某屋頂通信增高架倒塌的結(jié)構(gòu)分析

艾鵬　孫濤

摘要：該文針對某屋頂通信增高架倒塌現(xiàn)場的勘察結(jié)果，采用通用的有限元程序SAP2000（V15）對鐵塔進(jìn)行了結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)核，結(jié)果表明，不合理的斜材布置是該鐵塔發(fā)生倒塌的主要原因。對防止發(fā)生類似事故提出了幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：高聳結(jié)構(gòu)；SAP2000；通信增高架；倒塌

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—201—02

前言

隨著通信行業(yè)的發(fā)展，高聳結(jié)構(gòu)在通信工程中的應(yīng)用越來越多，如角鋼塔，單管塔，拉線塔，增高架，抱桿等應(yīng)用的越來越多，其中屋面增高架由于具有天線掛高較高，掛載天線數(shù)量較多，使用桿件較少等優(yōu)點(diǎn)，在征地難度較大的城市市區(qū)和城郊地區(qū)，受到各電信運(yùn)營商的青睞，使用量較大。

但是，今年來極端氣候頻發(fā)，各種通信鐵塔倒塌的事故屢有發(fā)生，屋頂增高架一般建設(shè)在居民密集的地區(qū)，一旦發(fā)生事故，將對人民生命和財(cái)產(chǎn)安全造成比較嚴(yán)重的影響。本文通過對這一塔型倒塌事故進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，指出了倒塌的主要原因，并對該塔型的設(shè)計(jì)提出了建議。

1工程概況

云南玉溪某屋頂通信增高架建設(shè)于2010年左右，高度為15m，為三角形鋼管鐵塔，采用普通螺栓連接。2016年4月29日晚，云南突發(fā)大風(fēng)暴雨天氣，該增高架發(fā)生倒塌，現(xiàn)場勘查情況如圖1所示。經(jīng)現(xiàn)場勘測后，復(fù)原原有增高架的單線圖如圖2所示。

現(xiàn)場測量的結(jié)果如下：

（1）塔身多處斜材發(fā)生較大彎曲變形（如圖1 b），無拉斷現(xiàn)象：

（2）塔腳螺栓與基礎(chǔ)連接錨栓被拔出（如圖1c），地腳錨栓進(jìn)入基礎(chǔ)約50mm，錨固深度不足；

（3）拉線拉點(diǎn)設(shè)置于基礎(chǔ)上，拉線松弛，拉線鉤與拉點(diǎn)角鋼脫離，拉線失效（如圖1d）。

2結(jié)構(gòu)分析

采用通用的有限單元法程序SAP2000（V15）對該增高架進(jìn)行分析計(jì)算（按B類地區(qū)和基本風(fēng)壓0.35kN/m²），計(jì)算簡圖如圖3。計(jì)算軸力結(jié)果如圖4。部分計(jì)算結(jié)果如表2所示。該增高架主材的最大軸力（壓力）發(fā)生在第④段，斜材最大壓力發(fā)生在第②段，橫材的最大壓力發(fā)生在第增高架頂部。

3結(jié)論及建議

由現(xiàn)場查勘的情況和有限元計(jì)算分析，該增高架倒塌的主要是由以下因素造成的：

（1）增高架斜材布置不當(dāng)，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）規(guī)定的受壓構(gòu)件容許長細(xì)比為150而實(shí)際斜材長細(xì)比達(dá)402.6，長細(xì)比過大，剛度不足，受壓承載力不滿足要求，這是增高架在風(fēng)荷載等荷載組合作用下發(fā)生突發(fā)性整體倒塌破壞的主要原因：

（2）塔腳與基礎(chǔ)連接錨栓錨固長度不足.根據(jù)造成混凝土基礎(chǔ)劈裂破壞、錨栓拔出失效，也是鐵塔整體倒塌的重要原因：

（3）拉線點(diǎn)設(shè)置于塔腳基礎(chǔ)，并未設(shè)置于原有房屋承重構(gòu)件，不利于增高架抗傾覆，是鐵塔整體倒塌的又一重要原因。

鑒于以上計(jì)算分析結(jié)果，由于這種類型的增高架存在著許多的質(zhì)量隱患，建議對該類型的增高架盡快進(jìn)行加固處理或者拆除，以免造成更大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。另外，在進(jìn)行增高架設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)做以下改進(jìn)：

（1）斜材應(yīng)選擇合理截面且應(yīng)X形布置，交叉處采用螺栓連接，減小桿件長細(xì)比，保證桿件剛度和穩(wěn)定性；

（2）云南玉溪抗震設(shè)防烈度為8度（0.2g），應(yīng)采用擴(kuò)底型錨栓或者特殊倒錐形化學(xué)錨栓，錨栓數(shù)量及其錨固長度應(yīng)依據(jù)具體情況按《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》計(jì)算確定；

（3）15m屋面增高架如果現(xiàn)場條件允許，宜設(shè)置多層拉線，減少混凝土基礎(chǔ)重量，既保證原有房屋結(jié)構(gòu)安全，也保證屋面增高架抗傾覆性能。

（4）應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范規(guī)程，避免安全隱患。