新荷載規(guī)范對(duì)通信塔架結(jié)構(gòu)計(jì)算影響

1、新荷載規(guī)范對(duì)通信塔架結(jié)構(gòu)計(jì)算影響 摘要：2012年版荷載規(guī)范（gb50009-2012）對(duì)風(fēng)荷載的計(jì)算方法做了較大的修改，本文通過(guò)對(duì)角鋼塔的實(shí)例計(jì)算來(lái)闡述規(guī)范計(jì)算參數(shù)及方法變化對(duì)通信塔架結(jié)構(gòu)計(jì)算的影響。 關(guān)鍵詞：塔架結(jié)構(gòu) 風(fēng)荷載 荷載規(guī)范 中圖分類號(hào)：e965 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)： 引言 2012年版荷載規(guī)范gb50009-2012（以下稱新規(guī)范）相對(duì)于gb50009-2001（2006年版）（以下稱舊規(guī)范），對(duì)風(fēng)荷載的計(jì)算方法做了較大的修改，其中不僅調(diào)整了風(fēng)壓高度變化系數(shù)、山峰地形修正系數(shù)和體型系數(shù)等靜力計(jì)算內(nèi)容，而且對(duì)風(fēng)振計(jì)算的內(nèi)容與方法做了大量的改進(jìn)和完善工作，修改了順風(fēng)向風(fēng)振系數(shù)

2、的計(jì)算表達(dá)式和計(jì)算參數(shù)等。因此通信塔架結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計(jì)算參數(shù)及計(jì)算過(guò)程產(chǎn)生了較大的變化，本文通過(guò)對(duì)角鋼塔的實(shí)例計(jì)算，來(lái)闡述此變化及影響。 新荷載規(guī)范通信塔架結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計(jì)算方法的變化 1.1風(fēng)壓高度變化系數(shù) 常用通信塔架的高度普遍為20-60米。舊規(guī)范中梯度高度的變化范圍比較小，使得規(guī)范中四類剖面的地貌類別的區(qū)分度和涵蓋范圍不夠。根據(jù)經(jīng)典邊界層理論，邊界層厚度主要取決于流動(dòng)發(fā)展的距離，隨著國(guó)內(nèi)城市發(fā)展，尤其是諸如北京、上海、廣州等超大型城市群的發(fā)展，城市涵蓋的范圍越來(lái)越大，使得城市地貌下的大氣邊界層厚度與原來(lái)相比有顯著增加。本次修訂適當(dāng)提高了c、d兩類粗糙的梯度風(fēng)高度，將風(fēng)剖面的梯度高度由300m、

3、350m、400m和450m，修改為300m、350m、450m和550m。b類風(fēng)速剖面指數(shù)由0.16修改為0.15，適當(dāng)降低了標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地類別的平均風(fēng)荷載，其它類別的風(fēng)速剖面指數(shù)保持不變。修改后的風(fēng)速剖面與日本、歐規(guī)范比較接近。根據(jù)表一可知新舊規(guī)范風(fēng)壓高度變化系數(shù)，新規(guī)范的風(fēng)壓高度變化系數(shù)普遍降低。 表一：新舊規(guī)范風(fēng)壓高度變化系數(shù) 1.2山峰修正系數(shù) 新規(guī)范將山峰修正系數(shù)計(jì)算公式中的系數(shù)由32修改為22，原因是原規(guī)范規(guī)定的修正系數(shù)在z/h值較小的情況下，與日本、歐洲等國(guó)外規(guī)范相比偏大，修正結(jié)果偏于保守。采用新規(guī)范山峰修正系數(shù)修正所得的風(fēng)壓值較舊規(guī)范普遍降低。 1.3風(fēng)振系數(shù) 風(fēng)振系數(shù)計(jì)算理論與舊

4、規(guī)范相同，但風(fēng)振系數(shù)表達(dá)公式改用國(guó)際上普遍應(yīng)用的方式，即主要由共振分量因子和背景分量因子來(lái)表達(dá)，并且將峰值因子和湍流強(qiáng)度等參數(shù)加以明確。與舊規(guī)范相比，峰值因子g由2.2修改為2.5，對(duì)應(yīng)a、b、c、d類的湍流強(qiáng)度由0.088、0.114、0.167、0.278修改為0.12、0.14、0.23和0.39，修改后的風(fēng)振系數(shù)比舊規(guī)范有適當(dāng)提高。 舊規(guī)范風(fēng)振系數(shù)表達(dá)式為。 新規(guī)范風(fēng)振系數(shù)表達(dá)式為。 計(jì)算實(shí)例 2.1實(shí)例概況 四腳角鋼塔，塔高40米，塔腳根開為7米，塔頂寬度為1.4米，設(shè)計(jì)風(fēng)壓為0.55kn/m2，塔身均由角鋼構(gòu)件組成。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防類別為丙類。共設(shè)置

5、三層平臺(tái)，平臺(tái)直徑為3米，平臺(tái)高度1米，平臺(tái)設(shè)置在塔身高度為38米、33米、28米的位置，平臺(tái)活荷載為2.0kn/m2。每個(gè)平臺(tái)上設(shè)置6副g網(wǎng)天線（每幅天線擋風(fēng)面積0.69m2）或3副td-s天線（每幅天線擋風(fēng)面積0.98m2）。塔頂設(shè)置高度為5米的避雷針。 2.2實(shí)例計(jì)算 角鋼塔風(fēng)荷載主要包括塔身風(fēng)載、天線風(fēng)載、平臺(tái)風(fēng)載、避雷針風(fēng)載和爬梯饋線風(fēng)載，其中起主要作用的是塔身風(fēng)載、天線風(fēng)載和平臺(tái)風(fēng)載。塔身風(fēng)載通過(guò)3d3s軟件施加單元導(dǎo)荷載功能實(shí)現(xiàn)，天線風(fēng)載和平臺(tái)風(fēng)載需要通過(guò)手算施加在模型中。 天線和平臺(tái)風(fēng)載采用荷載規(guī)范公式計(jì)算。 為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，舊規(guī)范離地面高度為5米、10米、15米、20米、

6、30米、40米的風(fēng)壓高度變化系數(shù)為1.00、1.00、1.14、1.25、1.42、1.56，新規(guī)范離地面高度為5米、10米、15米、20米、30米、40米的風(fēng)壓高度變化系數(shù)為1.00、1.00、1.13、1.23、1.39、1.52。 為風(fēng)荷載體形系數(shù)，塔身風(fēng)荷載體形系數(shù)為2.6（90方向）、2.9（45方向），平臺(tái)風(fēng)荷載體形系數(shù)為1.9，天線風(fēng)荷載體形系數(shù)為1.3。 為高度z處的風(fēng)振系數(shù)。經(jīng)計(jì)算新規(guī)范塔身高度38米、33米、28米處的風(fēng)振系數(shù)為1.94、1.81、1.66；經(jīng)計(jì)算舊規(guī)范塔身高度38米、33米、28米處的風(fēng)振系數(shù)為1.71、1.61、1.52。 新規(guī)范：經(jīng)計(jì)算塔身高度38米、

7、33米、28米處平臺(tái)的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.42kn、3.05kn、2.64kn；塔身高度38米、33米、28米處天線的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為8.49kn、6.29kn、5.44kn。舊規(guī)范：經(jīng)計(jì)算塔身高度38米、33米、28米處平臺(tái)的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3.14kn、2.84kn、2.55kn；塔身高度38米、33米、28米處天線的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為6.39kn、5.77kn、5.19kn。 2.3計(jì)算結(jié)果 本計(jì)算采用3d3s軟件計(jì)算，舊規(guī)范采用v9.0版本，新規(guī)范采用v11.0版本。塔柱應(yīng)力比詳見表二。 表二：塔柱應(yīng)力比 3結(jié)論 由于風(fēng)壓高度變化系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算變化，采用新規(guī)范計(jì)算的風(fēng)荷載在塔身高度分布有所變化，采用新規(guī)范計(jì)算的塔柱應(yīng)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減小20.4%，塔頂位移增大7.1%，塔腳壓力增大4.4%，塔腳拔力增大5.9%。 采用新規(guī)范后，在滿足塔頂位移的情況下，對(duì)于通信塔架結(jié)構(gòu)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響不大。 參考文獻(xiàn)： 【1】建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（gb50009-2012） 【2】建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（gb50009-2002,2006年版） 【3】鋼結(jié)構(gòu)單管通信塔技術(shù)規(guī)程（cecs 236