鋼結(jié)構(gòu)通信鐵塔的改造設(shè)計分析

文/陳燁 湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司 湖南長沙 410126

從鐵塔公司正式接受三大運營商提供的鐵塔資源開始到現(xiàn)在，多個運營商對單一存量鐵塔進行共享是一種必然趨勢，基于成本控制與資源共享的基本要求，對存量鐵塔的改造利用最大化，是未來網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作的重點所在。

1、改造基本原則與步驟

鐵塔改造前應(yīng)先明確其實際運行狀況，然后通過深入分析，確定規(guī)范合理的步驟，在滿足安全性要求的基礎(chǔ)上實現(xiàn)資源共享。

1.1 改造基本原則

（1）安全性原則，在新增天線或平臺荷載后，應(yīng)保證原結(jié)構(gòu)滿足承載能力的要求。

（2）適用性原則，鐵塔改造后應(yīng)具備良好使用功能，保證不同運營商之間的設(shè)備不會互相干擾，且能滿足通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的基本要求。

（3）耐久性原則，要求在存量鐵塔設(shè)計使用年限內(nèi)必須保證其正常使用功能及耐久性能。

（4）經(jīng)濟性原則，具體的改造方案需要充分考慮經(jīng)濟合理性與可操作性，適當(dāng)降低工程的建設(shè)成本[1]。

（5）靈活性原則，所有改造方案必須是在因地制宜前提下制定的，并根據(jù)實際情況作靈活調(diào)整，滿足后續(xù)維護與擴容等實際要求。

1.2 改造步驟

鐵塔改造流程如圖1所示，其主要步驟為：

第一步，對鐵塔近期需要增設(shè)的掛載進行核實，確定需求量。

第二步，廣泛搜集相關(guān)資料，如鐵塔塔身基本資料、基礎(chǔ)資料與地質(zhì)勘察報告。

第三步，到現(xiàn)場對鐵塔實際情況進行勘察，確定實際的使用情況與基站要求。

第四步，委托具有相應(yīng)檢測資質(zhì)的機構(gòu)進行現(xiàn)場檢測，并對鐵塔性能做綜合評估。

第五步，由專業(yè)技術(shù)人員對收集到的資料進行鐵塔分析和計算，確定適宜的改造方案。

第六步，委托有資質(zhì)的施工單位嚴(yán)格按照上一步制定的方案進行施工，并在施工中進行檢查驗收。

2、鐵塔的檢測和鑒定

現(xiàn)階段許多鐵塔原始資料均已缺失，因此在塔身新增設(shè)備荷載前，應(yīng)委托具備相應(yīng)資質(zhì)的檢測機構(gòu)對塔體現(xiàn)狀進行檢測，同時進行等級評估。

2.1 檢測內(nèi)容及方法

（1）構(gòu)件的材質(zhì)采用表面硬度法進行檢測；（2）螺栓的強度與規(guī)格通過對表面鋼印的檢查來判斷；（3）焊縫質(zhì)量采用超聲波探傷法檢測；（4）鋼管構(gòu)件的厚度采用測厚儀直接檢測；（5）角鋼構(gòu)件的尺寸采用游標(biāo)卡尺檢測；（6）構(gòu)件上的缺陷通過直接觀察檢測，同時采用超聲波法確定缺陷大小；（7）垂直度采用經(jīng)緯儀進行檢測；（8）鍍鋅層的厚度采用測鋅儀進行檢測。

2.2 等級評定

鐵塔等級一般可以分成以下四類：（1）A類：安全性：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)和荷載效應(yīng)的積小于結(jié)構(gòu)抗力；適用性：外觀上沒有變形與缺陷；耐久性：存在輕微的缺陷，但防腐層保持完好，沒有腐蝕；可不進行改造；（2）B類：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)與荷載效應(yīng)的積的0.95倍小于結(jié)構(gòu)抗力；適用性：在不經(jīng)常接觸的部位存在輕微的變形及缺陷；耐久性：存在明顯的破壞，且防腐層上有輕微的損壞，部分鋼材銹蝕；可不進行改造；（3）C類：安全性：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)與荷載效應(yīng)的積的0.80倍小于結(jié)構(gòu)抗力；適用性：對正常使用已經(jīng)造成影響，存在明顯的變形及缺陷；耐久性：有明顯的缺陷，且防腐層上有輕微的損壞，部分鋼材銹蝕；應(yīng)采取有效的改造措施；（4）D類：安全性：結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)與荷載效應(yīng)的積的0.80倍大于結(jié)構(gòu)抗力；適用性：對正常使用有嚴(yán)重影響；耐久性，存在嚴(yán)重缺陷，且受到外力作用后會繼續(xù)發(fā)展，鋼材的銹蝕情況嚴(yán)重；必須立即采取有效的措施進行改造[2]。

圖1 鐵塔改造流程

3、鐵塔改造設(shè)計

3.1 降低荷載效應(yīng)

3.1.1 縮小迎風(fēng)面

可采用以下措施實現(xiàn)：（1）縮減天線迎風(fēng)面，改用寬頻及合路天線，將RRU設(shè)備調(diào)整至天線背面；（2）縮減平臺的迎風(fēng)面，可將平臺改成支架；（3）縮減爬梯的迎風(fēng)面，可將護籠改造成防墜落系統(tǒng)；（4）縮減饋線迎風(fēng)面，采用多層疊放的方式，將其固定在角鋼腹中；（5）拆除塔身原有徽標(biāo)、廣告牌或者其他遮擋裝飾物，景觀塔可以拆除原有塔頂裝飾燈具，休息平臺和美化外罩。

3.1.2 降低荷載作用點實際高度

降低鐵塔整體高度，如在滿足覆蓋需求的前提下拆除頂部塔段，也可降低其它設(shè)施實際高度，如平臺、天線與支架等。

3.1.3 減小體型系數(shù)

其目的為減小體型系數(shù)和迎風(fēng)面的乘積，可采用在構(gòu)件的外部增加一層圓形材料等措施，將板狀構(gòu)件拆除，使用圓形構(gòu)件。

3.1.4 降低風(fēng)振系數(shù)

可從降低結(jié)構(gòu)周期等角度入手，比如可以降低平臺的質(zhì)量，由于它的質(zhì)量很大，而且處在頂部，所以會對周期造成很大的影響，可拆除使用支架；也可增加支架，使截面變大，實現(xiàn)提高結(jié)構(gòu)剛度的目標(biāo)，如圖2所示。

圖2 增加支架

3.2 增強結(jié)構(gòu)承載能力

（1）對于單管系列的鐵塔，在設(shè)計過程中，主要由位移控制，所以可放寬一定對位移的要求，使其可以承受更多的荷載。

（2）適當(dāng)增強結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，如在塔身上增設(shè)腹桿，降低構(gòu)件長細(xì)之比，提高穩(wěn)定狀態(tài)下構(gòu)件實際承載力。

（3）將原構(gòu)件改造成強度更較高的構(gòu)件，如斜材和橫材可替換成規(guī)格更高的構(gòu)件，主材可采取十字形組合截面法進行加固[3]。

（4）若塔身構(gòu)件連接部位螺栓承載力不足的時，可將原螺栓替換為同直徑的高強度螺栓，若地腳螺栓承載力不足時，可對塔腳進行植筋處理。

（5）對于三角拉線塔，可以采取新增拉線，增加橫隔的方法調(diào)整主材的應(yīng)力比。

3.3 維護和整改

針對適用性和耐久性有較大影響的問題，可采用維護和整改的方法來處理，具體包含下列四個方面的內(nèi)容。

首先，對銹蝕情況較為嚴(yán)重且有明顯變形的構(gòu)件進行更換；其次，對于防腐層嚴(yán)重磨損的構(gòu)件，應(yīng)在打磨至光滑以后重新熱噴鋅，也可采取合理可行的防護措施；再次，當(dāng)鐵塔的垂直度無法滿足要求時，需要通過分析確定產(chǎn)生原因，并進行有效的整改處理；最后，采用拉線做緊固處理，補充缺失的螺栓，做好防雷接地處理等。

結(jié)語：

綜上所述，由于存量鐵塔塔型的多樣性和復(fù)雜性，使得目前鐵塔改造全面開展存在許多阻礙，在技術(shù)運用方面存在一些困難，基于此，鐵塔公司而言應(yīng)在做好相關(guān)資料廣泛收集的前提下，結(jié)合不同技術(shù)的要求和特點，形成統(tǒng)一企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，進而在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全的基礎(chǔ)上，達到預(yù)期效益目標(biāo)。