江苏基久网络科技有限公司南京分公司 江苏南京 210019
摘要：在5G大规模建设发展时期，为了加快建设进度并降低建设投资，我们将路灯灯杆作为载体挂载5G天线，本文介绍了现场勘察时如何进行数据收集和后期的承载力评估复核。
关键词：5G天线；挂载；共享；路灯灯杆；评估；复核
引言
目前，我国正处于5G大规模建设发展时期，原有通信铁塔数量已经无法满足5G商用全覆盖的要求，特别是一、二线大城市的商业区和密集公共场所的信号保障。与此同时为了加快5G信号的全覆盖，降低建设成本以及有力推进人工智能、无人驾驶、物联网等功能的普及使用。在基站建设中，我们不得不使用更多的社会公共资源来辅助进行5G基站的建设。本文主要探究在利用现有路灯灯杆塔时特别是杆塔承重复核时的方法。
一、江苏省目前5G建设的情况及遇到的问题
2019年6月6日，工信部发放了5G商用牌照，我国5G启航，各省市都在加紧5G基站建设，或出台方案，或已初显成效。据工信部介绍，目前全国已经开通5G基站11.3万个，预计到年底将达到13万个，5G套餐签约用户已有87万个，5G发展势头良好。
9月3日上午，在第七届江苏互联网大会上，江苏省通信管理局局长袁瑞青发布江苏省互联网和5G发展情况，展示亮眼“成绩单”。
今年，江苏各市编制了《5G基础设施空间布局规划》，在城市总体规划框架内统筹合理布局铁塔、基站、管线、局房及配套设施。
全省各企业开展了多项国家级5G网络试点工程，主要有在南京的工信部国家重大专项《5G产品研发规模试验工程》、在苏州的《5G规模组网建设及应用示范工程》等。截至9月中旬，江苏全省已建有5G基站5000多个，南京、苏州、无锡成为全国5G试点城市，全省86个5G项目签约，未来将围绕工业互联网、车联网、医疗健康等10个领域展开5G应用。计划2019年底，全省5G基站数将达到10800个，2020年底将达到55000个。
为了满足5G基站在今后人工智能、自动驾驶和物联网使用时的信号全覆盖要求。原有4G基站建设时期新建的各类通信铁塔和楼顶基站数量远远不够5G信号全覆盖的要求，因此5G基站还需要新增很多新的通信铁塔。但是随着国家提出“建设节约型社会”和发展“共享经济”的号召，政府对城市规划与日俱增的要求，居民对生活环境的要求也越来越高。大规模、大范围的新建通信铁塔已经成为过去式。如何在有限的时间，保质保量的完成5G基站全覆盖的建设任务，稳定保障后期无人驾驶、人工智能和物联网的大规模商业应用成为了我们5G基站规划设计人员和建设人员目前最大的问题。
二、为什么选择路灯灯杆作为载体
路灯杆，顾名思义，就是安装路灯的杆件，称为灯杆，按照杆身材质可分为：铁质路灯杆，不锈钢路灯杆，铝合金路灯杆。我国的情况是绝大部分还是以铁制路灯杆为主。按照使用用途可分为：高杆路灯、中杆路灯、道路灯、监控杆、景观灯等。5G基站的设计间距要求一般在100-200米，而城市路灯杆间距一般为30-35米，高度普遍大于5米。而且我国一般城市道路沿线都有路灯进行照明全覆盖，因此路灯灯杆能成为5G基站的良好载体。据25日南京市城管局召开的新闻发布会上获悉，截止到2019年12月25日南京今年基于路灯灯杆设施架设了150座5G基站，位居全国前列。南京江东路沿线、夫子庙景区等依靠路灯杆部署的5G基站，已经可以为广大市民提供良好的网络体验。经过一段时间对比发现，5G建设中共享使用路灯灯杆作为载体的方案，不但加快了基站建设进度，同时大幅度降低了投资成本，提高了社会杆塔资源的使用效能。
三、如何选择符合要求的路灯灯杆
1、初步勘察筛选要求
在第一次现场初步踏勘时，应该选择无较大树木和障碍物遮挡的路灯灯杆，并且所选的灯杆杆身无明显倾斜、变形和锈蚀。灯杆基础良好，无明显的不均匀沉降，地面无空洞和塌陷。地脚螺栓和杆身连接处牢固，螺母按要求安装，肋脚板和法兰盘焊接处链接可靠。
2、现场灯杆数据收集要求
在现场需要收集路灯杆杆身的高度、形体类型、插接形式，灯盘的形式，数量、挂高。杆身铭牌，杆身材料壁厚。地脚螺栓的规格尺寸、数量，螺母的数量。底部直径、周长，1米处的直径和周长。杆身其他荷载的规格形式和数量，如喇叭、广告牌，信号灯等。
3、其他数据收集要求
到相关管理和参建单位调取所涉及共享使用的路灯灯杆的建设资料。包含建设前期地质勘察资料、路灯灯杆杆身结构设计资料、路灯灯杆配套基础施工图等。
四、数据整理和计算校核
下面我们以南京市某某区某某东路的18m中杆路灯为案例进行说明，因为无法对杆身底部包封处进行拆除测量，本次复核计算仅对杆身的内力和位移情况进行计算。该灯杆为2段插接型，杆体截面为圆形，第一段长10米，板材厚8mm，第二段长8米，板材厚6mm，顶径：230mm，底径：480mm，材质为Q235B。
.png)
图一 18m灯杆立面图
1、将收集到的现场资料和建设资料进行整理输入
1.1将杆体进行分段然后输入各段长度和杆身壁厚
.png)
表一 塔身分段计算表
1.2杆体参数设置
.png)
表二 计算环境参数设置表
1.2.1弹性模量的取值范围（根据灯杆杆身材料进行相应选择）
.png)
表三 弹性模量的取值范围表
1.2.2地面粗糙类别选择（根据灯杆所处环境进行相应选择）
.png)
1.2.3基本风压选择（根据灯杆所处区域风压标准值进行相应选择）
根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012中的全国基本风压及雪压基本值表中我们可以查到南京市的基本风压值。
.png)
我们按照50年一遇风压取值，但是考虑到路灯灯杆工作的环境一般在街道两侧或者中央，容易受到穿堂风的影响，故在本次计算中取风压值为0.45KN/㎡。
1.2.4粗糙度修正（根据灯杆杆身情况输入数值）
我们选择的案例中的灯杆杆身施工工艺良好，表面进行了油漆防腐防锈蚀处理，所以此处我们的输入值为0。
1.2.5周期（根据灯杆杆身高度计算输入数值）
按照经验算法，一般为杆身长度H*0.0174*3，本案例的18米路灯灯杆的周期计算为0.94S。
1.2.6顶部直径和底部直径（根据灯杆杆身情况输入数值）
按照现场实测值进行放样绘图得到的数据或者调取的杆身设计资料进行填写。
1.2.7圆截面形式及体系系数（根据灯杆杆身截面形式选择输入数值）
.png)
1.2.8地脚离开地面高度（根据现场实际情况输入数值）
如果地脚螺栓已经进行了全部包封，那么地脚离开地面就输入数值0。如果地脚螺栓没有进行包封，那么对现场测量的各个地脚螺栓离地距离求和后再除以螺栓数量得到算数平均值进行输入。
1.2.9总的高度（根据灯杆杆身数据输入数值）
一般来说，灯杆杆身都有统一的规格要求，我们可以填入调取的杆身设计资料的数据，也可以填写现场用测高仪测量的数据。
1.3杆体上各挂载平台参数设置
.png)
平台一，为灯杆杆身顶部安装的长度为1m的避雷针，挂高为18m，侧面积为0.2㎡。
平台二，为灯杆杆身顶端处安装的悬挑杆件和路灯，挂高为17m，侧投影面积约为1.5㎡。
平台三，为本次拟在灯杆杆身11m处新增抱杆，安装2个5GAAU天线，天线尺寸为795mm*395mm*195mm。所有杆件侧投影面积约为0.7㎡。
.png)
.png)
表中风压高度变化系数μz可以按GB 50009-2012建筑结构荷载中的第8.2.1条的条文说明中的公式进行计算：
A类地貌：μz=1.284*（z/10）^0.24 B类地貌：μz=1.000*（z/10）^0.30
C类地貌：μz=0.544*（z/10）^0.44 D类地貌：μz=0.262*（z/10）^0.60
表中体型系数μs的取值可按照灯杆杆身各挂载形状进行查取。
表中塔身相应风振系数βz可按照公式βz=１＋φｚ ξυ/μｚ
式中 φｚ——振型系数，可由结构动力计算确定，计算时可仅考虑受力方向基本振型的影响；对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，也可近似采用振型计算点距路灯杆底部法兰盘高度ｚ与路灯灯杆高度Ｈ的比值；
1.4杆体挂载天线后的风压计算
所有数据填入完成后进行计算，计算中将整个杆身身分为100等高塔段单元，采用有限单元法计算杆体的强度和位移。（仅截取部分数据）
1.4.1杆身内力和位移图
.png)
1.4.2拟将安装天线处的灯杆杆体受力数据
.png)
五、计算结论
1、在风荷载标准组合作用下塔脚力如下
弯矩标准值： 102.49 kN×M
剪力标准值： 8.07 kN
分项系数： 1.5
剪力设计值： 12.11 kN
弯矩设计值： 153.74kN×M
2、杆身的强度计算
杆身最大应力：74.1MPa×1.5=111.15MPa；
Q235B的力学指标：
.png)
设计强度为215Mpa
杆身各段应力比从上至下分别为：0.97，0.63
杆身最大应力比：0.97 < 1；
依据“《钢结构单管通信塔技术规程》（CECS236：2008）：3.03”，满足安全使用要求。
3、管身的位移计算
塔顶位移：风荷标准组合下：18000mm/235mm=76.60（塔高和位移比）。铁塔刚度满足“移动通信工程钢塔桅结构设计规范（征求意见稿）”中第3.1.10条的规定。
六、结束语
在通信技术飞速发展的今天，如何利用现有的资源，发挥共享经济的优势，并保质保量快速的完成基站的全覆盖建设，是我们杆塔结构设计人员面临的新问题。针对目前共享路灯灯杆挂载5G天线的试点和局部使用，我们已经开始核算和更深的研究工作。通过对关键指标进行核算对比，分析方案的可行性和优化意见，加快5G全覆盖的建设速度。后期我们还会结合安装使用期间发现的实际问题，提高核算精度和效率，并将成熟的核算方法和经验拓展到更多的社会杆塔共享使用安装通信天线的计算和设计工作中。为全国5G建设贡献自己的绵薄之力。
参考文献：
[1]GB50068-2018.建筑结构可靠性设计统一标准.北京.中国建筑工业出版社.2018
[2]GB50009-2012.建筑结构荷载规范.北京.中国建筑工业出版社.2012
[3]GB50011-2010.建筑抗震设计规范.北京.中国建筑工业出版社.2016
[4]GB50017-2017.钢结构设计标准.北京.中国建筑工业出版社.2017
[5]CECS236：2008.钢结构单管通信塔技术规程.北京.中国计划出版社.2008
[6]YD/T 5131-2005.移动通信工程钢塔桅结构设计规范.北京.北京邮电大学出版社.2006
[7]GB50135-2019.高耸结构设计规范.北京.中国计划出版社.2019
[8]YD5098-2005.通信局（站）防雷与接地工程设计规范.北京.北京邮电大学出版社.2006