屋面天线抱杆负荷计算.doc

1、屋面天线抱杆负荷计算1 前言22 抱杆的工艺要求33 屋面抱杆的设计依据和分类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，基站建设是其中的关键。TD-SCDMA基站目前多数集中在大中城市，其中相当多的基站需要新建屋面抱杆用以安装TD天线。为更好地指导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 本计算适用于安装TD-SCDMA移动通信天线及塔顶放大器（以下简称“塔放” 或，TMB”）的抱杆工程。1.2 抱杆工程应满足天线、塔放的工艺要求，并做到安全可靠，经济合理，施工简便，因 地制宜。1.3 抱杆工程应首先符合相关国家标准和行业标准的规定。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 抱杆的工艺要求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考。TD-SCDMA 定向天线尺寸：1268x688x102mm，重量：17.6kg；避雷针避雷针全向天线塔放尺寸：352x290x488mm，重量：24kg，每副TD-SCDMA天

2、线配1个塔放。定向天线|塔放塔放图2-1天线与塔放2.2天线抱杆的直径综合不同厂家的产品要求，选取天线卡具共同可用的尺寸作参考。抱杆直径为64mm110mm。2.3天线间距要求同一 TD机站三个扇区天线间的间距要求：水平间距巳2 m，如果条件不具备，特殊情况下可以N1.5m。垂直间距（上层天线下缘与下层天线上缘）N1.0m，特殊情况下可以N0.5 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，要求沿天线扇区方向，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小于等于45。抱杆在屋面的安装位置由通信专业设计人员确定。3 屋面抱杆的设计依据和分类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、抱杆附着物的特征等因素所决定的综合条件。主要有上人屋面和不上人屋面两种形 式，屋面安装环境大致有三种状况：（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异。如能 将抱杆的基座直接锚固在屋面结构上是最安全可靠的安装方式，但因

3、屋面防水层破坏后很难 恢复，这一方式难以实现，所以，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）。绝对不允许利用 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，利用墙体确保抱 杆的稳定。贴墙式抱杆支架方案如图3-所示：附墙式抱杆3_1贴墙式抱杆安装要求(1) 附着于女儿墙内侧的抱杆，由于固定端长度较短，抱杆不宜过长，女儿墙以上长 度在1.6m左右，能满足安装天线即可；同时抱杆的两个锚固点间距不小于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，不满足结构安装要求时，可采用此安装方式。其特点是：在有女 儿墙的屋面上，

4、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+配重式抱杆安装要求(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，应经过计算确定抱杆高度。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确定，设计确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）配重部分安装完成后应稳固无晃动，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+配重式抱杆支架不适用于轻型屋面。3.4配重式屋面抱杆抱杆下端支架利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。因为一般屋面结构允许荷载有限，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）， 形成一个抱杆支架的底座。图A.4.2配重式抱杆安装要求

5、（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，应经过计算确定抱杆高度。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确定，设计确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）配重式抱杆安装完成后应稳固无晃动，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）配重式抱杆支架不适用于轻型屋面。4 屋面抱杆的风荷载计算4.1计算标准由于屋面移动通信天线承受风荷载的情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。为确保天线的安全，也为便于科学、准确地计算风荷载，本计算依照 国家标准建筑结构荷载规范GB50009-2001中对风荷载计算的相关条文，对风载计算中 的主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结构荷载规范的有关规定，基本风压按50年 一遇的风压采用。4.

6、1.2安徽省主要城市风压统计如下：城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工程主要覆盖 城市具有密集的城市建筑，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要求，进行屋面抱杆风荷载计算时，取计算高度为 40米。（注：一般情况当天线挂高小于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确定性，对于天线塔架和建筑结构相连接部位 的连接措施，建议在计算的基础上适当加强。4.2 风荷载计算参数风荷载标准值：Wk邛Z%Zw0式中 Wk一风荷载标准值（kN/m2）；0高度z处的风振系数，针对屋面抱杆不考虑，眼=1；rS 一风荷载体型系数,根据天线形状，S=1.3；rZ风压高度变化系数，40米高度取值为nZ=1.13；W0基本风压（kN/m2），分别为0.35、0.40、0.45三个级别。2.3 风荷载标准值：根据上述计算参数，举例计算风荷载标准值如下WkO45=1.3X

7、1.13X0.45=0.661( kN/m2)TD-SCDMA 天线面积：A1=1.268x0.688=0.872m2塔放迎风面积：A2= 0.352X0.290=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说明；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：W=1.4*A*WkW1045=1.4*0.872*0.661=0.807kN塔放所受风荷载：W2= 1.4*A2*WkW2045=1.4*0.102*0.661=0.094kN5 屋面抱杆的强度、刚度及稳定性计算设计遵循的标准、规范移动通信工程钢塔桅结构设计规范(YD/T5131-2005)移动通信工程钢塔桅结构验收规范(YD/T5132-2005)钢结构设计规范(GB50017-2003)高耸结构设计规范(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工程目前主 要覆盖城市具有密集的城市建筑，地面粗糙度类别一般取C

8、类。根据城区TD天线的一般安 装高度要求，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，介绍计算过程：将抱杆 简化为悬臂杆件，固端选取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 算结果见表1.0.8070.094图1：贴墙式抱杆计算简图15图2 3m贴墙式抱杆挠度图图3 3m贴墙式抱杆弯矩图由钢结构设计规范(GB50017-2003)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：N M M + fAn / 丫 W式中：:x、7 y 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，7 = 1.15由钢结构设计规范(GB50017-2003)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斗 +H f叩7% (I、)Ex式中：N 所计算构件段范围内的轴心压力；NE 参数，N,=兀 2EA(1.1X2 )；中x 弯矩作用平面内的轴心受压杆件稳定系数；M x 所计算构件段范围内的最

9、大弯矩；W 在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量； 1xp mx-一等效弯矩系数，悬臂杆件p M = 1.0。以3米贴墙式抱杆安装TD-SCDMA天线及塔放的计算过程为例：抗弯计算条件：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,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：2 x 0.5 x 30002.30 x 10=130 250N=1.2* (8.01*3+17.6+24)*9.8/1000=0.772kN 。口/ 其中长细比：x =I式中：R 压杆计算长度系数，对于压杆一端固定，一端自由R = 2.0 ；1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，查得中x = 0.469 ；N /Ex=K 2 EA； (1.1人2)=x3.142 x 206 x 10.21 x 1021.1 x 1

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