支出，另外一方面可提高產(chǎn)權(quán)方經(jīng)濟效益，是合作雙方互利互惠的有效方式。在制定社會資源桿塔的改造應(yīng)用方案時，應(yīng)以安全為前提，結(jié)合現(xiàn)有和新增掛載設(shè)備，對承載能力進行評估，經(jīng)分析后再制定規(guī)劃方案。本文主要對社會資源桿塔的可用性進行安全分析，為通信網(wǎng)絡(luò)的安全運行提供可靠的保障。

一、引言

隨著4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的進一步深化、5G商用的來臨，移動通信站址需求正向高密度、低空間的方式發(fā)生變化，采用小微站加強立體覆蓋，逐步成為移動接入網(wǎng)的重要建設(shè)方式。鐵塔公司已經(jīng)在積極倡導(dǎo)和呼吁變“社會塔”為“通信塔”，充分利用城市路燈桿、監(jiān)控桿、廣告牌、交通指示牌等社會公用設(shè)施掛載通信設(shè)施。

在制定社會桿塔資源的改造應(yīng)用方案時，應(yīng)以安全為前提，結(jié)合現(xiàn)有和新增掛載設(shè)備，對承載能力進行評估，經(jīng)分析后再制定規(guī)劃方案。

二、評估檢測流程

通過對社會桿塔資源的初始質(zhì)量狀況核實和檢測，尤其是對抗震防風(fēng)等性能進行分析復(fù)核把關(guān)，為復(fù)核塔體及基礎(chǔ)的使用狀態(tài)提供有力依據(jù)，確定能否改造達到使用目的。評估檢測的基本流程如圖1：

圖1

三、檢測內(nèi)容及方法

（一）鋼結(jié)構(gòu)塔身結(jié)構(gòu)檢測

1.塔身結(jié)構(gòu)檢測要點

（1）調(diào)查結(jié)構(gòu)的建造、使用和修繕的歷史沿革、建筑風(fēng)格、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)造等措施。

（2）全面檢查和記錄結(jié)構(gòu)承重結(jié)構(gòu)和維護結(jié)構(gòu)的損壞部位、范圍和程度。

a）抽樣檢測承重結(jié)構(gòu)材料性能，構(gòu)件抽樣數(shù)量和部位應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。抽樣部位應(yīng)含有代表性的損壞構(gòu)件。

b）檢測該塔的結(jié)構(gòu)的完損程度，分析損壞原因。

c）檢測結(jié)構(gòu)傾斜和不均勻沉降現(xiàn)狀。

（3）根據(jù)實測結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能，按現(xiàn)有荷載、使用情況和結(jié)構(gòu)體系，建立合理的計算模型，驗算結(jié)構(gòu)現(xiàn)有承載力，對整改后可安全使用年限進行評估。

具體檢測內(nèi)容包括以下內(nèi)容：

a）塔身主體框架傾斜測量；

b）腿部主材、斜材彎曲、傾斜狀況；

c）柱腳是否有下沉，下沉引起的傾斜和彎曲變形狀況；

d）各桿件連接節(jié)點、各加勁肋、斜撐是否符合設(shè)計要求；

e）各桿件是否扭曲、變形、有無變形、開裂和損傷；

2.連接及節(jié)點

（1）檢查構(gòu)件（重點是框架梁、柱、支撐）在制造和安裝過程中遺留的缺陷。

（2）檢查高強螺栓的松動、脫落、錯位、剪斷、延遲斷裂和損傷情況。

（3）對接焊縫質(zhì)量等級檢測。

a）工廠焊接的受拉對接焊縫是否符合原設(shè)計及《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》（GB50205-2001）表5.2.4中質(zhì)量等級的要求；

b）現(xiàn)場的對接焊縫是否符合原設(shè)計及規(guī)范《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》（GB50205-2001）表5.2.4中質(zhì)量等級的要求；

c）所有的角焊縫是否符合規(guī)范《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》（GB50205-2001）附錄A中外觀質(zhì)量等級的要求；

d）H型鋼支撐與柱、梁的對接焊縫能否達到等強度連接；

e）主要焊縫尺寸檢查。

（4）節(jié)點變形及損傷檢測。

（5）支座或柱腳位移、變形及損傷檢測。

3.腐蝕或銹蝕

（1）檢查構(gòu)件及連接處容易積灰、積水的部位，以及干濕交替影響部位的腐蝕狀況，隱蔽部位的損傷和銹蝕狀況應(yīng)是重點檢查的范圍之一。

（2）構(gòu)件、節(jié)點及連接的銹蝕處，應(yīng)查明銹蝕深度或板件厚度減少的程度，以及銹坑、銹爛的狀況及范圍。

4.其他檢測

（1）構(gòu)件尺寸檢測；

（2）構(gòu)件表面漆膜厚度檢測；

（3）沒有圖紙部分測繪；

（二）混凝土基礎(chǔ)檢測

視現(xiàn)場傾斜及沉降檢測結(jié)果綜合判斷是否需要對基礎(chǔ)進行開挖檢測。

四、相關(guān)規(guī)定限值及檢查數(shù)量

1.《移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（YD 5131-2005）第3.1.10規(guī)定：

在以風(fēng)荷載為主的荷載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下，塔桅結(jié)構(gòu)任意點的水平位移不得大于表5.1的規(guī)定：——任意點高度；——層間間距。

檢查數(shù)量：雙向檢測。

表4.1 移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)的水平位移限值

2.《移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（YD 5131-2005）第5.2.2規(guī)定：

塔架的主材、腹桿等構(gòu)件的長細(xì)比λ應(yīng)不超過下列規(guī)定值：

（1）主材：λ≤150

（2）橫桿、斜桿：λ≤180，當(dāng)內(nèi)力小于桿件承載力的50%時，λ≤200

（3）輔助桿、橫隔桿：λ≤200

（4）受拉桿 ：λ≤350

（5）施加預(yù)應(yīng)力的拉桿，長細(xì)比不受限制。

（6）桅桿兩相鄰拉線節(jié)點間桿身長細(xì)比宜符合下列規(guī)定：

（7）格構(gòu)式桅桿（換算長細(xì)比）：λ0≤100

（8）實腹式桅桿：λ≤150

檢查數(shù)量：按構(gòu)件數(shù)抽查10%。

3.《移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（YD 5131-2005）第6.1.5規(guī)定：

鋼塔桅結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最小規(guī)格要求：

（1）主要受力的角鋼截面不宜小于L45×4；

（2）節(jié)點板厚度不宜小于5mm，塔腳板厚度不應(yīng)小于16mm，錨栓墊板厚度不應(yīng)小于12mm；

（3）鋼管的厚度不宜小于4mm；

（4）平臺鋼板厚度不宜小于4mm，圓鋼直徑不宜小于Φ14；

（5）攀登設(shè)施（爬梯、爬釘）的踏腳件直徑不應(yīng)小于16mm；

（6）拉線截面不應(yīng)小于35mm2，拉線棒的直徑不應(yīng)小于16mm。

檢查數(shù)量：每種規(guī)格抽查10%，且不少于5件。

4.《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50135-2006第5.10.13規(guī)定：

鋼塔桅結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用螺栓連接時，用于連接受力桿件的螺栓，其直徑不宜小于12mm，弦桿角鋼連接，在接頭一端螺栓數(shù)不宜少于6個，每一桿件在接頭一端的螺栓數(shù)不宜少于2個，輔助桿可用一個螺栓，接頭應(yīng)靠近節(jié)點。

檢查數(shù)量：按連接點數(shù)抽查10%。

5.《移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（YD 5131-2005）第6.2.4規(guī)定：

螺栓的排列和距離，應(yīng)符合表4.2的要求。

表4.2 螺栓的排列和允許距離

注：

（1）d0為螺栓的孔徑，t為外層較薄板件的厚度；

（2）鋼板邊緣與剛性構(gòu)件（如角鋼、槽鋼等）相連時，螺栓最大間距可按中間排的數(shù)值采用；

（3）高強螺栓指8.8級及以上等級螺栓。

檢查數(shù)量：按連接點數(shù)抽查10%。

6.《移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（YD 5131-2005）第7.2.6規(guī)定：

鋼塔桅結(jié)構(gòu)的地基變形允許值可按表4.3的規(guī)定采用。

表4.3 移動通信鋼塔桅結(jié)構(gòu)的地基變形允許值

注：l為相鄰基礎(chǔ)中心間的距離。

檢查數(shù)量：全數(shù)檢查。

《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50135-2006）第5.10.16規(guī)定：

加勁肋的厚度不宜小于肋長的1/15，并不宜小于5mm。

檢查數(shù)量：全數(shù)檢查。

《鋼結(jié)構(gòu)單管通信塔技術(shù)規(guī)程》（CECS236：2008）規(guī)范第5.4.1規(guī)定：

單管塔所采用的筒體壁厚不應(yīng)小于5mm；法拉盤厚度不宜小于20mm。

檢查數(shù)量：每種規(guī)格抽查10%，且不少于5件。

《鋼結(jié)構(gòu)單管通信塔技術(shù)規(guī)程》（CECS236：2008）第5.4.10規(guī)定：

對于有加勁肋法蘭盤：管徑大于120mm時，螺栓不宜少于6個。

檢查數(shù)量：按連接點數(shù)抽查10%。

《鋼結(jié)構(gòu)單管通信塔技術(shù)規(guī)程》（CECS236：2008）第3.0.5規(guī)定：

在風(fēng)荷載頻遇組合下，塔頂水平位移不應(yīng)大于塔高的的1/50。

檢查數(shù)量：雙向檢測。

五、評估計算

根據(jù)檢測得到的實際數(shù)據(jù)，以構(gòu)件實際有效截面以及構(gòu)件的實際變形狀況，建立結(jié)構(gòu)有限元模型，對需要評定結(jié)構(gòu)及構(gòu)件進行計算分析。

（一）計算用軟件

在進行結(jié)構(gòu)的安全性評估時，采用有限元方法驗算各荷載組合下塔身主體結(jié)構(gòu)是否滿足安全性評價標(biāo)準(zhǔn)，具體驗算時采用SAP2000、Midas10.0軟件分析校核，并采用Ansys軟件對結(jié)構(gòu)的重要結(jié)點進行精細(xì)有限元分析。

（二）計算內(nèi)容

1.塔身結(jié)構(gòu)

（1）驗算各荷載組合下，塔身主體結(jié)構(gòu)的強度；

（2）驗算各荷載組合下，塔身主體結(jié)構(gòu)的變形；

（3）驗算各荷載組合下，塔身主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.基礎(chǔ)

（1）驗算各荷載組合下，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的強度；

（2）驗算各荷載組合下，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的抗拔穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定；

（3）驗算各荷載組合下，地基的變形。

（三）計算模型

1.建立塔身結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的各子結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)部分模型，建模時考慮所有附屬結(jié)構(gòu)對塔身結(jié)構(gòu)模型的影響；

2.建立計算模型時，考慮材料的實際力學(xué)性能，包括材料腐蝕對力學(xué)性能的影響，采用實測的彈性模量、屈服強度等；

3.構(gòu)件采用實測截面尺寸，并考慮構(gòu)件實測變形情況；

4.定義支座及節(jié)點約束時根據(jù)現(xiàn)場實際情況及設(shè)計圖紙確定；

5.實際荷載施加位置根據(jù)現(xiàn)場檢測情況確定。

（四）結(jié)構(gòu)安全性評定

根據(jù)現(xiàn)行國家檢測鑒定標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計規(guī)范綜合評定基站鐵塔系統(tǒng)各子結(jié)構(gòu)及塔身本體結(jié)構(gòu)，按照構(gòu)件應(yīng)力比分類確定安全的構(gòu)件，應(yīng)力比接近極限的構(gòu)件，以及應(yīng)力比超出規(guī)范要求的構(gòu)件，并大修及改造設(shè)計給出合理建議。