屋面鐵塔對房屋結構影響的簡明分析

陳敏文

海峽（福建）交通工程設計有限公司 福建 福州 350004

1 屋面鐵塔分析

首先，由于塔架的剛度和房屋結構的剛度相比相差很大，我們一般先確定塔架的結構形式和斷面等，對鐵塔做出獨立的分析和設計后，然后再分析對下部結構的影響。

一般說來，已有房屋新增屋面鐵塔，受到規劃、航空管制高度和房屋結構承載力的限制，它的高度一般不超過30米。受到下部結構柱布置的影響，塔的體型很難做到完美，鐵塔的形式主要以滿足使用要求為主。目前常用的結構分析和設計軟件是上海同磊土木工程技術有限公司的3D3S軟件，它有專門的鐵塔設計模塊。通過軟件分析鐵塔在恒載、活載、風載等的作用下，可以得出塔腳的作用力。在做受力分析的時候，尤其要注意風載的影響，風載要考慮垂直方向和45度方向荷載的影響，這樣可以得到兩個方向的塔腳作用力（M,V,N）和自震周期等值。可變荷載組合值系數見下表[1]。

2 對房屋結構分析的檢算方法

由于混凝土框架結構的計算軟件和塔架的計算軟件分析方法不同，一般說來，很難將塔架直接輸入PKPM軟件當中，或者將框架輸入3D3S軟件當中。為便于檢算塔架對于下部結構的影響，可以采用等代剛架來計算。塔架等代剛架的設立原則是自震周期相同，自重相同，風載相同。等代剛架如上圖所示。

塔架荷載的組合有如下所示：

經過計算，我們得到塔腳內力，一側上拔，一側下壓，還有剪力，從結果上看，組合Ⅰ起控制作用。以25米鐵塔為例（設計條件：基本風壓 ，根開為5米，山高40米），塔腳作用力分別是正面作用時設計值為：

假定不計自重的情況下，在風載的作用下，風載產生的上拔力和下壓力為等值，為F1；自重和活載產生的塔腳內力為G，風載合力為，等代框架高度為h，a為塔腳根開（塔腳中心距離）根據方程求解出，求得

我們在用PKPM軟件建立下部結構模型時，將屋面鐵塔用高度為h，寬度為a(塔腳根開）的等代剛架帶入，注意做到自重相同，剛度相同。在建模型時塔架層以下風荷載程序自動生成，剛架頂風荷載調整成，剛架底部按照鉸接輸入[2]。

3 設計實例

本方法實施前，很多算例是將塔腳荷載直接當作活載或恒載輸入到結構計算當中，按照這種輸入方法，鐵塔風載參與了多次組合，計算結果失真。而且輸入了不同方向的作用力，要比較多種工況，大大增加了工作量。而按本方法則有效地解決了上述問題。

某廠房為三層混凝土框架結構，第三層局部縮進，如下圖所示。主要計算參數如下：七度抗震，二類場地，基本風壓，層高均為4米，沖孔灌注樁基礎。原有結構布置圖等如下所示。

三層混凝土框架結構

擬在第三層屋面⑤～⑥xC-D軸設置一25米角鋼塔，該塔共設置三層平臺（高度分別為13,18,23米），每層平臺設置六根天線。經3D3S軟件分析，在正向風載作用下得到塔腳內力如下，下壓力及剪力為，上拔力及剪力為。根據方程求解出求得米，。以上數據帶入程序驗算。

以下是屋面設立鐵塔前后的數據對比。

從上表我們可以得出下列結論：

（1）柱底軸力Nmax明顯增加，Nmin明顯減少，這是由于鐵塔在風載作用下產生下壓力和上拔力所致。塔架下框架柱要考慮偏拉設計；

（2）塔腳下柱所聯結屋面層梁配筋有所增加；

（3）為安全計，屋面塔架柱周邊屋面板要適當加強；

（4）要考慮塔架下柱基礎的適當加強。

4 效果

該項目建成后，經過十二級臺風的檢驗，房屋結構完好無損，沒有發現房屋有較大沉降，房屋梁、柱等未發現有裂縫，很好地滿足了業主的要求，受到好評。本文論述方法能夠大幅減少工作量，對設計分析提供有益的借鑒。