談某鋼結構電視發射塔設計

【摘要】 鋼結構電視發射塔是裝設偶極子天線的一種高聳結構，塔上裝設偶極子天線、安裝平臺、休息平臺及廣告牌。高聳結構的特點是風荷載起決定作用，不同類型鋼結構電視發射塔對風荷載的響應不同，對基礎的要求也不同，如何設計，才能使結構安全，制造快捷，安裝方便，投資較少，是一個重要的問題。

【關鍵詞】電視發射塔 高聳結構 響應

一、電視發射塔概況

電視發射塔工程位于德陽市綿遠河以東，主體鐵塔高度約149米，塔柱跟開25米，屬于山地，綠色植被豐富，德陽歷史悠久，人文景觀量多質優，是成都旅游門戶圈的重要組成部分。

電視發射塔的結構形態突破一般塔的常見形態，四個主要塔柱采用三角形桁架形式，斜撐采用十字交叉，形成一種復雜而又美觀的鏤空鋼結構空間體系。主材采用角鋼構件，工廠制作，現場安裝，縮短了加工和安裝周期，施工安裝非常便利。電視發射塔立面圖如圖1。

二、設計的難點

1、基礎設計問題：本發射塔屬于高聳鋼結構，基礎埋深必須有一定的深度，以足以抵抗上部水平風荷載的作用。相對于鐵塔重量來說，塔體所受水平力起主要作用，基礎埋藏不易太淺。根據甲方提供的巖土工程勘察報告，場地位于德陽市旌陽區東山，持力層土層為風化殘積土和強風化泥巖石層，各土層厚度不均勻，給基礎設計帶來一定困難。

2、鐵塔設計問題：本電視發射塔的形態突破一般塔的常見形態，為了突出整體結構美感，塔體外立面形式采用埃菲爾鐵塔形式，平面形狀為正四邊形，四腳塔柱平面形狀為三角形組合截面，給鐵塔自身結構設計帶來很大困難，尤其是變坡部位的連接計算和構件的截面設計，其對于塔體整體穩定具有重要作用。

3、塔體立面設計問題：作用在塔上的荷載有：永久荷載和可變荷載，永久荷載主要包括結構自重和放置的設備荷載，可變荷載中起主要作用的是風荷載，而且風荷載隨著高度的增加而增加。發射塔的每個階段的截面選取非常重要，邊坡不能太陡，也不能太緩，即要求美觀又得考慮受力合理，滿足規范的強度和穩定性設計要求。

4、運輸及安裝問題：各個部分設計重量重，體積大，運輸和安裝難度大、建設工期緊。

三、設計難點解決方案

1、基礎設計：本發射塔所在區域場地位于德陽市旌陽區東山，持力層土層為風化殘積土和強風化泥巖石層，各土層厚度不均勻，1層殘積土持力層地基承載力特征值為Fak=180kPa，2層強風化粉砂巖地基承載力特征值為Fak=200kPa。塔基礎將上部結構的全部荷載完全可靠地傳遞到地基，并保持結構的整體穩定，建設場地地基持力層具有良好的承載力，地基變形能控制在可以接受的范圍內，基礎上拔力可以由基礎及其覆土共同承擔，適宜采用鋼筋混凝土淺埋的獨立基礎，采用獨立基礎相比采用整體筏板基礎節約建設成本。設計中將塔柱與基礎之間設計成鉸接，每一個組合塔柱下設置一個整體基礎，基礎承受下壓力和上拔力，通過計算，設計合理的基礎底面積來增加基礎的抗拔力，以滿足上部鐵塔的受力要求。這種基礎形式施工簡便，投資費用較低，施工速度快。基礎上拔力由基礎自重及上部覆土共同承擔，所以，基礎施工完畢后，土層的回填非常重要，必須按要求分層夯實。另外，由于塔體屬細長構筑物，橫向水平剪力起主要作用，為使塔體水平剪力切實可靠的傳遞給基礎，將各獨立基礎之間設置鋼筋混凝土連系梁，通過連系梁將水平剪力傳至基礎短柱和獨立基礎，連系梁設計成矩型截面，并配有鋼筋，鋼筋按受拉構件計算，設計時須注意連系梁兩個方向的長細比，長細比過大的連梁抗裂能力和耐久性較差，且不能抵抗水平力；配筋時，要考慮要考慮連梁自重和覆土重量引起的彎矩和因凍土作用使連梁上拱引起的彎矩，獨立基礎和連系梁共同承擔上部塔體傳遞下來的自重、彎矩和水平剪力。

2、鐵塔設計：電視發射塔的形態為埃菲爾鐵塔形式，平面形狀為正四邊形，塔身主立柱水平截面為穩定的三角形結構，這樣的組合截面使得鐵塔的自身結構設計和構造變得很復雜。塔體主材和斜材采用受力明確的角鋼，不僅美觀大方，而且在工廠加工制作，受力性能好。斜材花型采用十字交叉形式，可以有效減小桿件長細比，節間長度可以略放大，充分利用桿件的力學性能，從而可以有效減小斜材等輔助桿件的數量。

電視發射塔結構形式為空間桁架，桿件采用角鋼，計算時假定桁架所有桿件連接節點為鉸接，采用整體空間桁架法進行計算。高聳結構的特點是風荷載起決定作用，計算作用在塔上的荷載時，首先要假定塔架各部分尺寸及其迎風面積，分析確定塔架尺寸、桿件截面，再通過計算軟件計算塔架桿件的強度、剛度和穩定性。空間桁架塔主體結構構件均為二力桿，因塔架受到任意方向的風荷載，承受壓力或拉力。塔架結構基本上是對稱布置，同一層內同種桿件構造和受力均相同，受壓主要計算構件的強度和穩定，受拉則主要計算節點連接螺栓和焊縫。

為安全起見，設計首先采用空間鋼結構系統軟件3D3S進行桿件計算，初步選定主材、斜材桿件大小，然后，有采用有限元軟件SAP2000進行各個桿件的計算和復核，根據計算出的主材各個分段的軸向力，確定主材和輔材角鋼大小，結構設計滿足國家鋼結構設計規范和鋼塔桅設計規程，結構安全可靠。各桿件之間連接螺栓采用普通螺栓。便于鐵塔拆裝，螺栓受剪，不易破壞。塔身全部熱鍍鋅處理，鍍鋅后，并對塔身進行噴塑處理，不生銹，不變形，抗老化，降低維護成本。

3、塔體平臺設計：為便于天線安裝和安全要求，鐵塔設置六層鋼平臺，鋼平臺構件工廠制作，現場螺栓安裝。為防止風荷載負壓影響，鋼平臺鋪板均采用鏤空的鋼筋鋪設，即滿足人員操作要求，又能減少風載影響，減少了塔體造價，增加了鐵塔的美觀性。

四、小結

電視發射塔外形設計注重整體造型美，塔的整體造型純粹、簡潔、挺拔、一起呵成，猶如鶴立雞群，一枝獨秀。夜晚，塔身LED射燈照射下呈現金黃色， 既節省電，也更加美觀。整個塔身在夜晚紅紅火火，環環向上，展現出一種積極向上的、充滿正能量的美態，極具現代感和強烈的藝術氣息，給城市帶來更多人文景觀，為美化城市添光溢彩。

個人簡介：

張亮權（1980-），男，漢族，湖北省廣水市人，中鋼集團工程設計研究院有限公司，工程師

聯系方式：18603119067

聯系人：張亮權

郵寄地址：河北省石家莊市槐安東路108號

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參 考 文 獻

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