楼面增高架通信塔精细化设计分析研究

黄光辉

摘 要：本文利用3D3S有限元分析软件对15米楼顶增高架进行建模，通过对比传统模式模型分析结果和采用新行标的精细化模式模型分析结果可知：在精细化模式下15米楼顶增高架的塔身主材应力比由传统模式的1.26降为0.95，位移比由1/109降至1/128，满足了新增3付天线的承载要求，挂载总面积从原设计的3.6m2增加到6.84m2, 提升了90%，通过采用新行标的计算指标楼顶增高架通信塔的承载能力得到大幅度的提升。

关键词：增高架；精细化；承载力；新行标；

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引言

随着近年来5G网络的大力发展，通信基站建设大量建设，三管塔和单管塔用钢量大，造价高，而楼面增高架利用现有建筑的高度，减少钢材使用，建设成本低，得到了大量应用，而新行标《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》YD/T 5131-2019的发布，将格构式塔架阻尼比由0.01优化为0.02，挡风面积可以根据实际相应的进行折减，这一系列的变化对通信塔承载力的复核产生了一定的影响。

1 楼面增高架通信塔基站

1.1基站站址概述

该基站为15米楼顶增高架，属于县区站点，于2013年建成，设计基本风压0.45kN/ m2，设计使用年限50年。原设计及现状挂载参数如表1。

表1 原设计及现状挂载参数表

序号	中心挂高	名称	数量		迎风面积（m2/副）		重量（kg/副）		空余抱杆数量
			原设计	现状	原设计	现状	原设计	现状
1	15m	天线	3	3	0.6	0.58	25	35	0
		RRU	0	3	0	0.18	0	15
2	12m	天线	3	3	0.6	0.58	25	35	0
		RRU	0	0	0	0	0	0

注：以上信息包含RRU

1.2新增挂载需求

运营商提出新增挂载需求如表2。新增需求方案如图1，新增挂载后的铁塔如图2。

表2 挂载需求和二次改造预留参数表

序号	中心挂高	挂载需求				挂载方式
		名称	数量	迎风面积（m2/副）	重量（kg/副）
1	9m	天线	3	0.6	30	新增支架挂载
		RRU	3	0.2	15

图1新增需求方案 图2新增挂载后的铁塔

2 建立15米楼顶增高架3D3S模型进行承载能力复核

依据原有图纸、挂载现状、运营商新增需求，从挡风面积、阻尼比、降RRU和风压取值四方面对一般模式和精细化设计方法比较如下。

1）挡风面积

天线挡风面积一般模式通常按原设计取值，精细化设计以实际尺寸为准。本项目两种模式挡风面积如下表。

表3两种复核模式挡风面积比较表

序号	中心挂高（m）	名称	数量	挡风面积（m2/副）
				一般模式	精细化
1	15	天线	3	0.6	0.58
		RRU	3		0.18
2	12	天线	3	0.6	0.58
		RRU	0
3	9	天线	3	0.6	0.52
		RRU	6	0.2	0.18

2）阻尼比

一般模式计算风阵系数时阻尼比取0.01，精细化设计按行标报批稿将阻尼比由0.01优化为0.02。

3）降RRU

将位于第一层支架的RRU将至第三层，以减小第一层的风荷载值。

4）风压取值

依据荷载规范河南50年一遇的基本风压为0.45kN/m2，该塔桅原设计基本风压为0.45kN/m2，但是南阳市50年一遇的基本风压为0.35kN/m2，相对河南基本风压较低，因而因地制宜进行精细化设计，在南阳地区范围内的铁塔核算按0.35kN/m2进行建模核算。

3 楼顶增高架有限元分析结果

采用一般模式和精细化设计方法对塔顶位移、主材强度、地脚螺栓等进行复核，复核结果分别见表4。

表4两种模式复核结果简表

塔段编号		1	2	3	4	5
材应力比	一般模式	1.2	0.89	0.92	1.26	0.95
	精细化	0.92	0.71	0.8	0.95	0.89
斜材应力比	一般模式	0.51	0.55	0.45	0.39	0.67
	精细化	0.45	0.50	0.39	0.28	0.48
螺栓拉力比	一般模式	0.76	0.71	0.67	0.61	0.56
	精细化	0.68	0.62	0.60	0.55	0.51
结论	一般模式	不满足	满足	满足	不满足	满足
	精细化	满足	满足	满足	满足	满足
位移比	一般模式	1/109（满足）
	精细化	1/128（满足）

一般模式复核塔身主材最大应力比为1.26，超出承载限值，复核不通过。采用精细化设计方法，复核通过且承载能力尚有部分富余。

4 楼面增高架在精细化模式下的承载能力

本站新增挂载总面积已超出原设计，一般模式复核承载超限，采用四种精细化设计方法后，可满足本次需求。本项目采用精细化设计方法提升挂载能力效果如下表5。

表5精细化模式提升挂载能力效果表

序号	中心挂高（m）	挂载总面积（m2）			挂载能力提升比率
		原设计	现状	精细化
1	15	1.8	2.4	2.28	90%
2	12	1.8	1.8	1.74
3	9			2.82
合计		3.6	4.2	6.84

注1：挂载总面积未统计平台挡风面积。

注2：挂载能力提升比率为相对原设计总挂载面积的百分比。

5结论

本文利用同济大学3D3S有限元分析软件对15米楼顶增高架进行建模，分析了增高架采用新行标标准的承载能力：在精细化模式下15米楼顶增高架的塔身主材应力比由传统模式的1.26降为0.95，位移比由1/109降至1/128，满足了新增3付天线的承载要求，挂载总面积从原设计的3.6m

2增加到6.84m2, 提升了90%，通过采用新行标的计算指标楼顶增高架的承载能力得到大幅度的提升。

参考文献：

[1]曲方明.5G建设过程中通信铁塔的承载能力分析[J].电子技术与软件工程,2021,(07):3-4.

[2]罗宝康,王君.浅谈现有增高架存在的若干问题及整改措施[J].中国新通信,2017,19(06):96-97.

作者简介：黄光辉，（1990.11）男，硕士，研究方向：土建铁塔结构设计，单位：中国通信建设集团设计院有限公司