既有通信铁塔增挂广告牌结构特性分析

刘玉兰

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，利用既有铁塔改造增挂广告牌势必会对原有铁塔的使用状态产生一定的影响，相同广告牌在同种塔型上的不同挂载方式和不同挂载高度对整塔的应力、位移等特性的影响也会不同。通过对某种大型高耸格构筑广告牌的结构设计方案进行比选研究，得出不同荷载工况下的最优结构设计方案，提出了一种综合考虑风速风向影响的广告牌风灾风险评估方法，风荷载和抗侧刚度对高耸广告牌格构式立柱的影响，分析了单管塔加挂LED广告牌前后对单管塔自振周期和应力位移等特性的影响等。对新建广告牌方案设计的研究，对既有结构增加广告牌后的影响研究较少，本文通过使用有限元分析软件，对两种典型既有通信铁塔进行增挂广告牌模拟计算，并对增挂广告牌后铁塔的特性变化进行分析研究，确定最适宜的增挂方案，可作为类似工程的参考。

关键词：广告牌，单管式铁塔，格构式铁塔，基础

引言

通信铁塔杆塔资源的共享利用符合绿色节能的发展方向，其中附挂广告牌占比最高。广告牌的样式对杆塔的受力状态影响较大。针对平板式和圆筒式广告牌，分析广告牌不同样式对杆塔承载力的影响;针对杆体增设不同透风系数的广告牌，分析广告牌透风系数对整体结构受力性能的影响;针对广告牌不同的高宽比，分析高宽比对结构内力的影响。分析后可知，圆筒式广告牌对原塔体结构受力状态影响更小;增设的广告牌透风系数与内力增加值负线性相关;广告牌高宽比越大，对塔体内力影响越小。

1通信铁塔分类

可用于改造增挂广告牌的高耸通信铁塔按结构类型主要分为单管式和格构式两种，单管式通信塔与钢管电力塔相似，属于高耸悬臂类结构;格构式通信塔包含角钢塔、增高架、三管塔及其他形式的多管塔等，构件多，刚度较大，既有通信铁塔在满足正常使用条件下，对允许新增的广告牌等额外荷载控制较为严格，通过有限元软件分析既有单管式塔和三管格构式塔在增挂广告牌后对自身应力、变形等特性的影响，以寻求两种类型铁塔改造增加广告牌最适宜的方案。

2广告牌样式对单管塔结构承载力影响分析

以《中国铁塔股份有限公司通信铁塔标准图集V1.3》中40m单管塔DGT（C）-40-0.45-3PT5为算例，对比分析增加平板式和圆筒式广告牌对原塔体结构承载力的影响。单管通信塔DGT（C）-40-0.45-3PT5几何参数为：塔体总高40m，塔顶口径为600mm，塔底口径为1170mm，塔体由4段插接连接，段长分别为11500mm、9743mm、9976mm、10059mm。计算参数：基本风压为0.45kN/m2，抗震设防烈度为8度，地面粗糙度类别为B类，设计使用年限为50年，结构安全等级为二级。拟增广告牌投影面积为5m2。增设不同类型广告牌塔体内力对比如表1所示。由表1计算得到，增设平板式广告牌使得塔脚弯矩增加10.07%，塔脚剪力增加12.38%，杆体最大应力增加10.44%，地脚螺栓应力增加10.1%;增设圆筒式广告牌使得塔脚弯矩增加7.36%，塔脚剪力增加9.05%，杆体最大应力增加7.69%，地脚螺栓应力增加7.35%.相同投影面积下，增设圆筒式广告牌比增设平板式广告牌内力增幅减小约27%，圆筒式的广告牌对原塔体结构受力状态影响更小。

3单管式铁塔增挂广告牌计算

使用中国铁塔《通信铁塔标准图集V1.3》中DGT（C）-35-0.45-3PT3塔型作为计算示例，塔高35m，分4段塔身插接，Q345钢材，顶部塔径450mm，底部塔径1120mm。采用有限元分析软件SAP2000进行铁塔结构计算，取50年重现期的基本风压0.45kN/m2，地面粗糙度B类，为了显示增挂广告牌后铁塔本身特性的变化，选取13组尺寸、透风率、中心挂载高度、挂载方式各有不同的广告牌进行计算对比。其中对于长边较长的广告牌，可分为长边与塔身轴线平行或长边与塔身轴线垂直两种挂置方式，广告牌风荷载简化为多个集中力等距施加到塔身，中国铁塔联合同济大学通过风洞试验对塔桅风荷载进行了相关研究，对格构式铁塔风荷载计算中的阻尼比、单管式塔的侧移指标都有了调整。参考中国铁塔技术标准《通信铁塔技术要求（试行）（V1.2）》中的规定，以风荷载为主的标准组合下，单管式塔顶部的水平位移不应大于塔高的1/33，即1060mm，地脚螺栓拉力比可按不超过0.95控制。

4基于嵌入式技术的智能广告牌系统的实践步骤

根据智能广告牌系统应当具备的特点，该设计方案中应当包含无线通信、客户端、主控端和节点若干个。用户可以在用户端对电子广告牌系统进行远程监控及设置，使用方便，节省了人工成本。该系统能够远程监控多个智能广告牌，主控端基于嵌入式技术，能够与客户端及节点远程通信。节点主要用于和主控端通信，同时直接控制广告牌显示屏。此外，智能广告牌显示屏能够显示多种图案，美观度高，能够重复利用。具体可以分为以下几个实践步骤。（1）基于嵌入式技术的智能广告牌系统的需求分析。通过对广告牌行业市场的行情分析，对商家、销售者、消费者进行调研、问卷调查、面对面交流，找出他们对该系统的需求，分析系统的可行性。（2）对智能广告牌测控系统进行设计及研究。通过对目前嵌入式ARM技术的最新技术研究，找到适合本系统开发的技术，并对该平台的总体物理架构、总体功能模块和关键技术展开研究，并给出实施方案。（3）对系统移动终端的设计及研究。对手机终端进行设计及研究，开发出一个控制系统的界面，方便用户对广告牌进行远程监测及控制。（4）对广告牌显示系统进行设计及研究。广告牌显示系统采用电子显示屏，多为图形点阵模式。图形点阵应用广泛，能够显示丰富的信息内容，应用场合较多。广告牌显示屏与节点直连，每个广告牌显示屏都对应一个节点，由节点直接控制显示内容。（5）对系统的无线通信传输技术进行研究。基于嵌入式技术的智能广告牌系统主要依赖两方面的通信技术：短距离视频通信和远距离的移动通信技术，重点主要是对这些通信技术的应用进行研究，实现系统终端、节点间的远程通信。

5格构式铁塔增挂广告牌计算

1）原塔地脚螺栓强度冗余量较多，增挂广告牌后整塔强度由塔底段的主杆稳定性应力比控制;2）总面积相同时，使用字体和单块牌的形式，计算结果相同;3）与单管塔计算结果类似，广告牌透风率达到30%时，与降低3m挂高时的计算结果相近。由对比的结论可知，此35m三管塔最适宜的改造增挂方案为：1）在10m～25m高度范围增挂总面积约30m2，且透风率达到30%的字体或单块牌;2）在15m～20m高度范围增挂面积约30m2，长边横向放置的单块牌。

结语

1）既有通信铁塔塔身结构均有一定的强度余量满足于增挂广告牌，增挂后单管塔整体强度由地脚螺栓拉力比控制，三管塔则由塔底段主杆稳定性应力比控制。2）广告牌透风率达到30%时与不透风广告牌降低3m挂高产生的风荷载效应相近，本文计算示例可作参考，具体的广告牌增挂方案需根据实际塔型的设计参数进行计算复核确定。

参考文献

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