天津市電臺高層建筑樓頂鋼旗桿結構設計與施工

王 暉 王秀泉

(1.天津住宅集團建設工程總承包有限公司，天津 300070； 2.天津大學建筑工程學院，天津 300072)

天津市電臺高層建筑樓頂鋼旗桿結構設計與施工

王 暉1王秀泉2

(1.天津住宅集團建設工程總承包有限公司，天津 300070； 2.天津大學建筑工程學院，天津 300072)

以天津市電臺數字廣播大廈樓頂鋼旗桿結構為研究對象，考慮結構自重、風荷載、安裝荷載、覆冰荷載、橫向風振等因素，采用Midas/Gen進行結構分析與設計，為保證結構安全可靠，并針對高層建筑樓頂施工的特點，提出鋼旗桿分段吊裝、整體提升的施工方案。

鋼旗桿，樓頂高聳結構，結構設計，施工方案

0 引言

廣播電視、通訊、電力等單位的高層建筑頂部常設置高聳的旗桿結構，兼有發射天線、避雷針、航標燈、裝飾等功能。由于旗桿結構位置及結構布置的特殊性，其設計與施工均不同于普通結構。設計中除應考慮風荷載、覆冰荷載等特殊荷載，還應考慮可能的橫向風振。同時，旗桿結構位于高層建筑頂部，受場地條件的限制，制作精度要求高、安裝難度大，需要根據具體情況制定施工方案。

1 工程概況

天津市電臺數字廣播大廈樓頂鋼旗桿，全長42 m，底部有13 m嵌固于主體結構中，頂部標高為151.68 m。旗桿結構由變截面圓鋼管構成，鋼管截面從下至上依次為：φ800×24，φ650×18，φ500×12，材料為不銹鋼0Cr18Ni9Ti，屈服強度205 kN/mm2，近似按Q235鋼取抗力分項系數，計算得到設計強度為187 kN/mm2。采用結構設計軟件Midas/Gen建立旗桿鋼結構設計模型，如圖1所示。構件全部采用梁單元，節點1施加三向鉸接約束，節點2，3施加水平雙向鉸接約束。

2 結構設計

2.1 荷載取值

1)結構自重：設計軟件自動計算結構自重；2)風荷載：基本風壓0.55 kN/m2，風壓高度變化系數按150 m高、C類地面粗糙度取2.03，風振系數取2.0，體型系數取1.2；3)覆冰荷載：結構位于天津地區，取覆冰厚度，b=10 mm，α2=2.2，ql1=0.024 2 kN/m，ql2=0.024 7 kN/m，ql3=0.025 1 kN/m；4)檢修荷載：取0.5 kN/m；5)地震作用：抗震設防烈度7度，0.15g，Ⅲ類場地。根據GB 50135-2006高聳結構設計規范[2]第4.4.3條，小于9度的鋼桅桿，可不進行抗震驗算。

2.2 荷載組合

根據GB 50135-2006高聳結構設計規范表3.0.6-2，檢修荷載、覆冰荷載不同時考慮，又因為檢修荷載作用大于覆冰荷載作用，因此組合中只考慮自重、風荷載、檢修荷載的組合。

1)1.2×自重+1.4×風荷載+1.4×檢修荷載。2)1.35×自重+1.4×0.6×風荷載+1.4×檢修荷載。3)1.0×自重+1.0×風荷載+1.0×檢修荷載。

2.3 計算結果

1)約束反力：最不利的狀態下，1號節點Fy=38.1 kN，Fz=207.3 kN，2號節點Fy=135.5 kN，3號節點Fy=153.5 kN。2)位移：正常使用極限狀態下，頂端6節點位移為185 mm

雷諾數Re=69 000vd=69 000×58.1×0.3=1.2×106。

3×105≤Re<3.5×106，發生超臨界范圍的共振，可不做處理。

3 施工方案

3.1 整體思路

利用現有QTZ250型塔吊為垂直運輸設備，將旗桿分段運輸至數字廣播大廈主樓內鋼旗桿設計位置下方(標高82.975 m～125.355 m)，在主體結構內將旗桿鋼結構依次連接成為整體，然后利用吊鏈整體提升至151.68 m設計標高位置。

3.2 鋼構件制作

鋼旗桿長42.38 m，受塔吊起重量限制，旗桿鋼結構需分段制作，如圖2所示，旗桿變截面處使用八塊肋板進行加強，并使用4 mm厚不銹鋼薄板密封肋板實現旗桿平滑過渡。

3.3 鋼旗桿分段吊裝

首先吊裝第一節旗桿至82.975 m標高位置，然后將其與柱腳連接節點進行臨時固定，并調整其垂直度和標高。按分節順序依次吊裝其余各分節旗桿，并與下節旗桿進行臨時固定，同時調整其垂直度和標高，每節旗桿垂直度及標高調整完成后才能進行下一節旗桿吊裝作業，吊裝完成后鋼旗桿位置如圖2所示。

3.4 鋼旗桿對接拼接

各節鋼旗桿之間采用對接焊縫焊接連接，單面坡口，鋼管內設置400 mm長襯管，焊縫質量等級為二級。焊接前采用安裝螺栓定位，然后焊接水平對接焊縫，焊接完成后拆除安裝螺栓，割除螺栓連接板。設置了安裝螺栓連接板的旗桿應在工廠進行預拼裝，確保拼接節點處的加工精度滿足安裝要求，保證旗桿對接拼接方便快捷地完成，同時，設置安裝螺栓連接板還可以減小焊接變形。

3.5 鋼旗桿整體提升

1)鋼旗桿整體提升采用4根10 t吊鏈交替循環進行，首先在主體結構122.67 m標高旗桿位置搭設提升架體，如圖3所示。

2)提升架體安裝完成后，解除鋼旗桿臨時固定措施，然后使用吊鏈1、吊鏈2同步向上提升旗桿9 m。

3)旗桿第一次提升到位后，吊鏈1，2不飛鉤，先將吊鏈3，4栓于架體下方9 m旗桿吊耳上，然后吊鏈3，4同步緩慢提升旗桿，待吊鏈1，2完全松弛內力卸除后再飛鉤，然后繼續提升3，4到達指定標高。然后按相同步驟進行第三次提升，如圖4所示。

4)鋼旗桿提升到設計標高后，吊鏈暫時不飛鉤，進行109.3 m處柱腳節點安裝，柱腳節點(如圖1所示1節點)安裝完成后進行旗桿垂直度及標高調整，旗桿垂直度及標高都達到相關要求后，將旗桿與主體結構進行永久連接(如圖1所示2,3節點)，然后緩慢卸除吊鏈，割除提升吊耳，至此完成鋼旗桿安裝。

3.6 施工注意事項

1)吊裝時，吊機操作應盡量緩慢進行，以減小沖擊力的影響，盡量避免超載和斜吊構件；2)作業面安裝風速儀，禁止在六級風及以上的情況下進行吊裝作業；3)雷雨天氣禁止施工，如遇突發雷雨天氣，施工人員應立即停止作業，進入主體結構避雷區躲避；4)為防止鋼旗桿提升過程中提升架變形引起安全隱患，除對提升架進行承載力驗算外，還應保證提升架的剛度。

4 結語

通過對天津市電臺數字廣播大廈樓頂旗桿鋼結構的設計分析及施工方案制定，得到以下結論：1)旗桿鋼結構最不利應力小于鋼材的設計強度，結構承載力滿足設計要求；2)結構正常使用狀態下最大變形小于規范限值，結構剛度滿足設計要求；3)對由脈動風引起的旗桿橫向風振的驗算表明，旗桿鋼結構發生超臨界狀態共振，可不做處理；4)鋼旗桿的分段吊裝、整體提升的施工方案安全可靠。

[1] GB 50009-2012，建筑結構荷載規范[S].

[2] GB 50135-2006，高聳結構設計規范[S].

[3] Midas I T.Midas/Gen:General Structural Design System for Windows,Online Manual,V.7.1.1(R2)[J].Korea,2006(4)：22.

Design and construction of steel flag pole structure of the high-rise radio building in Tianjin

WANG Hui1WANG Xiu-quan2

(1.TianjinResidentialGroupConstructionEngineeringContractCo.,Ltd,Tianjin300070,China;2.CollegeofBuildingEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)

Taking the steel flag pole structure of Tianjin radio and broadcasting building top as the research target, the paper considers structural self-weight, wind load, installation load, ice load and horizontal wind vibration and other factors, applies Midas/Gen for structural analysis and design, and puts forward section steel flag pole hoisting and overall hoist in light of high-rise building top construction features in order to guarantee the structure safe and reliable.

steel flag pole, top building structure, structural design, construction scheme

1009-6825(2014)15-0037-03

2014-03-14

王 暉(1975- )，男，工程師； 王秀泉(1989- )，男，在讀碩士

TU318

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