插接式灯杆景观通信塔精细化设计分析研究-中国期刊网

插接式灯杆景观通信塔精细化设计分析研究

黄光辉

中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司，河南郑州 450052

摘要：本文利用3D3S有限元分析软件对40米落地灯杆插接式景观塔进行建模，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40米插接式景观塔的塔身主材应力比由传统模式的1.12降为0.91，位移比由1/27降至1/46，满足了新增3付天线的承载要求，挂载总面积从原设计的7.2m²增加到8.19m², 提升了26%，通过采用新行标的计算指标传统灯杆景观通信塔的承载能力得到大幅度的提升。

关键词：景观塔；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，以中国铁塔为代表的基站基础设施建设开始由新建转向改造，而城区多以灯杆景观塔、单管塔为主，多为三大运营商前期交付过来的存量塔型，该类塔型挂载能力相对较弱，且站址多位于密集城区，受市政协调等各种因素影响，新建则普遍存在选址难、投资高的问题。而新行标《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》YD/T 5131-2019在单管塔水平位移限值由老规范的1/40降低到1/33，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 通信40米景观塔基站

1.1 基站站址概述

该基站为40m落地灯杆插接式景观塔，属于南阳市城区站点，于2015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
序号	中心挂高	名称	原设计	现状	原设计	现状	原设计	现状	空余抱杆数量
1	38m	天线（含RRU）	３	3	0.8	0.79	40	50	0
2	36m	天线（含RRU）	３	3	0.8	0.78	40	50	0
3	34m	天线（含RRU）	3	3	0.8	0.79	40	50	0

注：以上信息包含RRU

1.2新增挂载需求

目前，移动运营商提出新物联网增挂载需求如表2，新增需求方案如图1，改造前的铁塔如图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
序号	中心挂高	名称	数量	迎风面积（m²/副）	重量（kg/副）	挂载方式
1	31m	天线（含RRU）	3	0.9	60	新增支架挂载

图1新增需求方案图2 改造前的铁塔

2 建立40米灯杆景观塔3D3S模型进行承载能力复核

依据现场勘查报告、原有图纸、挂载现状、运营商新增需求，从挡风面积、折减系数、位移限制三方面对一般模式和精细化设计方法比较如下。

1）水平位移标准

一般模式单管塔水平位移控制标准为塔高的1/40，依据行标报批稿3.1.10条，本项目水平位移控制标准为塔高的1/33。

2）挡风面积

天线（含RRU）、平台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）
序号	中心挂高（m）	名称	数量	一般模式	精细化
1	38	天线（含RRU）	3	0.8	0.79
2	36	天线（含RRU）	3	0.8	0.78
3	34	天线（含RRU）	3	0.8	0.79
4	31	天线（含RRU）	3	0.9	0.9

3）折减系数

一般模式计算天线挡风面积是按天线数量乘天线正面面积，精细化设计按行标报批稿3.3.2条进行折减：3副及以上天线均匀安装于同一高度的单管塔塔身且该处塔身直径与天线宽度的比值不小于1.1时，天线总的挡风面积可按天线数量乘天线正面面积，并乘以折减系数K2。本项目两种模式折减系数如表4。

表4两种复核模式挡风面积折减系数比较表

序号	中心挂高（m）	名称	数量	挡风面积折减系数
序号	中心挂高（m）	名称	数量	一般模式	精细化
1	38	天线(含RRU)	3	不折减	不折减
2	36	天线(含RRU)	3	不折减	不折减
3	34	天线(含RRU)	3	不折减	不折减
4	31	天线(含RRU)	3	不折减	0.7

基本风压

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 灯杆景观塔有限元分析结果

采用一般模式和精细化设计方法对塔顶位移、主材应力比等进行复核。景观塔有限元分析模型如图3。

图3 景观塔有限元分析模型

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5、表6。

表5一般模式复核结果简表

参数	塔段应力比					位移比△/H	地脚螺栓最大拉力比
参数	1	2	3	4	5	位移比△/H	地脚螺栓最大拉力比
结果	1.12	0.95	0.98	1.06	0.67	1/27	0.88
结论	不满足	满足	满足	不满足	满足	不满足	满足

表6精细化设计方法复核结果简表

参数	塔段应力比					位移比△/H	地脚螺栓最大拉力比
参数	1	2	3	4	5	位移比△/H	地脚螺栓最大拉力比
结果	0.91	0.78	0.88	0.89	0.54	1/46	0.72
结论	满足	满足	满足	满足	满足	满足	满足

一般模式复核的塔身最大应力比为1.12，位移比1/27，复核不通过。采用精细化设计方法，塔身塔身最大应力比降至0.91，最大位移比降至1/46，复核通过。

4 景观塔在精细化模式下的承载能力

本站按照一般模式复核承载超限，采用水平位移标准、实际挡风面积、折减系数和按实取基本风压等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表7。

表7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
序号	中心挂高（m）	原设计	现状	精细化	挂载能力提升比率
1	38	2.4	2.4	2.1	26%
2	36	2.4	2.4	1.8
3	34	2.4	2.4	2.1
4	31			1.89
合计		7.2	7.2	8.19

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40米灯杆景观通信塔进行建模，分析了景观塔采用新行标标准的承载能力：在精细化模式下40米通信景观塔的塔身主材应力比由传统模式的1.12降为0.91，位移比由1/27降至1/46，满足了新增3付天线的承载要求，挂载总面积从原设计的7.2m²增加到8.19m², 提升了26%，通过采用新行标的计算指标灯杆景观塔的承载能力得到大幅度的提升。

参考文献：

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.
唐峰,张帆,屠海明,周志勇.单管塔塔头模型风洞试验[J].哈尔滨工业大学学报,:1-12.

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第四分公司

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