移动通信三管塔的应用及分析.doc

设置横膈，自重可进一步降低 ；另外，三管塔塔身通常采用变截面设计，与风力变化曲线拟合，可最 大限度发挥主材的强度，节约钢材用量，并达到最 佳的抗风效果。2.2 占地面积小现在移动通信用塔的高度大多不超过 50m，由于 天线的方向性不强，对变形要求不高，塔身设计一般 按强度进行控制，因此能充分发挥钢管承载力高的特 点。通常三管塔根开做到 1.5 3.5m，既降低了塔 身自重，又减小塔基受力，能有效降低工程综合造价。2.3 使用安全便利移动通信三管塔一般设置 2 3 层平台，每层平 台安装 3 6 幅天线，只在个别情况下会挂小微波天线， 所以天线总挡风面积不大，塔体在风荷载作用下扭转 较小，通过调整腹杆及横杆体系，可保证其在正常情 况下的安全使用。同时，按照工艺要求，在塔身设置 有专用爬梯及馈线支架，可方便工程人员对网络的维 护及检修。2.4 适用范围广三管塔不需要大型吊装设备安装，对基站施工的动通信铁塔作为基站配套中投资最大的一块，逐渐受到中国移动集团和各省公司越来越多的关注。调查数 据表明，中国移动近三年的铁塔建设一直呈上升趋势，2007 年仅落地铁塔就达 2.8 万座。2007 年，我们在中 国移动基站铁塔标准化设计的编制中引入了三角形 钢管塔（简称三管塔），经过近一年的实践，证明它是一种应用前景宽广的移动通信塔。2三管塔的技术特点三管塔是以三根钢管为主柱，彼此间用横膈及腹杆相互连接而成 的正三角形空间桁架结构（见图 1）。 一般情况下，对塔桅这种高耸结构 而言，横向荷载起主要控制作用。2.1 结构效能高三管塔的主柱为圆形截 面， 钢管的风荷载体型系数为角钢的 0.6 0.8 倍，且具有惯性矩 大、各向同性的特 点，无需设置太多 图1三管塔入场通道和周边环境要求不高，能够广泛适用于城郊和农村等地市相对开阔，覆盖距离较远的区域。由于 其根开较小，拓展了利用狭小场地的能力，大大降低 了选址难度。2.5 外形美观三管塔通常采用较小斜率的塔柱形式，从上至下 光滑连续，腹杆采用角钢或钢管，整体外观简洁挺拔， 比较美观。的影响。风荷载是三管塔计算时的主要荷载，作用在单位 面积上的风荷载按如下公式计算 ：WK=ZSZW0， 其中杆件的体形系数 S 应根据钢管直径的大小来确 定，约为角钢的 0.6 0.8 倍，其它系数按建筑结 构荷载规范规定采用。3.2.2 计算模型三管塔的计算模型采用整体空间桁架结构形式， 因塔柱截面较大，且构造上是连续的，计算时弦杆宜 按刚接，并按压弯构件验算其强度及稳定。采用这种 模式计算，塔体变形比铰接桁架形式小，同时小根开 三管塔的变形比较大，这样设计计算将更为经济，也 与实际更吻合。横杆及腹杆由于刚度较小，可按铰接 连接，对计算结果影响不大，按轴压构件验算其强度 及稳定。3.2.3 内力分析我们一般采用 3D3S 软件计算分析，通过与 SAP、 GTSTRUDL 等有限元通用计算软件比较，计算结果 都较为接近。三管塔计算需分别考虑图 2 所示的三种 风向工况考虑，第一种风向工况验算塔体的竖向扭转 变形，第二种风向工况决定最大的基础压力及塔柱截 面，当塔上悬挂微波天线时，应按第三种风向工况决 定最大的基础拔力及塔体变形。3三管塔设计概述3.1结构构造及选材经计算分析，一般底部根开（边宽）取塔高的1/10 1/15 左右较为经济，实际工程中应结合塔架变形、受力及经济指标等因素综合考虑。结构设计时 通常塔顶变形不起控制作用，塔架主要由强度控制， 能充分发挥钢管的承载力，因而最经济合理。在风压 及高度较大的情况下，底下塔段边宽可适当加大，以 满足变形要求，同时也优化了塔柱受力。三管塔塔柱一般采用 Q235 直缝卷焊（埋弧焊或 高频电阻焊）钢管或无缝钢管，塔柱外径下大上小， 同时通过调整钢管壁厚来适应受力曲线。塔柱间采用 法兰连接，选用 8.8 级普通高强螺栓。腹杆宜采用刚 性斜杆，由于截面宽度较窄，可采用单斜杆形式，横 杆及斜杆与塔柱一般采用节点板连接，能节省材料和 方便施工。3.2 塔身设计3.2.1 荷载计算 三管塔的荷载主要有恒载、风荷载、地震作用等。 由于三管塔属柔性结构，其自重轻，结构自振周期较长，在地震烈度为八度的情况下，地震作用远小 于风荷载，不起控制作用，可不考虑其影响。因此， 结构计算只需考虑自重荷载与风荷载的组合。三管塔的恒载包括塔身自重及天线、馈线等工艺 设备的重量，因平台上活荷载较小，为了计算方便，可把平台活载与恒载一起计算，对计算结果不会有大图2三种风向工况考虑3.2.4 基础设计在风荷载的作用下，三管塔塔柱分别出现压力及 拔力，由于根开小，底段塔柱的压力及拔力比较大， 采用单塔柱单基础的作法比较困难，也不经济，因此 三管塔宜采用整体联合基础来抵抗塔底的水平力及弯 矩。三管塔基础宜采用带大承台的单桩基础，设计时化铁塔工程”工程规模为基站铁塔 612 座。通过信息交流和收集，山西移动 2006 年应用铁 塔与我院设计的标准化三管塔钢材用量对比见表 2。显而易见，采用标准化三管塔，每座塔身平均节约钢材 4t 以上，该期工程最少可节约钢材 2448t。目前，国内移动通信常用的铁塔形式主要有 ：角钢塔、单管塔、三管塔和拉线塔，这四种形式的塔各 有特点，为了直观反映它们的性能参数，表 1 列出了 三管塔与其他两种自立通信塔的比较。表1三管塔与其他常用通信塔性能参数比较角钢塔独管塔三管塔三管塔比较优势塔结构型式正四边形桁架独立钢管正三角形桁架正三角形桁架，节省钢材，自重轻主柱材料角钢折板机折弯钢管高强无缝钢管钢管强度高，风荷载系数小，抗风能力强主柱连接方式拼接连接内法兰连接或插接连接外法兰连接法兰盘连接螺栓受拉力，结构强度高螺栓受力剪力拉力拉力螺栓受拉力时不易损坏塔根开大（4 10m）小（1 2m）较小（1.5 3.5m）根开小，占地少，易于选址安装设备不需要吊车运输和安装需要吊车不需要吊车安装不需要吊车对选址影响小，安装费用低基础形式四角独立基础刚性短桩基础三角独立基础三角形基础所需土地少基础造价高较高低基础造价低维护成本高低低受拉螺栓强度高，不易损坏，维护成本低抗风载能力刚性结构，变形小，抗风灾能力较弱不易倒塌柔性结构，变形大但不宜倒塌抗风载能力较强综合造价较高高较低节约综合投资成本性 ：(1) 在风压大于 0.65kN/m2 区域，塔高超出 50m时，为满足变形要求，需要加大塔柱及斜杆截面，同 时基础费用也会增大，经济效果一般 ；(2) 三管塔在风 荷载作用下塔柱的压力、拔力较大，加之三角形断面， 不适合建在楼顶上 ；(3) 三管塔属于柔性结构，塔体刚 性较弱，不适合安装直径超出 1.8m 的微波设备。因此， 三管塔的选用要因地制宜，考虑工程实际，才能做到 扬长避短，使三管塔的性能充分发挥。表2山西移动2006年角钢塔、四管塔与标准化三管塔的用钢量比较6结束语近年来，欧美等发达国家的通信塔大部分都在采用钢管塔。随着各地环境美化的需要和农村城市化进 程的推进，通信铁塔作为公共建筑，必然要向经济实 用、造型美观、多样化等方向发展。三管塔不仅经济 上比较合理，而且结构造型美观，符合国家“节能减排” 的基本国策，是未来移动通信塔的较佳选择。但是，三管塔在实际应用中自身还存在一些局限参考文献1 中华人民共和国国家标准, 建筑结构荷载规范(GB50009-2001). 北京：中国建筑工业出版社，20062 中华人民共和国国家标准, 高耸结构设计规范(GB501352006). 北京：中国计划出版社，20073 沈之容主编. 钢结构通信塔设计与施工. 北京：机械工业出版 社，20064 王肇民，马人乐. 塔式结构. 北京：科学出版社，2004( 收稿日期 ：2008 年 10 月 24 日 )Application and Analysis of the Mobile Communication Three-pipe TowerLiu Hong(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080)AbstractThis paper analysis the techniques and performance of the mobile communication three-pipe tower,it helps designers understand its principles and methods comprehensively, and apply this theory to practical project more effectively.Keywordsthree-pipe tower, angle-steel tower, mobile communicationNews北京移动三大品牌今日起可携号自由互转近日，北京移动客服热线10086证实，从现在起，北京移动“全球通”、“动感地带”和“神州行”三大品牌，将完全实现携号自由互转。 用户品牌互转的含义就是，用户如果对现有的品牌不满意，可申请其它品牌，申请成功后将享受其它品牌的资费套餐，相比而言，动感地带短信方面较优惠；而神州行因为没有月租费