既有通信鐵塔增掛廣告牌結構特性分析

劉玉蘭

摘要：隨著經濟和各行各業的快速發展，利用既有鐵塔改造增掛廣告牌勢必會對原有鐵塔的使用狀態產生一定的影響，相同廣告牌在同種塔型上的不同掛載方式和不同掛載高度對整塔的應力、位移等特性的影響也會不同。通過對某種大型高聳格構筑廣告牌的結構設計方案進行比選研究，得出不同荷載工況下的最優結構設計方案，提出了一種綜合考慮風速風向影響的廣告牌風災風險評估方法，風荷載和抗側剛度對高聳廣告牌格構式立柱的影響，分析了單管塔加掛LED廣告牌前后對單管塔自振周期和應力位移等特性的影響等。對新建廣告牌方案設計的研究，對既有結構增加廣告牌后的影響研究較少，本文通過使用有限元分析軟件，對兩種典型既有通信鐵塔進行增掛廣告牌模擬計算，并對增掛廣告牌后鐵塔的特性變化進行分析研究，確定最適宜的增掛方案，可作為類似工程的參考。

關鍵詞：廣告牌，單管式鐵塔，格構式鐵塔，基礎

引言

通信鐵塔桿塔資源的共享利用符合綠色節能的發展方向，其中附掛廣告牌占比最高。廣告牌的樣式對桿塔的受力狀態影響較大。針對平板式和圓筒式廣告牌，分析廣告牌不同樣式對桿塔承載力的影響;針對桿體增設不同透風系數的廣告牌，分析廣告牌透風系數對整體結構受力性能的影響;針對廣告牌不同的高寬比，分析高寬比對結構內力的影響。分析后可知，圓筒式廣告牌對原塔體結構受力狀態影響更小;增設的廣告牌透風系數與內力增加值負線性相關;廣告牌高寬比越大，對塔體內力影響越小。

1通信鐵塔分類

可用于改造增掛廣告牌的高聳通信鐵塔按結構類型主要分為單管式和格構式兩種，單管式通信塔與鋼管電力塔相似，屬于高聳懸臂類結構;格構式通信塔包含角鋼塔、增高架、三管塔及其他形式的多管塔等，構件多，剛度較大，既有通信鐵塔在滿足正常使用條件下，對允許新增的廣告牌等額外荷載控制較為嚴格，通過有限元軟件分析既有單管式塔和三管格構式塔在增掛廣告牌后對自身應力、變形等特性的影響，以尋求兩種類型鐵塔改造增加廣告牌最適宜的方案。

2廣告牌樣式對單管塔結構承載力影響分析

以《中國鐵塔股份有限公司通信鐵塔標準圖集V1.3》中40m單管塔DGT（C）-40-0.45-3PT5為算例，對比分析增加平板式和圓筒式廣告牌對原塔體結構承載力的影響。單管通信塔DGT（C）-40-0.45-3PT5幾何參數為：塔體總高40m，塔頂口徑為600mm，塔底口徑為1170mm，塔體由4段插接連接，段長分別為11500mm、9743mm、9976mm、10059mm。計算參數：基本風壓為0.45kN/m2，抗震設防烈度為8度，地面粗糙度類別為B類，設計使用年限為50年，結構安全等級為二級。擬增廣告牌投影面積為5m2。增設不同類型廣告牌塔體內力對比如表1所示。由表1計算得到，增設平板式廣告牌使得塔腳彎矩增加10.07%，塔腳剪力增加12.38%，桿體最大應力增加10.44%，地腳螺栓應力增加10.1%;增設圓筒式廣告牌使得塔腳彎矩增加7.36%，塔腳剪力增加9.05%，桿體最大應力增加7.69%，地腳螺栓應力增加7.35%.相同投影面積下，增設圓筒式廣告牌比增設平板式廣告牌內力增幅減小約27%，圓筒式的廣告牌對原塔體結構受力狀態影響更小。

3單管式鐵塔增掛廣告牌計算

使用中國鐵塔《通信鐵塔標準圖集V1.3》中DGT（C）-35-0.45-3PT3塔型作為計算示例，塔高35m，分4段塔身插接，Q345鋼材，頂部塔徑450mm，底部塔徑1120mm。采用有限元分析軟件SAP2000進行鐵塔結構計算，取50年重現期的基本風壓0.45kN/m2，地面粗糙度B類，為了顯示增掛廣告牌后鐵塔本身特性的變化，選取13組尺寸、透風率、中心掛載高度、掛載方式各有不同的廣告牌進行計算對比。其中對于長邊較長的廣告牌，可分為長邊與塔身軸線平行或長邊與塔身軸線垂直兩種掛置方式，廣告牌風荷載簡化為多個集中力等距施加到塔身，中國鐵塔聯合同濟大學通過風洞試驗對塔桅風荷載進行了相關研究，對格構式鐵塔風荷載計算中的阻尼比、單管式塔的側移指標都有了調整。參考中國鐵塔技術標準《通信鐵塔技術要求（試行）（V1.2）》中的規定，以風荷載為主的標準組合下，單管式塔頂部的水平位移不應大于塔高的1/33，即1060mm，地腳螺栓拉力比可按不超過0.95控制。

4基于嵌入式技術的智能廣告牌系統的實踐步驟

根據智能廣告牌系統應當具備的特點，該設計方案中應當包含無線通信、客戶端、主控端和節點若干個。用戶可以在用戶端對電子廣告牌系統進行遠程監控及設置，使用方便，節省了人工成本。該系統能夠遠程監控多個智能廣告牌，主控端基于嵌入式技術，能夠與客戶端及節點遠程通信。節點主要用于和主控端通信，同時直接控制廣告牌顯示屏。此外，智能廣告牌顯示屏能夠顯示多種圖案，美觀度高，能夠重復利用。具體可以分為以下幾個實踐步驟。（1）基于嵌入式技術的智能廣告牌系統的需求分析。通過對廣告牌行業市場的行情分析，對商家、銷售者、消費者進行調研、問卷調查、面對面交流，找出他們對該系統的需求，分析系統的可行性。（2）對智能廣告牌測控系統進行設計及研究。通過對目前嵌入式ARM技術的最新技術研究，找到適合本系統開發的技術，并對該平臺的總體物理架構、總體功能模塊和關鍵技術展開研究，并給出實施方案。（3）對系統移動終端的設計及研究。對手機終端進行設計及研究，開發出一個控制系統的界面，方便用戶對廣告牌進行遠程監測及控制。（4）對廣告牌顯示系統進行設計及研究。廣告牌顯示系統采用電子顯示屏，多為圖形點陣模式。圖形點陣應用廣泛，能夠顯示豐富的信息內容，應用場合較多。廣告牌顯示屏與節點直連，每個廣告牌顯示屏都對應一個節點，由節點直接控制顯示內容。（5）對系統的無線通信傳輸技術進行研究。基于嵌入式技術的智能廣告牌系統主要依賴兩方面的通信技術：短距離視頻通信和遠距離的移動通信技術，重點主要是對這些通信技術的應用進行研究，實現系統終端、節點間的遠程通信。

5格構式鐵塔增掛廣告牌計算

1）原塔地腳螺栓強度冗余量較多，增掛廣告牌后整塔強度由塔底段的主桿穩定性應力比控制;2）總面積相同時，使用字體和單塊牌的形式，計算結果相同;3）與單管塔計算結果類似，廣告牌透風率達到30%時，與降低3m掛高時的計算結果相近。由對比的結論可知，此35m三管塔最適宜的改造增掛方案為：1）在10m～25m高度范圍增掛總面積約30m2，且透風率達到30%的字體或單塊牌;2）在15m～20m高度范圍增掛面積約30m2，長邊橫向放置的單塊牌。

結語

1）既有通信鐵塔塔身結構均有一定的強度余量滿足于增掛廣告牌，增掛后單管塔整體強度由地腳螺栓拉力比控制，三管塔則由塔底段主桿穩定性應力比控制。2）廣告牌透風率達到30%時與不透風廣告牌降低3m掛高產生的風荷載效應相近，本文計算示例可作參考，具體的廣告牌增掛方案需根據實際塔型的設計參數進行計算復核確定。

參考文獻

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