一體化基站幾個問題的探討

■付舉宏，邱 暉，于欣永 ■中廣電廣播電影電視設計研究所，北京 100045

1 引言

隨著通信產業的迅速發展，作為天線支撐物的鐵塔出現了很多新形式，一體化基站隨之產生，這很大程度上是因為征地困難造成的，同時一體化基站又具有施工工期短、造價成本低、可搬運并重復利用等眾多優勢，因此其應用地域越來越廣，規模越來越大。

作為一款結構新穎的產品，其結構形式不同于傳統的鋼塔桅結構。目前國內還沒有明確的指導其設計的規范，各設計單位大多是根據工程特點以及甲方的技術要求來定義基本的設計參數，并無統一的標準。這往往造成設計人員的困惑，因此確定一個合理的指標是很必要的，筆者認為相比于傳統的鋼塔桅結構，一體化基站設計中的兩個核心問題就是設計使用年限的確定以及計算模型的簡化。

2 不同設計使用年限的影響

為了便于運輸和快速安裝，一體化基站往往都采用預制式基礎，而且一體化基站通常直接安置于地面上，這些特點決定了一體化基站不同于傳統的永久性構筑物，可以理解為其屬于介于臨時構筑物和永久構筑物之間的半永久構筑物，確定合理的設計使用年限直接影響到計算時所施加的荷載，對工程造價有較大影響。

我國規范《工程結構可靠性設計統一標準》GB50153－2008中對房屋建筑、鐵路橋涵、公路橋涵以及港口工程等四大類結構的設計使用年限給予規定，對于通信塔并無明確規定，傳統的永久性通信塔都是參照普通房屋和構筑物按照50年設計使用年限考慮。其中，房屋建筑的設計使用年限見表1。

表1 房屋建筑的設計使用年限

確定合理的設計使用年限要結合一體化基站的使用背景，截止目前來看，通常一體化基站在下面情況下會被應用:

(1)大型集會、搶險救災等需要應急通信的場合［1］。(2)根據市場要求需搶占先機快速建站的場合［1］。(3)解決大型施工場地施工期間的通信問題［1］。(4)征地困難，租期較短。

基于一體化基站的實際應用情況，筆者認為設計使用年限不宜定的過高，10年是較合理的指標，還有一個重要原因是《建筑結構荷載規范》GB50009－2012給出了作為結構控制荷載的風荷載的基本風壓的10年統計值，其他設計使用年限的風荷載只能通過換算近似得到。

3 計算模型的影響

傳統的結構計算，無論是建筑物還是構筑物，都是分上部結構計算和基礎計算兩部分進行。這主要是因為大地相對于上部結構而言剛度足夠大，將大地作為上部結構的嵌固端是合理的。而一體化基站有其特殊性，沒有傳統意義上的基礎，其預制基礎只是作為配重塊存在，因此地基與預制基礎間只傳遞壓力，不傳遞拉力。在預制基礎受風荷載局部脫開的情況下，如果只是簡單地將上部結構的約束情況設置為固支或鉸支于地面是不合理的。

建模時應該將一體化基站的上部結構和預制基礎建在一起，大地與預制基礎間的支撐設置采用只受壓彈簧或者GAP單元來模擬。

4 某一實際工程結果對比

基本條件:某地區35米一體化基站，塔身采用獨管塔，預制基礎為8塊條形混凝土配重塊，50年一遇基本風壓0.65kN/m2，該地區對應的10年一遇基本風壓0.55kN/m2。

4.1 整體建模和上部結構獨立建模對比

整體建模時，地基與預制基礎間的連接假設為限制水平移動，豎向采用只受壓彈簧模擬，彈簧剛度的確定通過下面的方法進行，首先求出結構的準永久荷載，在此準永久荷載作用下，按照基礎沉降計算的方法求出位移，此準永久荷載除以位移就得到了模型所需的彈簧剛度。為了比對不同壓縮模量對于一體化基站的影響，分別考慮壓縮模量為5Mpa和30Mpa兩種情況，對應的該塔形的彈簧剛度分別為30000kN/m和200000kN/m。

考慮到只受壓彈簧的特點，常規的線性分析很難收斂，因此計算時要進行非線性分析。一體化基站的主體結構是塔體，對于塔體采用獨管塔形式而言，控制指標是塔頂位移。因此此次只比對塔頂位移的差異。計算結果見表2。

表2 不同模型的塔頂位移

4.2 不同重現期的對比

《建筑結構荷載規范》規定，風荷載應取重現期為設計使用年限，因此當設計使用年限取為10年時，其風荷載基本風壓取值應對應10年重現期。取壓縮模量為5Mpa的整體模型進行分析，對比不同設計使用年限對應的計算結果，見表3。

表3 不同設計使用年限的塔頂位移

從計算結果來看，不同模型和不同使用年限下都有著較大差異，如若忽略，可能會影響到結構安全隱患或者造成結構的浪費。

5 結論

一體化基站是新出現的基站形式，其設計理念來自以前的車載式移動通信基站，一體化基站繼承了車載式移動基站的可移動、安裝快捷的特點，同時又大大降低了造價，因此其有著廣闊的應用空間。

目前國內對一體化基站結構計算并無指導性的規范，不同的設計參數和模型的假定對計算結果有顯著的影響。本文通過對結構主要控制指標塔頂位移的對比，來說明不同設計使用年限以及不同模型對計算結果的差異。建議采用更能真實模擬實際情況的整體模型進行結構分析。綜合一體化基站的使用背景，建議設計使用年限取為10年。

［1］趙超，陸威，分布式、快裝式、室外一體化等新型基站應用場景研究《信息通信》.2012年6期.