新荷载规范对通信塔架结构计算影响

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摘要：2012年版荷载规范（GB50009-2012）对风荷载的计算方法做了较大的修改，本文通过对角钢塔的实例计算来阐述规范计算参数及方法变化对通信塔架结构计算的影响。

关键词：塔架结构 风荷载 荷载规范

中图分类号：E965 文献标识码：A 文章编号：

引言

2012年版荷载规范GB50009-2012（以下称新规范）相对于GB50009-2001（2006年版）（以下称旧规范），对风荷载的计算方法做了较大的修改，其中不仅调整了风压高度变化系数、山峰地形修正系数和体型系数等静力计算内容，而且对风振计算的内容与方法做了大量的改进和完善工作，修改了顺风向风振系数的计算表达式和计算参数等。因此通信塔架结构风荷载计算参数及计算过程产生了较大的变化，本文通过对角钢塔的实例计算，来阐述此变化及影响。

新荷载规范通信塔架结构风荷载计算方法的变化

1.1风压高度变化系数

常用通信塔架的高度普遍为20-60米。旧规范中梯度高度的变化范围比较小，使得规范中四类剖面的地貌类别的区分度和涵盖范围不够。根据经典边界层理论，边界层厚度主要取决于流动发展的距离，随着国内城市发展，尤其是诸如北京、上海、广州等超大型城市群的发展，城市涵盖的范围越来越大，使得城市地貌下的大气边界层厚度与原来相比有显著增加。本次修订适当提高了C、D两类粗糙的梯度风高度，将风剖面的梯度高度由300m、350m、400m和450m，修改为300m、350m、450m和550m。B类风速剖面指数由0.16修改为0.15，适当降低了标准场地类别的平均风荷载，其它类别的风速剖面指数保持不变。修改后的风速剖面与日本、欧规范比较接近。根据表一可知新旧规范风压高度变化系数，新规范的风压高度变化系数普遍降低。

表一：新旧规范风压高度变化系数

1.2山峰修正系数

新规范将山峰修正系数计算公式中的系数κ由3．2修改为2．2，原因是原规范规定的修正系数在z/H值较小的情况下，与日本、欧洲等国外规范相比偏大，修正结果偏于保守。采用新规范山峰修正系数修正所得的风压值较旧规范普遍降低。

1.3风振系数

风振系数计算理论与旧规范相同，但风振系数表达公式改用国际上普遍应用的方式，即主要由共振分量因子和背景分量因子来表达，并且将峰值因子和湍流强度等参数加以明确。与旧规范相比，峰值因子g由2.2修改为2.5，对应A、B、C、D类的湍流强度由0.088、0.114、0.167、0.278修改为0.12、0.14、0.23和0.39，修改后的风振系数比旧规范有适当提高。

旧规范风振系数表达式为。

新规范风振系数表达式为。

计算实例

2.1实例概况

四脚角钢塔，塔高40米，塔脚根开为7米，塔顶宽度为1.4米，设计风压为0.55kN/m2，塔身均由角钢构件组成。设计基准期为50年，结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类。共设置三层平台，平台直径为3米，平台高度1米，平台设置在塔身高度为38米、33米、28米的位置，平台活荷载为2.0kN/m2。每个平台上设置6副G网天线（每幅天线挡风面积0.69m2）或3副TD-S天线（每幅天线挡风面积0.98m2）。塔顶设置高度为5米的避雷针。

2.2实例计算

角钢塔风荷载主要包括塔身风载、天线风载、平台风载、避雷针风载和爬梯馈线风载，其中起主要作用的是塔身风载、天线风载和平台风载。塔身风载通过3D3S软件施加单元导荷载功能实现，天线风载和平台风载需要通过手算施加在模型中。

天线和平台风载采用荷载规范公式计算。

为风压高度变化系数，旧规范离地面高度为5米、10米、15米、20米、30米、40米的风压高度变化系数为1.00、1.00、1.14、1.25、1.42、1.56，新规范离地面高度为5米、10米、15米、20米、30米、40米的风压高度变化系数为1.00、1.00、1.13、1.23、1.39、1.52。

为风荷载体形系数，塔身风荷载体形系数为2.6（90°方向）、2.9（45°方向），平台风荷载体形系数为1.9，天线风荷载体形系数为1.3。

为高度z处的风振系数。经计算新规范塔身高度38米、33米、28米处的风振系数为1.94、1.81、1.66；经计算旧规范塔身高度38米、33米、28米处的风振系数为1.71、1.61、1.52。

新规范：经计算塔身高度38米、33米、28米处平台的风荷载标准值为3.42kN、3.05kN、2.64kN；塔身高度38米、33米、28米处天线的风荷载标准值为8.49kN、6.29kN、5.44kN。旧规范：经计算塔身高度38米、33米、28米处平台的风荷载标准值为3.14kN、2.84kN、2.55kN；塔身高度38米、33米、28米处天线的风荷载标准值为6.39kN、5.77kN、5.19kN。

2.3计算结果

本计算采用3D3S软件计算，旧规范采用V9.0版本，新规范采用V11.0版本。塔柱应力比详见表二。

表二：塔柱应力比

3结论

由于风压高度变化系数和风振系数的计算变化，采用新规范计算的风荷载在塔身高度分布有所变化，采用新规范计算的塔柱应力比在塔身高度中上段最大增大6.2%，在塔身高度下半段最多减小20.4%，塔顶位移增大7.1%，塔脚压力增大4.4%，塔脚拔力增大5.9%。

采用新规范后，在满足塔顶位移的情况下，对于通信塔架结构计算和结构设计影响不大。

参考文献：

【1】《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）

【2】《建筑结构荷载规范》（GB50009-2002,2006年版）

【3】《钢结构单管通信塔技术规程》（CECS 236:2008）

【4】《塔桅结构》，王肇民，科学出版社，2001

作者简介：

王悦（1977- ），男，北京工业大学大学本科,工程师，主要从事通信楼宇及塔桅设计

曹坤远（1982- ），男，北京工业大学硕士研究生,工程师，主要从事通信楼宇及塔桅设计