屋面鐵塔對房屋結(jié)構(gòu)影響的簡明分析

陳敏文

海峽（福建）交通工程設(shè)計(jì)有限公司 福建 福州 350004

1 屋面鐵塔分析

首先，由于塔架的剛度和房屋結(jié)構(gòu)的剛度相比相差很大，我們一般先確定塔架的結(jié)構(gòu)形式和斷面等，對鐵塔做出獨(dú)立的分析和設(shè)計(jì)后，然后再分析對下部結(jié)構(gòu)的影響。

一般說來，已有房屋新增屋面鐵塔，受到規(guī)劃、航空管制高度和房屋結(jié)構(gòu)承載力的限制，它的高度一般不超過30米。受到下部結(jié)構(gòu)柱布置的影響，塔的體型很難做到完美，鐵塔的形式主要以滿足使用要求為主。目前常用的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)軟件是上海同磊土木工程技術(shù)有限公司的3D3S軟件，它有專門的鐵塔設(shè)計(jì)模塊。通過軟件分析鐵塔在恒載、活載、風(fēng)載等的作用下，可以得出塔腳的作用力。在做受力分析的時(shí)候，尤其要注意風(fēng)載的影響，風(fēng)載要考慮垂直方向和45度方向荷載的影響，這樣可以得到兩個(gè)方向的塔腳作用力（M,V,N）和自震周期等值。可變荷載組合值系數(shù)見下表[1]。

2 對房屋結(jié)構(gòu)分析的檢算方法

由于混凝土框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算軟件和塔架的計(jì)算軟件分析方法不同，一般說來，很難將塔架直接輸入PKPM軟件當(dāng)中，或者將框架輸入3D3S軟件當(dāng)中。為便于檢算塔架對于下部結(jié)構(gòu)的影響，可以采用等代剛架來計(jì)算。塔架等代剛架的設(shè)立原則是自震周期相同，自重相同，風(fēng)載相同。等代剛架如上圖所示。

塔架荷載的組合有如下所示：

經(jīng)過計(jì)算，我們得到塔腳內(nèi)力，一側(cè)上拔，一側(cè)下壓，還有剪力，從結(jié)果上看，組合Ⅰ起控制作用。以25米鐵塔為例（設(shè)計(jì)條件：基本風(fēng)壓 ，根開為5米，山高40米），塔腳作用力分別是正面作用時(shí)設(shè)計(jì)值為：

假定不計(jì)自重的情況下，在風(fēng)載的作用下，風(fēng)載產(chǎn)生的上拔力和下壓力為等值，為F1；自重和活載產(chǎn)生的塔腳內(nèi)力為G，風(fēng)載合力為，等代框架高度為h，a為塔腳根開（塔腳中心距離）根據(jù)方程求解出，求得

我們在用PKPM軟件建立下部結(jié)構(gòu)模型時(shí)，將屋面鐵塔用高度為h，寬度為a(塔腳根開）的等代剛架帶入，注意做到自重相同，剛度相同。在建模型時(shí)塔架層以下風(fēng)荷載程序自動(dòng)生成，剛架頂風(fēng)荷載調(diào)整成，剛架底部按照鉸接輸入[2]。

3 設(shè)計(jì)實(shí)例

本方法實(shí)施前，很多算例是將塔腳荷載直接當(dāng)作活載或恒載輸入到結(jié)構(gòu)計(jì)算當(dāng)中，按照這種輸入方法，鐵塔風(fēng)載參與了多次組合，計(jì)算結(jié)果失真。而且輸入了不同方向的作用力，要比較多種工況，大大增加了工作量。而按本方法則有效地解決了上述問題。

某廠房為三層混凝土框架結(jié)構(gòu)，第三層局部縮進(jìn)，如下圖所示。主要計(jì)算參數(shù)如下：七度抗震，二類場地，基本風(fēng)壓，層高均為4米，沖孔灌注樁基礎(chǔ)。原有結(jié)構(gòu)布置圖等如下所示。

三層混凝土框架結(jié)構(gòu)

擬在第三層屋面⑤～⑥xC-D軸設(shè)置一25米角鋼塔，該塔共設(shè)置三層平臺（高度分別為13,18,23米），每層平臺設(shè)置六根天線。經(jīng)3D3S軟件分析，在正向風(fēng)載作用下得到塔腳內(nèi)力如下，下壓力及剪力為，上拔力及剪力為。根據(jù)方程求解出求得米，。以上數(shù)據(jù)帶入程序驗(yàn)算。

以下是屋面設(shè)立鐵塔前后的數(shù)據(jù)對比。

從上表我們可以得出下列結(jié)論：

（1）柱底軸力Nmax明顯增加，Nmin明顯減少，這是由于鐵塔在風(fēng)載作用下產(chǎn)生下壓力和上拔力所致。塔架下框架柱要考慮偏拉設(shè)計(jì)；

（2）塔腳下柱所聯(lián)結(jié)屋面層梁配筋有所增加；

（3）為安全計(jì)，屋面塔架柱周邊屋面板要適當(dāng)加強(qiáng)；

（4）要考慮塔架下柱基礎(chǔ)的適當(dāng)加強(qiáng)。

4 效果

該項(xiàng)目建成后，經(jīng)過十二級臺風(fēng)的檢驗(yàn)，房屋結(jié)構(gòu)完好無損，沒有發(fā)現(xiàn)房屋有較大沉降，房屋梁、柱等未發(fā)現(xiàn)有裂縫，很好地滿足了業(yè)主的要求，受到好評。本文論述方法能夠大幅減少工作量，對設(shè)計(jì)分析提供有益的借鑒。