龐　博

（中國(guó)通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第四分公司，河南 鄭州 450000）

通信三管塔的風(fēng)振系數(shù)

龐博

（中國(guó)通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第四分公司，河南 鄭州 450000）

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）在風(fēng)荷載計(jì)算方法上做了較大的修改，風(fēng)振系數(shù)有了顯著的提高，與《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》B50135-2006相比，不同規(guī)范設(shè)計(jì)出來(lái)的通信塔造價(jià)相差10%～20%，值得設(shè)計(jì)人員深入研究。

三管塔；移動(dòng)通信；風(fēng)振系數(shù)

通信鐵塔是移動(dòng)通信系統(tǒng)信號(hào)覆蓋建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施。由于通信鐵塔的占地尺寸通常要遠(yuǎn)小于其高度，因此通常將其作為一種高聳進(jìn)行設(shè)計(jì)。通信鐵塔的設(shè)計(jì)控制荷載通常為水平方向的風(fēng)荷載和地震荷載。由于鐵塔從材質(zhì)上屬于鋼結(jié)構(gòu)，其對(duì)地震作用的反應(yīng)相對(duì)較小，通常情況下對(duì)小于8度的地區(qū)可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算，只采取抗震構(gòu)造，因此風(fēng)荷載是鐵塔設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的荷載工況。

按照塔身的構(gòu)造形式，常用的塔型包括拉線(xiàn)桅桿、單管塔、三管塔和角鋼塔。其中三管塔和角鋼塔由于建設(shè)高度較高，常用于野外開(kāi)闊場(chǎng)地，以獲得較大的信號(hào)覆蓋面積。相比于三管塔，角鋼塔的造價(jià)更高、施工更復(fù)雜、占地面積更大，但其可建設(shè)的高度更高，也具有更大的安全儲(chǔ)備，因此更適用于較為惡劣的建設(shè)環(huán)境中。河南地處0.3～0.45kN/m2的風(fēng)壓范圍，適合采用經(jīng)濟(jì)性較好的三管塔建設(shè)方案，目前三管塔已成為河南地區(qū)的新建落地塔的主力塔型。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2012）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)2012版荷載規(guī)范）與《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（2006年版）（GB50009-2001）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)2006版荷載規(guī)范）在風(fēng)荷載計(jì)算方法上做了較大的修改。不僅調(diào)整了風(fēng)壓高度系數(shù)，補(bǔ)充完善了風(fēng)荷載體型系數(shù)，還修改了順風(fēng)向風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算表達(dá)式和計(jì)算參數(shù)。主要體現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：

（1）2012版荷載規(guī)范對(duì)于梯度風(fēng)高度范圍內(nèi)的風(fēng)壓高度系數(shù)取值做了明顯的降低，特別是對(duì)于C、D類(lèi)地貌，降幅超過(guò)10%。

（2）2012版荷載規(guī)范計(jì)算得到的風(fēng)振系數(shù)有了顯著的提高，對(duì)于A、B、C、D類(lèi)場(chǎng)地，分別提高了約24.4%、17.6%、25.1%、26.4%。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012是為了適應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，符合安全適用、經(jīng)理合理的要求。建筑物主要為提供人類(lèi)居住功能的人工建造物，需要考慮人居住時(shí)的舒適度等問(wèn)題。《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》B50135-2006適用于鋼及鋼筋混凝土高聳結(jié)構(gòu)，包括廣播電視塔、通信塔輸電高塔、煙囪等構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)。構(gòu)筑物就是不具備、不包含或不提供人類(lèi)居住功能的人工建造物，主要考慮設(shè)備等功能使用要求。兩本規(guī)范考慮因素不一樣，風(fēng)振系數(shù)計(jì)算公式不一樣。

表1　

表2　

表3　兩種計(jì)算方法地角反力對(duì)比表

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012中風(fēng)振系數(shù)計(jì)算公式為：

《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》B50135-2006中風(fēng)振系數(shù)計(jì)算公式為：

綜上，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012與《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》B50135-2006計(jì)算結(jié)果會(huì)不同。

某45m三管塔在其他條件完全相同的情況下，同振系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012與《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》B50135-2006垂直作用于高聳結(jié)構(gòu)表面單位計(jì)算面積上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式相同：

式中：

wk──作用在高聳結(jié)構(gòu)z高度處單位投影面積上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；

w0，R──對(duì)應(yīng)于重現(xiàn)期為R的風(fēng)壓代表值，其值應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009的規(guī)定采用；當(dāng)重現(xiàn)期為50年時(shí)，風(fēng)壓代表值為基本風(fēng)壓w0，取值不得小于0.35kN/m2；

μz──高度z處的風(fēng)壓高度變化系數(shù)；

μs──風(fēng)荷載體型系數(shù)；

βz──高度z處的風(fēng)振系數(shù)。

注：（1）此處風(fēng)荷載為順風(fēng)向風(fēng)阻。

（2）單位計(jì)算面積是指沿高聳結(jié)構(gòu)高度方向分段的當(dāng)前計(jì)算段落的正面擋風(fēng)面積。

風(fēng)振系數(shù)不同直接導(dǎo)致風(fēng)荷載差別很大。并且45m三管塔天線(xiàn)、RRU等主要設(shè)備（為主要擋風(fēng)面積）掛高在43.2m～35.1m之間。采用的同濟(jì)大學(xué)塔桅課題組的三管塔專(zhuān)用軟件MWT3.0按《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》B50135-2006計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)完全合格的45m三管塔，用采用《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012的同濟(jì)大學(xué)3D3S軟件進(jìn)行復(fù)核時(shí)，應(yīng)力比、位移比、法蘭節(jié)點(diǎn)、地腳螺栓等均不滿(mǎn)足規(guī)范要求。加大鋼管壁厚、法蘭，斜撐尺寸使計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范要求，最終塔重增加17.87%。

兩種計(jì)算方法塔重對(duì)比表見(jiàn)表2。

用上述兩種方法計(jì)算出的基礎(chǔ)反力也存在較大差別，在風(fēng)荷載的作用下，三管塔塔柱分別出現(xiàn)壓力及拔力，由于根開(kāi)小，底段塔柱的壓力及拔力比較大，對(duì)于樁基礎(chǔ)，抗拔力為主要控制力，對(duì)于筏板基礎(chǔ)，三管塔主要考慮抵抗塔底的水平力及彎矩?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》比《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》增加見(jiàn)表3，基礎(chǔ)作用力增加，對(duì)等的地質(zhì)情況基礎(chǔ)造價(jià)也會(huì)大幅增加。

綜合風(fēng)壓高度系數(shù)與風(fēng)振系數(shù)的調(diào)整，由于高聳結(jié)構(gòu)本身的風(fēng)振系數(shù)較大，因而調(diào)整系數(shù)后引起的風(fēng)振系數(shù)增加比例更大，一般均超過(guò)風(fēng)壓高度系數(shù)下降的幅度，綜合考慮后，2012版荷載規(guī)范實(shí)際上是提高了高聳結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載（部分結(jié)構(gòu)提高幅度超過(guò)15%）；對(duì)于以風(fēng)荷載為主要控制荷載的高聳結(jié)構(gòu)而言，風(fēng)荷載的調(diào)整對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響是很大的。選用不同規(guī)范所計(jì)算出的塔造價(jià)相差在10%～20%。

結(jié)語(yǔ)

隨著各地環(huán)境美化的需要和農(nóng)村城市化進(jìn)程的推進(jìn)，通信鐵塔作為公共建筑，必然要向經(jīng)濟(jì)實(shí)用、造型美觀、多樣化等方向發(fā)展。三管塔不僅經(jīng)濟(jì)上比較合理，而且結(jié)構(gòu)造型美觀，符合國(guó)家“節(jié)能減排”的基本國(guó)策，是未來(lái)移動(dòng)通信塔的較佳選擇?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012與《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》B50135-2006兩本規(guī)范考慮因素不一樣，風(fēng)振系數(shù)計(jì)算公式不一樣，風(fēng)荷載相差很大。設(shè)計(jì)人員需要深入研究?jī)杀疽?guī)范的差別，在保證安全的前提下合理節(jié)約資源，降低造價(jià)。

［1］ GB50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［2］ B50135-2006，高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

TN929

A