通信铁塔钢结构设计优化 邓羽尘

发表时间:2021/7/8   来源:《基层建设》2021年第12期   作者:邓羽尘
[导读] 近年来,经济飞速发展,以往,各个运营商的通信铁塔大部分为一家使用,仅有很少一部分为两家或三家共享。

        通信铁塔钢结构设计优化
        邓羽尘
        武汉兴智联科技服务有限责任公司  湖北省武汉市  430000
        摘要:近年来,经济飞速发展,以往,各个运营商的通信铁塔大部分为一家使用,仅有很少一部分为两家或三家共享。目前,随着铁塔公司在全国范围内相继进入接收运营商存量铁塔的时期,如何盘活存量铁塔资源,使大部分存量铁塔能够满足两家甚至三家共享,以达到提高共享能力、资源使用效益最大化将成为铁塔公司面临的重要问题。如何解决铁塔公司面临的这一难题,设计院在其中扮演着重要的角色。存量钢结构通信铁塔否可以共享以及共享的程度,应由设计单位对现有铁塔的塔身、基础进行复核评估后综合确定。如何进行合理的改造设计,设计的原则及技术措施怎么综合把控,本文就此问题进行简要讨论。
        关键词:通信铁塔;钢结构;设计优化


        引言
        通信铁塔是通信信号发射和接收的主要载体,是移动通信完成信号覆盖的基础设施,是移动通信网络中一个必不可少的组成部分。20世纪70年代美国Duke教授提出生命线(Lifeline)的概念之后,我国也已把通信系统列入生命线工程之列。通信铁塔构成了通信系统的神经网络,其结构在正常使用状况及在地震、强风等自然灾害发生时的安全性不仅直接关系着通信质量的好坏,而且还关系着其周围建筑、人员及其他财产的安全。
        1改造基本原则与步骤
        铁塔改造前应先明确其实际运行状况,然后通过深入分析,确定规范合理的步骤,在满足安全性要求的基础上实现资源共享。
        1.1改造基本原则
        (1)安全性原则,在新增天线或平台荷载后,应保证原结构满足承载能力的要求。
        (2)適用性原则,铁塔改造后应具备良好使用功能,保证不同运营商之间的设备不会互相干扰,且能满足通信网络覆盖的基本要求。
        (3)耐久性原则,要求在存量铁塔设计使用年限内必须保证其正常使用功能及耐久性能。
        (4)经济性原则,具体的改造方案需要充分考虑经济合理性与可操作性,适当降低工程的建设成本。
        (5)灵活性原则,所有改造方案必须是在因地制宜前提下制定的,并根据实际情况作灵活调整,满足后续维护与扩容等实际要求。
        1.2改造步骤
        第一步,对铁塔近期需要增设的挂载进行核实,确定需求量。
        第二步,广泛搜集相关资料,如铁塔塔身基本资料、基础资料与地质勘察报告。
        第三步,到现场对铁塔实际情况进行勘察,确定实际的使用情况与基站要求。
        第四步,委托具有相应检测资质的机构进行现场检测,并对铁塔性能做综合评估。
        第五步,由专业技术人员对收集到的资料进行铁塔分析和计算,确定适宜的改造方案。
        第六步,委托有资质的施工单位严格按照上一步制定的方案进行施工,并在施工中进行检查验收。
        2通信铁塔质量检测分类与检测方法选择
        目前,通信铁塔质量检测主要有四种类型。第一种是新建通信铁塔产品质量的到货检测;第二种是通信铁塔竣工验收检测;第三种是既有通信铁塔质量检测及安全性评估鉴定;第四种是既有通信铁塔共享改造检测。通信塔结构性能检测方法主要有三种。一是对铁塔结构的材料力学性能、化学性能、几何尺寸、外观质量和涂层厚度等进行的检测,由于这些检测指标只涉及结构构件的静态性能。


因此,将以上检测方法统称为静力检测方法;二是结构动力特性检测方法;三是数值仿真计算方法。以上三种方法在目前铁塔检测中的应用如表1所示。从表1中可以看出,目前在各种铁塔结构检测中均未进行结构动力特性检测。通信塔结构到货检测是铁塔组装前的零部件级的产品质量控制环节。在此过程中选择结构静力检测法中相应的检测项目对产品进行检测,可以对原材料质量、零部件的加工质量,焊接及防腐等产品质量进行监督检查。对设计要求和供货质量要求进行初步控制,可以有效地防止以次充好、偷工减料等问题的发生。通信塔结构竣工验收检测是铁塔完成安装,交付使用时的质量控制环节。此过程中除需要对结构静力检测法中相应的检测项目进行抽查外,应重点对通信塔结构的安装质量及结构的整体性能进行测评。在基于零部件级的到货质量检测的基础上,完成铁塔产品结构级的质量检测。通过实测安装后的铁塔结构的动力特性,不仅可以对铁塔设计方案进行校验,而且能以实测数据为基础,建立与实际铁塔结构更为相近的计算模型并验算其承载能力、抗风性能等。综合以上实测与分析计算结果,完成铁塔交付使用前的质量监督评测,并将铁塔检测的基础数据记录存档,为今后的使用维护、质量安全评估鉴定及改造提供参考依据。通信塔在使用服役期间,如遇地震、强风、冰雪等自然灾害,或由于共享需求要对结构进行改造时,或其他原因需要对通信塔结构的性能进行测评时,进行结构现场测试及模型数值计算分析是必要的。但目前的检测评估报告中,现场测试只进行静力检测项目的测试,并且现场测试数据并没有用于辅助结构计算分析,计算分析模型是基于设计图纸所建立的,不能准确反映实际铁塔的性能,现场实测与计算分析相互脱离,由于该方法存在局限性,使得实测数据不能充分发挥其校验与修正计算模型的作用,导致计算分析结果与实际存在偏差,可能产生错误的评估结果。
        3通信钢结构铁塔改造设计的技术措施
        结合目前钢结构通信铁塔的现状,改造设计主要从两个方面考虑:提高钢构件和基础的承载力、减小风荷载的作用。
        3.1提高钢构件和基础的承载力
        ①单管塔、美化塔等铁塔一般是位移控制,而应力未到达设计强度值,故可以放宽铁塔的位移要求,提高构件的应力,使之能够较多的承载。②将原结构构件更换为高规格、高强度的材料。目前便于更换的构件主要有三管塔、角钢塔的横材与斜材。③提高节点处螺栓的承载能力,可以采用高规格的高强螺栓进行替换。④增设辅助构件,减小主要构件的长细比,加大构件的稳定承载能力。⑤可以通过增加基础配重方式来提高三管塔、角钢塔基础的抗拔承载力和各塔型整板基础的抗倾覆承载力;同时,通过提高桩基周边土体固结的方式来达到提高单管塔、美化塔单桩基础的抗倾覆承载力和减小其桩顶变形的效果。
        3.2减小风荷载的作用
        根据风荷载计算公式及结构整理内力计算原理,可以通过减小挂载的迎风面积、减小构件的体形系数、减小结构的风振系数、减小基本分压取值、减小荷载的作用点高度的方法来达到减小构件所受内力、减小结构对基础作用力的目的。
        3.2.1减小挂载的迎风面积
        减小天线的迎风面积。如更换天线为小天线,合路天线,宽频天线等,从而达到使天线数量或单个天线迎风面积减小。减小平台的迎风面积。如拆除原平台改为支架、减小平台大小等。减小爬梯的迎风面积。如拆除原爬梯改为主材上连接爬钉或拆除原爬梯护笼,并辅以防坠落装置。减小外露馈线的迎风面积。如馈线多层叠放、馈线穿入分段圆截面材料、馈线固定于角钢主材腹内等。
        3.2.2减小构件的体型系数
        前提是改造后的构件迎风面积与体型系数的乘积减小。对于三管塔、角钢塔等的角钢构件,可以采用外包圆形材料;对于单管塔、美化塔等多边形截面管身,可以外贴材料使截面变成圆形。
        3.2.3减小结构的风振系数
        决定风振系数系数大小的参数是周期,而与周期相关的是结构质量与刚度,欲减小风振系数,则应减小结构质量或增加结构的刚度。由于平台的质量较大,且位于塔身的顶部,对周期的影响较大。特别是单管塔、美化塔等,可以通过拆除原平台改成支架或拆除平台护栏的方式来减小平台的质量,从而减小结构的自振周期,到达减小风振系数的目的。增加结构的刚度,可以通过如加设拉线或支撑、加大主要构件的截面、设置适度张紧的拉杆或卡索等方式来实现。
        结语
        要将实测数据运用到数值模型计算中,充分利用结构动力特性测试的结果,使数值模型计算、验算的结果更加准确的反映实际铁塔结构的性能,充分发挥实测数据辅助、修正计算的作用,使通信铁塔结构性能检测与评估结果更加科学合理。

        参考文献:
        [1]李晓亮,孙国良,黄维学,等.浅析通信铁塔的安全性及其安全性评估方法[J].数据通信,2013(5):32-34.

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