某屋頂通信增高架倒塌的結構分析

艾鵬　孫濤

摘要：該文針對某屋頂通信增高架倒塌現場的勘察結果，采用通用的有限元程序SAP2000（V15）對鐵塔進行了結構計算復核，結果表明，不合理的斜材布置是該鐵塔發生倒塌的主要原因。對防止發生類似事故提出了幾點建議。

關鍵詞：高聳結構；SAP2000；通信增高架；倒塌

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

前言

隨著通信行業的發展，高聳結構在通信工程中的應用越來越多，如角鋼塔，單管塔，拉線塔，增高架，抱桿等應用的越來越多，其中屋面增高架由于具有天線掛高較高，掛載天線數量較多，使用桿件較少等優點，在征地難度較大的城市市區和城郊地區，受到各電信運營商的青睞，使用量較大。

但是，今年來極端氣候頻發，各種通信鐵塔倒塌的事故屢有發生，屋頂增高架一般建設在居民密集的地區，一旦發生事故，將對人民生命和財產安全造成比較嚴重的影響。本文通過對這一塔型倒塌事故進行了結構分析，指出了倒塌的主要原因，并對該塔型的設計提出了建議。

1工程概況

云南玉溪某屋頂通信增高架建設于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，云南突發大風暴雨天氣，該增高架發生倒塌，現場勘查情況如圖1所示。經現場勘測后，復原原有增高架的單線圖如圖2所示。

現場測量的結果如下：

（1）塔身多處斜材發生較大彎曲變形（如圖1 b），無拉斷現象：

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

（3）拉線拉點設置于基礎上，拉線松弛，拉線鉤與拉點角鋼脫離，拉線失效（如圖1d）。

2結構分析

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

3結論及建議

由現場查勘的情況和有限元計算分析，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，《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）規定的受壓構件容許長細比為150而實際斜材長細比達402.6，長細比過大，剛度不足，受壓承載力不滿足要求，這是增高架在風荷載等荷載組合作用下發生突發性整體倒塌破壞的主要原因：

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

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

鑒于以上計算分析結果，由于這種類型的增高架存在著許多的質量隱患，建議對該類型的增高架盡快進行加固處理或者拆除，以免造成更大的經濟損失甚至人員傷亡。另外，在進行增高架設計時，應做以下改進：

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

（2）云南玉溪抗震設防烈度為8度（0.2g），應采用擴底型錨栓或者特殊倒錐形化學錨栓，錨栓數量及其錨固長度應依據具體情況按《混凝土結構后錨固技術規程》計算確定；

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

（4）應嚴格執行相關規范規程，避免安全隱患。