屋面天线抱杆负荷计算

屋面天线抱杆负荷计算目 录1前言22抱杆的工艺规定33屋面抱杆的设计根据和分类44屋面抱杆的风荷载计算85屋面抱杆的强度、刚度及稳定性计算106备注187附件191 前言现阶段中国移动正在全力推动TD-SCDMA网络建设，基站建设是其中的核心。TD-SCDMA基站目前多数集中在大中都市，其中相称多的基站需要新建屋面抱杆用以安装TD天线。为更好地指引TD-SCDMA基站土建改造的建设工作，特对屋面抱杆进行计算。1.1 本计算合用于安装TD-SCDMA移动通信天线及塔顶放大器（如下简称“塔放”或”TMB”）的抱杆工程。1.2 抱杆工程应满足天线、塔放的工艺规定，并做到安全可靠，经济合理，施工简便，因地制宜。1.3 抱杆工程应一方面符合有关国标和行业原则的规定。 1.4 天线抱杆的使用年限取决于钢材及紧固件的防腐年限。2 抱杆的工艺规定2.1 几何尺寸及重量综合不同厂家产品的数据，取最大的尺寸与重量作参照。TD-SCDMA定向天线尺寸：1268688102mm，重量：17.6kg；塔放尺寸：352290488mm，重量：24kg，每副TD-SCDMA天线配1个塔放。图 21 天线与塔放2.2 天线抱杆的直径综合不同厂家的产品规定，选用天线卡具共同可用的尺寸作参照。抱杆直径为64mm110mm。2.3 天线间距规定同一TD机站三个扇区天线间的间距规定：水平间距2 m，如果条件不具有，特殊状况下可以1.5m。垂直间距（上层天线下缘与下层天线上缘）1.0m，特殊状况下可以0.5 m。2.4 屋面天线辐射角和抱杆安装位置屋面对天线辐射的影响，规定沿天线扇区方向，自天线顶端至屋面边沿（或女儿墙边沿）的连线与抱杆之间的夹角不不小于等于45。抱杆在屋面的安装位置由通信专业设计人员拟定。3 屋面抱杆的设计根据和分类3.1 屋面抱杆安装环境安装环境是指在建筑的屋面上安装抱杆的屋面建筑形式，指抱杆安装的位置、高度、周边状态、抱杆附着物的特性等因素所决定的综合条件。重要有上人屋面和不上人屋面两种形式，屋面安装环境大体有三种状况：（1） 无女儿墙的屋面、（2） 有女儿墙的屋面、（3） 有突出屋面的局部建筑。因建设地点不同、基本风压不同、抱杆安装高度不同，导致安装环境的很大差别。如能将抱杆的基座直接锚固在屋面构造上是最安全可靠的安装方式，但因屋面防水层破坏后很难恢复，这一方式难以实现，因此，屋面安装环境尽量以不破坏屋面防水为前提。3.2 贴墙式屋面抱杆抱杆直接固定在实心砖墙或混凝土构件上（如：混凝土梁、柱、墙）。绝对不容许运用任何类型的轻质墙固定抱杆（如：加气混凝土墙、轻质陶粒混凝土墙、空心砖墙、空斗砖墙、泰柏板墙等），遇到轻质墙时，应将抱杆固定在轻质墙体内的混凝土构造柱上。贴墙式抱杆可固定于女儿墙，也可固定于突出屋面的局部建筑之墙体，运用墙体保证抱杆的稳定。贴墙式抱杆支架方案如Error! Reference source not found.所示：图 31 贴墙式抱杆安装规定（1） 附着于女儿墙内侧的抱杆，由于固定端长度较短，抱杆不适宜过长，女儿墙以上长度在1.6m左右，能满足安装天线即可；同步抱杆的两个锚固点间距不不不小于0.6m。（2） 附着于突出屋面的局部建筑墙体或女儿墙外侧的抱杆，其墙顶伸出长度3m时，抱杆在墙体上的锚固长度不不不小于墙顶伸出长度的1/2。（3） 附着于突出屋面的局部建筑墙体或女儿墙外侧的抱杆，其墙顶伸出长度超过3m时，需进行专门设计。3.3 贴墙配重式屋面抱杆当女儿墙高度较低，不满足构造安装规定期，可采用此安装方式。 其特点是：在有女儿墙的屋面上，能比单纯配重式抱杆支架更接近屋面边沿。天线和塔放可安装于同一抱杆。图3.2贴墙配重式抱杆安装规定（1） 在不上人屋面安装时，如果配重块不能布置在墙、梁上方，建议加长配重臂长度以减小配重块重量。（2） 抱杆距屋面边沿的距离与抱杆高度有关，应通过计算拟定抱杆高度。抱杆较长时，应加钢斜撑。（3） 混凝土墩的重量、数量与间距通过抗倾覆计算拟定，设计拟定的配重块重量和配重臂长度不能自行变更。（4） 应首选整体混凝土配重块，如施工不便，采用散体配重时，应有散体防松散和防盗措施。（5） 配重部分安装完毕后应稳固无晃动，如屋面不平整，应在配重块下方用1:3水泥砂浆找平。（6） 选址应避开屋面挑檐、雨水口、天沟，并注意不得损害原屋面防水层。（7） 贴墙配重式抱杆支架不合用于轻型屋面。3.4 配重式屋面抱杆抱杆下端支架运用混凝土墩等重物做抗倾覆的配重，保证抱杆在风荷载作用下的稳定。采用此种方式可不破坏屋面，可用于上人和不上人屋面。由于一般屋面构造容许荷载有限，安放时应选择建筑墙、梁位置上方布置配重块，混凝土墩之间用型钢连接（焊接或螺栓连接），形成一种抱杆支架的底座。图A.4.2配重式抱杆安装规定（1） 配重式抱杆支架在不上人屋面安装时，如果配重块不能布置在墙、梁上方，建议加长配重臂长度以减小配重块重量。（2） 抱杆距屋面边沿的距离与抱杆高度有关，应通过计算拟定抱杆高度。抱杆较长时，应加钢斜撑。（3） 混凝土墩的重量、数量与间距通过抗倾覆计算拟定，设计拟定的配重块重量和配重臂长度不能自行变更。（4） 应首选整体混凝土配重块，如施工不便，采用散体配重时，应有散体防松散和防盗措施。（5） 配重式抱杆安装完毕后应稳固无晃动，如屋面不平整，应在抱杆底座下方用1:3水泥砂浆找平。（6） 选址应避开屋面挑檐、雨水口、天沟，并注意不得损害原屋面防水层。（7） 配重式抱杆支架不合用于轻型屋面。4 屋面抱杆的风荷载计算4.1 计算原则由于屋面移动通信天线承受风荷载的状况没有专门机构进行研究，亦没有专门针对移动通信天线的计算参数。为保证天线的安全，也为便于科学、精确地计算风荷载，本计算根据国标建筑构造荷载规范GB50009-中对风荷载计算的有关条文，对风载计算中的重要参数作出统一规定。4.1.1 根据移动通信天线的重要性和建筑构造荷载规范的有关规定，基本风压按50年一遇的风压采用。4.1.2 安徽省重要都市风压记录如下：都市风压表合肥亳州蚌埠六安安庆黄山市芜湖滁州0.350.450.350.350.400.350.400.354.1.3 本期TD工程基本风压值取0.45kN/m2 ，(按50年重现期)。因本期TD工程重要覆盖都市具有密集的都市建筑，地面粗糙度类别一般取C类。4.1.4 根据城区TD天线的一般安装高度规定，进行屋面抱杆风荷载计算时，取计算高度为40米。（注：一般状况当天线挂高不不小于40米；当天线实际挂高超过40米时，应根据实际高度计算。）4.1.5 考虑到通信天线的重要性和风荷载的不拟定性，对于天线塔架和建筑构造相连接部位的连接措施，建议在计算的基本上合适加强。4.2 风荷载计算参数风荷载原则值：Wk=ZSZW0 式中Wk风荷载原则值（kN/m2）；Z高度 z 处的风振系数，针对屋面抱杆不考虑，Z=1；S风荷载体型系数,根据天线形状，S=1.3；Z风压高度变化系数，40米高度取值为Z=1.13；W0基本风压（kN/m2）,分别为0.35、0.40、0.45三个级别。2.3 风荷载原则值：根据上述计算参数，举例计算风荷载原则值如下 Wk0.45=1.3X1.13X0.45=0.661( kN/m2)TD-SCDMA天线面积：A1=1.2680.688=0.872m2塔放迎风面积：A2= 0.3520.290=0.102m2 注：TD-SCDMA天线尺寸采用TD-SCDMA新建抱杆土建施工图设计总阐明；TD-SCDMA天线安装在抱杆顶端，塔放安装在TD-SCDMA天线下方，TD-SCDMA天线与塔放之间的距离为200mm。TD-SCDMA天线所受风荷载设计值：W1=1.4*A1*WkW10.45=1.4*0.872*0.661=0.807kN塔放所受风荷载：W2= 1.4*A2*Wk W20.45=1.4*0.102*0.661=0.094kN 5 屋面抱杆的强度、刚度及稳定性计算设计遵循的原则、规范移动通信工程钢塔桅构造设计规范(YD/T5131-)移动通信工程钢塔桅构造验收规范(YD/T5132-)钢构造设计规范(GB50017-)高耸构造设计规范(GBJ135-90)安徽省TD-SCDMA工程基本风压值取0.45kN/m2，(按50年重现期)。因TD工程目前重要覆盖都市具有密集的都市建筑，地面粗糙度类别一般取C类。根据城区TD天线的一般安装高度规定，进行屋面抱杆风荷载计算时，取计算高度为40米。一、 贴墙式抱杆以3米贴墙式抱杆安装TD-SCDMA天线及塔放的计算过程为例，简介计算过程：将抱杆简化为悬臂杆件，固端选用在最上面一排螺栓处。计算简图和挠度应力图见图1图3，计算成果见表1.图1：贴墙式抱杆计算简图 图2 3m贴墙式抱杆挠度图 图3 3m贴墙式抱杆弯矩图由钢构造设计规范(GB50017-)公式5.2.1弯矩作用在主平面内的拉弯构件和压弯构件，其强度应按下列规范计算：式中：、与截面模量相应的截面塑性发展系数，应按表5.2.1采用。抱杆主杆为热轧无缝钢管，由钢构造设计规范(GB50017-)公式5.2.2弯矩作用在对称轴平面内（绕X轴）的实腹式压弯构件，其稳定性应按下列规定计算：弯矩作用平面内的稳定性式中：所计算构件段范畴内的轴心压力； 参数，； 弯矩作用平面内的轴心受压杆件稳定系数；所计算构件段范畴内的最大弯矩；在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量；等效弯矩系数，悬臂杆件。以3米贴墙式抱杆安装TD-SCDMA天线及塔放的计算过程为例：计算条件：抱杆截面70*5热轧无缝钢管，每米重量8.01kg/m，截面面积A=10.21cm2，抗弯刚度W=15.50cm3，回转半径i=2.30cmTD-SCDMA天线重量为：17.6kg；塔放重量为：24kg其中风荷载产生弯矩设计值：M=0.807*(3-1.268/2)+0.094*(3-1.268-0.2-0.352/2)=2.04kNm抱杆、天线及塔放产生的压力设计值： N=1.2* (8.01*3+17.6+24)*9.8/1000=0.772kN其中长细比：式中：压杆计算长度系数，对于压杆一端固定，一端自由；杆件长度取值，杆件自重、天线及塔放重心在杆件的1/2处；抱杆主杆为热轧无缝钢管，为a类截面，查附表C-1 a类截面轴心受压构件的稳定系数，查得 ；1、强度验算：2、长细比：3、稳定性验算：同理，计算出4米贴墙式抱杆产生的最大应力为：116.20KPa计算出6米贴墙式抱杆产生的最大应力为：191.67KPa表1：风荷载作用下贴墙式抱杆的应力和挠度天线类型抱杆长度抱杆类型杆件尺寸最大弯矩(kN.m)最大应力（MPa）长细比TD-SCDMA天线及塔放3米贴墙式70*52.04116.691304米贴墙式83*52.94116.201456米贴墙式83*54.74191.67217二、 贴墙配重式抱杆以3米贴墙配重式抱杆安装TD-SCDMA天线及塔放的计算过程为例，简介计算过程：将抱杆简化为悬臂杆件，固端选用在最上面一排螺栓处，斜杆与抱杆交接处采用铰接点简化，以此考虑斜杆在拉力和压力作用下的变形，其计算简图和挠度应力图见图4图6，计算成果见表3.图4 3m贴墙配重式抱杆计算简图 图5 3m贴墙配重式抱杆挠度图 图6 3m贴墙配重式抱杆弯矩图以3米贴墙配重式抱杆安装TD-SCDMA天线及塔放的计算过程为例：计算条件：抱杆截面60*5热轧无缝钢管，每米重量6.78kg/m，截面面积A=8.64cm2，抗弯刚度W=10.98cm3，回转半径i=1.95cmTD-SCDMA天线重量为：17.6kg；塔放重量为：24kg其中风荷载产生弯矩设计值：M=2.21kNm抱杆、天线及塔放产生的压力设计值： N=1.2* (6.78*3+17.6+24)*9.8/1000=0.728kN其中长细比：式中：压杆计算长度系数，压杆中间有支撑；杆件长度取值，杆件自重、天线及塔放重心在杆件的1/2处；抱杆主杆为热轧无缝钢管，为a类截面，查附表C-1 a类截面轴心受压构件的稳定系数，查得 ；1、强度验算：2、长细比：3、稳定性验算：同理，计算出4米贴墙配重式抱杆产生的最大应力为：205.07KPa计算出6米贴墙配重式抱杆产生的最大应力为：174.61KPa表3：风荷载作用下贴墙配重式抱杆的应力和挠度天线类型抱杆长度抱杆类型杆件尺寸最大弯矩(kN.m)最大应力（MPa）长细比TD-SCDMA天线及塔放3米贴墙配重式60*52.21176.44774米贴墙配重式60*52.56205.071036米贴墙配重式70*53.05174.61130三、 配重式抱杆：以3米配重式抱杆安装TD-SCDMA天线及塔放的计算过程为例，简介计算过程：将抱杆简化为悬臂杆件，固端选用在最上面一排螺栓处，斜杆与抱杆交接处采用铰接点简化，以此考虑斜杆在拉力和压力作用下的变形，其计算简图和挠度应力图见图7图9，计算成果见表4.图7 3m配重式抱杆计算简图 图8 3m配重式抱杆挠度图 图9 3m配重式抱杆弯矩图以3米配重式抱杆安装TD-SCDMA天线及塔放的计算过程为例：计算条件：抱杆截面60*5热轧无缝钢管，每米重量6.78kg/m，截面面积A=8.64cm2，抗弯刚度W=10.98cm3，回转半径i=1.95cmTD-SCDMA天线重量为：17.6kg；塔放重量为：24kg其中风荷载产生弯矩设计值：M=2.13kNm抱杆、天线及塔放产生的压力设计值： N=1.2* (6.78*3+17.6+24)*9.8/1000=0.728kN其中长细比：式中：压杆计算长度系数，压杆中间有支撑；杆件长度取值，杆件自重、天线及塔放重心在杆件的1/2处；抱杆主杆为热轧无缝钢管，为a类截面，查附表C-1 a类截面轴心受压构件的稳定系数，查得 ；1、强度验算：2、长细比：3、稳定性验算： 同理，计算出4米配重式抱杆产生的最大应力为：200.29KPa计算出6米配重式抱杆产生的最大应力为：157.65KPa表4：风荷载作用下配重式抱杆的应力和挠度天线类型抱杆长度抱杆类型杆件尺寸最大弯矩(kN.m)最大应力（MPa）长细比TD-SCDMA天线及塔放3米配重式60*52.13170.09774米配重式60*52.50200.291036米配重式70*52.75157.651306 备注1本次计算是理论计算，未考虑具体施工过程中截面削弱、连接不牢等因素的影响；2抱杆基本规格是根据计算强度选定的，应力比在1.0范畴内，屋面抱杆计算成果应力比范畴控制在0.540.95。3从分析的成果来看，三种抱杆采用的杆件杆端最大应力和长细比均控制在规范容许的范畴类，屋面抱杆安全可靠。4三种形式共九种抱杆，杆件尺寸共三种，这样有助于材料集中采购，在保证构造安全的前提下，做到了经济合理。7 附件TD-SCDMA基站土建改造指引原则根据综合计算，每个抱杆按挂一面天线考虑，抱杆直径按如下规定选用：基本风压(kN/m2)0.450.50.550.750.8抱杆长度1.5推荐规格60X560X560X570X570X52推荐规格60X570X570X576X576X52.5推荐规格70X570X576X583X583X53推荐规格76X576X583X589X589X54推荐规格83X583X589X5102X5102X5注：1.抱杆长度是指抱杆顶部至抱杆下部固定点（斜撑固定点）间的长度，不涉及避雷针。2.计算中未考虑避雷针、馈线等因素的影响。为安全起见，计算时取抱杆顶点为合力作用点，以抵消上述因素的影响。3.抱杆基本规格是根据计算强度选定的，应力比约等于1.0；推荐规格是在计算强度基本上，合适增长杆件强度和刚度，保证紧固件等附件安装后杆件仍然安全可靠，应力比约等于0.7。抱杆利旧时，主杆规格不应低于基本规格的规定；新建时建议按推荐规格采用。