鋼結構通信鐵塔的改造設計分析

文/陳燁 湖南省郵電規劃設計院有限公司 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，是未來網絡建設工作的重點所在。

1、改造基本原則與步驟

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

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，應保證原結構滿足承載能力的要求。

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

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

（4）經濟性原則，具體的改造方案需要充分考慮經濟合理性與可操作性，適當降低工程的建設成本[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，并根據實際情況作靈活調整，滿足后續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的掛載進行核實，確定需求量。

第二步，廣泛搜集相關資料，如鐵塔塔身基本資料、基礎資料與地質勘察報告。

第三步，到現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，委托具有相應檢測資質的機構進行現場檢測，并對鐵塔性能做綜合評估。

第五步，由專業技術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，委托有資質的施工單位嚴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

現階段許多鐵塔原始資料均已缺失，因此在塔身新增設備荷載前，應委托具備相應資質的檢測機構對塔體現狀進行檢測，同時進行等級評估。

2.1 檢測內容及方法

（1）構件的材質采用表面硬度法進行檢測；（2）螺栓的強度與規格通過對表面鋼印的檢查來判斷；（3）焊縫質量采用超聲波探傷法檢測；（4）鋼管構件的厚度采用測厚儀直接檢測；（5）角鋼構件的尺寸采用游標卡尺檢測；（6）構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??；（7）垂直度采用經緯儀進行檢測；（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：結構重要性系數和荷載效應的積小于結構抗力；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：結構重要性系數與荷載效應的積的0.95倍小于結構抗力；適用性：在不經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：結構重要性系數與荷載效應的積的0.80倍小于結構抗力；適用性：對正常使用已經造成影響，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；應采取有效的改造措施；（4）D類：安全性：結構重要性系數與荷載效應的積的0.80倍大于結構抗力；適用性：對正常使用有嚴重影響；耐久性，存在嚴重缺陷，且受到外力作用后會繼續發展，鋼材的銹蝕情況嚴重；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、鐵塔改造設計

3.1 降低荷載效應

3.1.1 縮小迎風面

可采用以下措施實現：（1）縮減天線迎風面，改用寬頻及合路天線，將RRU設備調整至天線背面；（2）縮減平臺的迎風面，可將平臺改成支架；（3）縮減爬梯的迎風面，可將護籠改造成防墜落系統；（4）縮減饋線迎風面，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、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，也可降低其它設施實際高度，如平臺、天線與支架等。

3.1.3 減小體型系數

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

3.1.4 降低風振系數

可從降低結構周期等角度入手，比如可以降低平臺的質量，由于它的質量很大，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，實現提高結構剛度的目標，如圖2所示。

圖2 增加支架

3.2 增強結構承載能力

（1）對于單管系列的鐵塔，在設計過程中，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）適當增強結構的整體穩定性，如在塔身上增設腹桿，降低構件長細之比，提高穩定狀態下構件實際承載力。

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

（4）若塔身構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，增加橫隔的方法調整主材的應力比。

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容。

首先，對銹蝕情況較為嚴重且有明顯變形的構件進行更換；其次，對于防腐層嚴重磨損的構件，應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，當鐵塔的垂直度無法滿足要求時，需要通過分析確定產生原因，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。

結語：

綜上所述，由于存量鐵塔塔型的多樣性和復雜性，使得目前鐵塔改造全面開展存在許多阻礙，在技術運用方面存在一些困難，基于此，鐵塔公司而言應在做好相關資料廣泛收集的前提下，結合不同技術的要求和特點，形成統一企業標準，進而在保證結構穩定與安全的基礎上，達到預期效益目標。