通信三管塔的風振系數

龐　博

（中國通信建設集團設計院有限公司第四分公司，河南 鄭州 450000）

通信三管塔的風振系數

龐博

（中國通信建設集團設計院有限公司第四分公司，河南 鄭州 450000）

《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012）在風荷載計算方法上做了較大的修改，風振系數有了顯著的提高，與《高聳結構設計規范》B50135-2006相比，不同規范設計出來的通信塔造價相差10%～20%，值得設計人員深入研究。

三管塔；移動通信；風振系數

通信鐵塔是移動通信系統信號覆蓋建設的基礎設施。由于通信鐵塔的占地尺寸通常要遠小于其高度，因此通常將其作為一種高聳進行設計。通信鐵塔的設計控制荷載通常為水平方向的風荷載和地震荷載。由于鐵塔從材質上屬于鋼結構，其對地震作用的反應相對較小，通常情況下對小于8度的地區可不進行抗震驗算，只采取抗震構造，因此風荷載是鐵塔設計時主要考慮的荷載工況。

按照塔身的構造形式，常用的塔型包括拉線桅桿、單管塔、三管塔和角鋼塔。其中三管塔和角鋼塔由于建設高度較高，常用于野外開闊場地，以獲得較大的信號覆蓋面積。相比于三管塔，角鋼塔的造價更高、施工更復雜、占地面積更大，但其可建設的高度更高，也具有更大的安全儲備，因此更適用于較為惡劣的建設環境中。河南地處0.3～0.45kN/m2的風壓范圍，適合采用經濟性較好的三管塔建設方案，目前三管塔已成為河南地區的新建落地塔的主力塔型。

《建筑結構荷載規范（GB50009-2012）》（以下簡稱2012版荷載規范）與《建筑結構荷載規范（2006年版）（GB50009-2001）》（以下簡稱2006版荷載規范）在風荷載計算方法上做了較大的修改。不僅調整了風壓高度系數，補充完善了風荷載體型系數，還修改了順風向風振系數的計算表達式和計算參數。主要體現為以下兩點：

（1）2012版荷載規范對于梯度風高度范圍內的風壓高度系數取值做了明顯的降低，特別是對于C、D類地貌，降幅超過10%。

（2）2012版荷載規范計算得到的風振系數有了顯著的提高，對于A、B、C、D類場地，分別提高了約24.4%、17.6%、25.1%、26.4%。

《建筑結構荷載規范》GB50009-2012是為了適應建筑結構設計的需要，符合安全適用、經理合理的要求。建筑物主要為提供人類居住功能的人工建造物，需要考慮人居住時的舒適度等問題。《高聳結構設計規范》B50135-2006適用于鋼及鋼筋混凝土高聳結構，包括廣播電視塔、通信塔輸電高塔、煙囪等構筑物的設計。構筑物就是不具備、不包含或不提供人類居住功能的人工建造物，主要考慮設備等功能使用要求。兩本規范考慮因素不一樣，風振系數計算公式不一樣。

表1　

表2　

表3　兩種計算方法地角反力對比表

《建筑結構荷載規范》GB50009-2012中風振系數計算公式為：

《高聳結構設計規范》B50135-2006中風振系數計算公式為：

綜上，《建筑結構荷載規范》GB50009-2012與《高聳結構設計規范》B50135-2006計算結果會不同。

某45m三管塔在其他條件完全相同的情況下，同振系數計算結果見表1。

《建筑結構荷載規范》GB50009-2012與《高聳結構設計規范》B50135-2006垂直作用于高聳結構表面單位計算面積上的風荷載標準值計算公式相同：

式中：

wk──作用在高聳結構z高度處單位投影面積上的風荷載標準值（kN/m2）；

w0，R──對應于重現期為R的風壓代表值，其值應按現行國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009的規定采用；當重現期為50年時，風壓代表值為基本風壓w0，取值不得小于0.35kN/m2；

μz──高度z處的風壓高度變化系數；

μs──風荷載體型系數；

βz──高度z處的風振系數。

注：（1）此處風荷載為順風向風阻。

（2）單位計算面積是指沿高聳結構高度方向分段的當前計算段落的正面擋風面積。

風振系數不同直接導致風荷載差別很大。并且45m三管塔天線、RRU等主要設備（為主要擋風面積）掛高在43.2m～35.1m之間。采用的同濟大學塔桅課題組的三管塔專用軟件MWT3.0按《高聳結構設計規范》B50135-2006計算各項指標完全合格的45m三管塔，用采用《建筑結構荷載規范》GB50009-2012的同濟大學3D3S軟件進行復核時，應力比、位移比、法蘭節點、地腳螺栓等均不滿足規范要求。加大鋼管壁厚、法蘭，斜撐尺寸使計算結果滿足規范要求，最終塔重增加17.87%。

兩種計算方法塔重對比表見表2。

用上述兩種方法計算出的基礎反力也存在較大差別，在風荷載的作用下，三管塔塔柱分別出現壓力及拔力，由于根開小，底段塔柱的壓力及拔力比較大，對于樁基礎，抗拔力為主要控制力，對于筏板基礎，三管塔主要考慮抵抗塔底的水平力及彎矩。《建筑結構荷載規范》比《高聳結構設計規范》增加見表3，基礎作用力增加，對等的地質情況基礎造價也會大幅增加。

綜合風壓高度系數與風振系數的調整，由于高聳結構本身的風振系數較大，因而調整系數后引起的風振系數增加比例更大，一般均超過風壓高度系數下降的幅度，綜合考慮后，2012版荷載規范實際上是提高了高聳結構的風荷載（部分結構提高幅度超過15%）；對于以風荷載為主要控制荷載的高聳結構而言，風荷載的調整對整個結構效應的影響是很大的。選用不同規范所計算出的塔造價相差在10%～20%。

結語

隨著各地環境美化的需要和農村城市化進程的推進，通信鐵塔作為公共建筑，必然要向經濟實用、造型美觀、多樣化等方向發展。三管塔不僅經濟上比較合理，而且結構造型美觀，符合國家“節能減排”的基本國策，是未來移動通信塔的較佳選擇。《建筑結構荷載規范》GB50009-2012與《高聳結構設計規范》B50135-2006兩本規范考慮因素不一樣，風振系數計算公式不一樣，風荷載相差很大。設計人員需要深入研究兩本規范的差別，在保證安全的前提下合理節約資源，降低造價。

［1］ GB50009-2012，建筑結構荷載規范［S］.

［2］ B50135-2006，高聳結構設計規范［S］.

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