屋面铁塔对房屋结构影响的简明分析

陈敏文

海峡（福建）交通工程设计有限公司 福建 福州 350004

1 屋面铁塔分析

首先，由于塔架的刚度和房屋结构的刚度相比相差很大，我们一般先确定塔架的结构形式和断面等，对铁塔做出独立的分析和设计后，然后再分析对下部结构的影响。

一般说来，已有房屋新增屋面铁塔，受到规划、航空管制高度和房屋结构承载力的限制，它的高度一般不超过30米。受到下部结构柱布置的影响，塔的体型很难做到完美，铁塔的形式主要以满足使用要求为主。目前常用的结构分析和设计软件是上海同磊土木工程技术有限公司的3D3S软件，它有专门的铁塔设计模块。通过软件分析铁塔在恒载、活载、风载等的作用下，可以得出塔脚的作用力。在做受力分析的时候，尤其要注意风载的影响，风载要考虑垂直方向和45度方向荷载的影响，这样可以得到两个方向的塔脚作用力（M,V,N）和自震周期等值。可变荷载组合值系数见下表[1]。

2 对房屋结构分析的检算方法

由于混凝土框架结构的计算软件和塔架的计算软件分析方法不同，一般说来，很难将塔架直接输入PKPM软件当中，或者将框架输入3D3S软件当中。为便于检算塔架对于下部结构的影响，可以采用等代刚架来计算。塔架等代刚架的设立原则是自震周期相同，自重相同，风载相同。等代刚架如上图所示。

塔架荷载的组合有如下所示：

经过计算，我们得到塔脚内力，一侧上拔，一侧下压，还有剪力，从结果上看，组合Ⅰ起控制作用。以25米铁塔为例（设计条件：基本风压 ，根开为5米，山高40米），塔脚作用力分别是正面作用时设计值为：

假定不计自重的情况下，在风载的作用下，风载产生的上拔力和下压力为等值，为F1；自重和活载产生的塔脚内力为G，风载合力为，等代框架高度为h，a为塔脚根开（塔脚中心距离）根据方程求解出，求得

我们在用PKPM软件建立下部结构模型时，将屋面铁塔用高度为h，宽度为a(塔脚根开）的等代刚架带入，注意做到自重相同，刚度相同。在建模型时塔架层以下风荷载程序自动生成，刚架顶风荷载调整成，刚架底部按照铰接输入[2]。

3 设计实例

本方法实施前，很多算例是将塔脚荷载直接当作活载或恒载输入到结构计算当中，按照这种输入方法，铁塔风载参与了多次组合，计算结果失真。而且输入了不同方向的作用力，要比较多种工况，大大增加了工作量。而按本方法则有效地解决了上述问题。

某厂房为三层混凝土框架结构，第三层局部缩进，如下图所示。主要计算参数如下：七度抗震，二类场地，基本风压，层高均为4米，冲孔灌注桩基础。原有结构布置图等如下所示。

三层混凝土框架结构

拟在第三层屋面⑤～⑥xC-D轴设置一25米角钢塔，该塔共设置三层平台（高度分别为13,18,23米），每层平台设置六根天线。经3D3S软件分析，在正向风载作用下得到塔脚内力如下，下压力及剪力为，上拔力及剪力为。根据方程求解出求得米，。以上数据带入程序验算。

以下是屋面设立铁塔前后的数据对比。

从上表我们可以得出下列结论：

（1）柱底轴力Nmax明显增加，Nmin明显减少，这是由于铁塔在风载作用下产生下压力和上拔力所致。塔架下框架柱要考虑偏拉设计；

（2）塔脚下柱所联结屋面层梁配筋有所增加；

（3）为安全计，屋面塔架柱周边屋面板要适当加强；

（4）要考虑塔架下柱基础的适当加强。

4 效果

该项目建成后，经过十二级台风的检验，房屋结构完好无损，没有发现房屋有较大沉降，房屋梁、柱等未发现有裂缝，很好地满足了业主的要求，受到好评。本文论述方法能够大幅减少工作量，对设计分析提供有益的借鉴。