天津市电台高层建筑楼顶钢旗杆结构设计与施工

王 晖 王秀泉

(1.天津住宅集团建设工程总承包有限公司，天津 300070； 2.天津大学建筑工程学院，天津 300072)

天津市电台高层建筑楼顶钢旗杆结构设计与施工

王 晖1王秀泉2

(1.天津住宅集团建设工程总承包有限公司，天津 300070； 2.天津大学建筑工程学院，天津 300072)

以天津市电台数字广播大厦楼顶钢旗杆结构为研究对象，考虑结构自重、风荷载、安装荷载、覆冰荷载、横向风振等因素，采用Midas/Gen进行结构分析与设计，为保证结构安全可靠，并针对高层建筑楼顶施工的特点，提出钢旗杆分段吊装、整体提升的施工方案。

钢旗杆，楼顶高耸结构，结构设计，施工方案

0 引言

广播电视、通讯、电力等单位的高层建筑顶部常设置高耸的旗杆结构，兼有发射天线、避雷针、航标灯、装饰等功能。由于旗杆结构位置及结构布置的特殊性，其设计与施工均不同于普通结构。设计中除应考虑风荷载、覆冰荷载等特殊荷载，还应考虑可能的横向风振。同时，旗杆结构位于高层建筑顶部，受场地条件的限制，制作精度要求高、安装难度大，需要根据具体情况制定施工方案。

1 工程概况

天津市电台数字广播大厦楼顶钢旗杆，全长42 m，底部有13 m嵌固于主体结构中，顶部标高为151.68 m。旗杆结构由变截面圆钢管构成，钢管截面从下至上依次为：φ800×24，φ650×18，φ500×12，材料为不锈钢0Cr18Ni9Ti，屈服强度205 kN/mm2，近似按Q235钢取抗力分项系数，计算得到设计强度为187 kN/mm2。采用结构设计软件Midas/Gen建立旗杆钢结构设计模型，如图1所示。构件全部采用梁单元，节点1施加三向铰接约束，节点2，3施加水平双向铰接约束。

2 结构设计

2.1 荷载取值

1)结构自重：设计软件自动计算结构自重；2)风荷载：基本风压0.55 kN/m2，风压高度变化系数按150 m高、C类地面粗糙度取2.03，风振系数取2.0，体型系数取1.2；3)覆冰荷载：结构位于天津地区，取覆冰厚度，b=10 mm，α2=2.2，ql1=0.024 2 kN/m，ql2=0.024 7 kN/m，ql3=0.025 1 kN/m；4)检修荷载：取0.5 kN/m；5)地震作用：抗震设防烈度7度，0.15g，Ⅲ类场地。根据GB 50135-2006高耸结构设计规范[2]第4.4.3条，小于9度的钢桅杆，可不进行抗震验算。

2.2 荷载组合

根据GB 50135-2006高耸结构设计规范表3.0.6-2，检修荷载、覆冰荷载不同时考虑，又因为检修荷载作用大于覆冰荷载作用，因此组合中只考虑自重、风荷载、检修荷载的组合。

1)1.2×自重+1.4×风荷载+1.4×检修荷载。2)1.35×自重+1.4×0.6×风荷载+1.4×检修荷载。3)1.0×自重+1.0×风荷载+1.0×检修荷载。

2.3 计算结果

1)约束反力：最不利的状态下，1号节点Fy=38.1 kN，Fz=207.3 kN，2号节点Fy=135.5 kN，3号节点Fy=153.5 kN。2)位移：正常使用极限状态下，顶端6节点位移为185 mm

雷诺数Re=69 000vd=69 000×58.1×0.3=1.2×106。

3×105≤Re<3.5×106，发生超临界范围的共振，可不做处理。

3 施工方案

3.1 整体思路

利用现有QTZ250型塔吊为垂直运输设备，将旗杆分段运输至数字广播大厦主楼内钢旗杆设计位置下方(标高82.975 m～125.355 m)，在主体结构内将旗杆钢结构依次连接成为整体，然后利用吊链整体提升至151.68 m设计标高位置。

3.2 钢构件制作

钢旗杆长42.38 m，受塔吊起重量限制，旗杆钢结构需分段制作，如图2所示，旗杆变截面处使用八块肋板进行加强，并使用4 mm厚不锈钢薄板密封肋板实现旗杆平滑过渡。

3.3 钢旗杆分段吊装

首先吊装第一节旗杆至82.975 m标高位置，然后将其与柱脚连接节点进行临时固定，并调整其垂直度和标高。按分节顺序依次吊装其余各分节旗杆，并与下节旗杆进行临时固定，同时调整其垂直度和标高，每节旗杆垂直度及标高调整完成后才能进行下一节旗杆吊装作业，吊装完成后钢旗杆位置如图2所示。

3.4 钢旗杆对接拼接

各节钢旗杆之间采用对接焊缝焊接连接，单面坡口，钢管内设置400 mm长衬管，焊缝质量等级为二级。焊接前采用安装螺栓定位，然后焊接水平对接焊缝，焊接完成后拆除安装螺栓，割除螺栓连接板。设置了安装螺栓连接板的旗杆应在工厂进行预拼装，确保拼接节点处的加工精度满足安装要求，保证旗杆对接拼接方便快捷地完成，同时，设置安装螺栓连接板还可以减小焊接变形。

3.5 钢旗杆整体提升

1)钢旗杆整体提升采用4根10 t吊链交替循环进行，首先在主体结构122.67 m标高旗杆位置搭设提升架体，如图3所示。

2)提升架体安装完成后，解除钢旗杆临时固定措施，然后使用吊链1、吊链2同步向上提升旗杆9 m。

3)旗杆第一次提升到位后，吊链1，2不飞钩，先将吊链3，4栓于架体下方9 m旗杆吊耳上，然后吊链3，4同步缓慢提升旗杆，待吊链1，2完全松弛内力卸除后再飞钩，然后继续提升3，4到达指定标高。然后按相同步骤进行第三次提升，如图4所示。

4)钢旗杆提升到设计标高后，吊链暂时不飞钩，进行109.3 m处柱脚节点安装，柱脚节点(如图1所示1节点)安装完成后进行旗杆垂直度及标高调整，旗杆垂直度及标高都达到相关要求后，将旗杆与主体结构进行永久连接(如图1所示2,3节点)，然后缓慢卸除吊链，割除提升吊耳，至此完成钢旗杆安装。

3.6 施工注意事项

1)吊装时，吊机操作应尽量缓慢进行，以减小冲击力的影响，尽量避免超载和斜吊构件；2)作业面安装风速仪，禁止在六级风及以上的情况下进行吊装作业；3)雷雨天气禁止施工，如遇突发雷雨天气，施工人员应立即停止作业，进入主体结构避雷区躲避；4)为防止钢旗杆提升过程中提升架变形引起安全隐患，除对提升架进行承载力验算外，还应保证提升架的刚度。

4 结语

通过对天津市电台数字广播大厦楼顶旗杆钢结构的设计分析及施工方案制定，得到以下结论：1)旗杆钢结构最不利应力小于钢材的设计强度，结构承载力满足设计要求；2)结构正常使用状态下最大变形小于规范限值，结构刚度满足设计要求；3)对由脉动风引起的旗杆横向风振的验算表明，旗杆钢结构发生超临界状态共振，可不做处理；4)钢旗杆的分段吊装、整体提升的施工方案安全可靠。

[1] GB 50009-2012，建筑结构荷载规范[S].

[2] GB 50135-2006，高耸结构设计规范[S].

[3] Midas I T.Midas/Gen:General Structural Design System for Windows,Online Manual,V.7.1.1(R2)[J].Korea,2006(4)：22.

Design and construction of steel flag pole structure of the high-rise radio building in Tianjin

WANG Hui1WANG Xiu-quan2

(1.TianjinResidentialGroupConstructionEngineeringContractCo.,Ltd,Tianjin300070,China;2.CollegeofBuildingEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)

Taking the steel flag pole structure of Tianjin radio and broadcasting building top as the research target, the paper considers structural self-weight, wind load, installation load, ice load and horizontal wind vibration and other factors, applies Midas/Gen for structural analysis and design, and puts forward section steel flag pole hoisting and overall hoist in light of high-rise building top construction features in order to guarantee the structure safe and reliable.

steel flag pole, top building structure, structural design, construction scheme

1009-6825(2014)15-0037-03

2014-03-14

王 晖(1975- )，男，工程师； 王秀泉(1989- )，男，在读硕士

TU318

A