通信三管塔的风振系数

庞　博

（中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司，河南 郑州 450000）

通信三管塔的风振系数

庞博

（中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司，河南 郑州 450000）

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）在风荷载计算方法上做了较大的修改，风振系数有了显着的提高，与《高耸结构设计规范》B50135-2006相比，不同规范设计出来的通信塔造价相差10%～20%，值得设计人员深入研究。

三管塔；移动通信；风振系数

通信铁塔是移动通信系统信号覆盖建设的基础设施。由于通信铁塔的占地尺寸通常要远小于其高度，因此通常将其作为一种高耸进行设计。通信铁塔的设计控制荷载通常为水平方向的风荷载和地震荷载。由于铁塔从材质上属于钢结构，其对地震作用的反应相对较小，通常情况下对小于8度的地区可不进行抗震验算，只采取抗震构造，因此风荷载是铁塔设计时主要考虑的荷载工况。

按照塔身的构造形式，常用的塔型包括拉线桅杆、单管塔、三管塔和角钢塔。其中三管塔和角钢塔由于建设高度较高，常用于野外开阔场地，以获得较大的信号覆盖面积。相比于三管塔，角钢塔的造价更高、施工更复杂、占地面积更大，但其可建设的高度更高，也具有更大的安全储备，因此更适用于较为恶劣的建设环境中。河南地处0.3～0.45kN/m2的风压范围，适合采用经济性较好的三管塔建设方案，目前三管塔已成为河南地区的新建落地塔的主力塔型。

《建筑结构荷载规范（GB50009-2012）》（以下简称2012版荷载规范）与《建筑结构荷载规范（2006年版）（GB50009-2001）》（以下简称2006版荷载规范）在风荷载计算方法上做了较大的修改。不仅调整了风压高度系数，补充完善了风荷载体型系数，还修改了顺风向风振系数的计算表达式和计算参数。主要体现为以下两点：

（1）2012版荷载规范对于梯度风高度范围内的风压高度系数取值做了明显的降低，特别是对于C、D类地貌，降幅超过10%。

（2）2012版荷载规范计算得到的风振系数有了显着的提高，对于A、B、C、D类场地，分别提高了约24.4%、17.6%、25.1%、26.4%。

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012是为了适应建筑结构设计的需要，符合安全适用、经理合理的要求。建筑物主要为提供人类居住功能的人工建造物，需要考虑人居住时的舒适度等问题。《高耸结构设计规范》B50135-2006适用于钢及钢筋混凝土高耸结构，包括广播电视塔、通信塔输电高塔、烟囱等构筑物的设计。构筑物就是不具备、不包含或不提供人类居住功能的人工建造物，主要考虑设备等功能使用要求。两本规范考虑因素不一样，风振系数计算公式不一样。

表1　

表2　

表3　两种计算方法地角反力对比表

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012中风振系数计算公式为：

《高耸结构设计规范》B50135-2006中风振系数计算公式为：

综上，《建筑结构荷载规范》GB50009-2012与《高耸结构设计规范》B50135-2006计算结果会不同。

某45m三管塔在其他条件完全相同的情况下，同振系数计算结果见表1。

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012与《高耸结构设计规范》B50135-2006垂直作用于高耸结构表面单位计算面积上的风荷载标准值计算公式相同：

式中：

wk──作用在高耸结构z高度处单位投影面积上的风荷载标准值（kN/m2）；

w0，R──对应于重现期为R的风压代表值，其值应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用；当重现期为50年时，风压代表值为基本风压w0，取值不得小于0.35kN/m2；

μz──高度z处的风压高度变化系数；

μs──风荷载体型系数；

βz──高度z处的风振系数。

注：（1）此处风荷载为顺风向风阻。

（2）单位计算面积是指沿高耸结构高度方向分段的当前计算段落的正面挡风面积。

风振系数不同直接导致风荷载差别很大。并且45m三管塔天线、RRU等主要设备（为主要挡风面积）挂高在43.2m～35.1m之间。采用的同济大学塔桅课题组的三管塔专用软件MWT3.0按《高耸结构设计规范》B50135-2006计算各项指标完全合格的45m三管塔，用采用《建筑结构荷载规范》GB50009-2012的同济大学3D3S软件进行复核时，应力比、位移比、法兰节点、地脚螺栓等均不满足规范要求。加大钢管壁厚、法兰，斜撑尺寸使计算结果满足规范要求，最终塔重增加17.87%。

两种计算方法塔重对比表见表2。

用上述两种方法计算出的基础反力也存在较大差别，在风荷载的作用下，三管塔塔柱分别出现压力及拔力，由于根开小，底段塔柱的压力及拔力比较大，对于桩基础，抗拔力为主要控制力，对于筏板基础，三管塔主要考虑抵抗塔底的水平力及弯矩。《建筑结构荷载规范》比《高耸结构设计规范》增加见表3，基础作用力增加，对等的地质情况基础造价也会大幅增加。

综合风压高度系数与风振系数的调整，由于高耸结构本身的风振系数较大，因而调整系数后引起的风振系数增加比例更大，一般均超过风压高度系数下降的幅度，综合考虑后，2012版荷载规范实际上是提高了高耸结构的风荷载（部分结构提高幅度超过15%）；对于以风荷载为主要控制荷载的高耸结构而言，风荷载的调整对整个结构效应的影响是很大的。选用不同规范所计算出的塔造价相差在10%～20%。

结语

随着各地环境美化的需要和农村城市化进程的推进，通信铁塔作为公共建筑，必然要向经济实用、造型美观、多样化等方向发展。三管塔不仅经济上比较合理，而且结构造型美观，符合国家“节能减排”的基本国策，是未来移动通信塔的较佳选择。《建筑结构荷载规范》GB50009-2012与《高耸结构设计规范》B50135-2006两本规范考虑因素不一样，风振系数计算公式不一样，风荷载相差很大。设计人员需要深入研究两本规范的差别，在保证安全的前提下合理节约资源，降低造价。

［1］ GB50009-2012，建筑结构荷载规范［S］.

［2］ B50135-2006，高耸结构设计规范［S］.

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