孙国良 李晓亮 李东鹏 臧战胜

                                                   （保定泰尔通信设备抗震研究所  保定  071051）

摘 要：本文通过建立通信铁塔的有限元模型，对比采用全Beam结构和Beam和Rod混合结构铁塔动力特性的不同。根据建筑结构载荷规范及高耸结构设计规范，计算结构受到的风载荷，通过静力分析，计算施加设计载荷对结构的风振响应，并比较两个规范计算得到的载荷对结构响应的影响。

关键字：通信铁塔 动力特性 风载荷

Abstract：This paper set up the model of the telecommunication tower and compared the model result of the all beam mode and beam rod mix mode. According to the load code for the design of building structures and code for design of high rising structures，figure out the wind load of thetower. Based on the static analysis, get the response of the tower, and compare the result of the different code wind load.

Key words: telecommunication tower, dynamic characters, wind load

1 概述

     通信铁塔是典型的高柔结构，其高度从20m-60m不等。通信铁塔的主要设计载荷为风载荷， 根据建筑载荷规范和高耸结构设计规范设计。但设计的结构是否能满足实际工程的需要，需要进一 步的验证。目前风载荷的确定的手段主要有风洞实验、现场实测和数值模拟。而风洞实验相对费用 较高，难以大面积的应用。而现场实测得到的数据比较全面，可信度高，但受到大自然风不定变化 的限制，同时组织和安排比较复杂，耗时耗资巨大，成本较高。随着计算机技术的发展，风载荷数 值模拟取得较大进展，通过有限元计算铁塔的抗风性能耗时耗资少，可重复性高，计算结果可信度 较高，因此广泛接受。本文通过Altair公司的HyperMesh生成铁塔的数学模型，并做静力分析，计算得出通信铁塔的抗风性能。

2 工程简介

       本文以一四边形角钢塔为研究对象，全塔高40m，基地宽度6m，距顶2m和5m处各设一个平台。如图1所示。铁塔的主材为低合金高强度结构钢，屈服强度为345MPa，其他辅材为碳素合金钢，屈服强度为235MPa。结构所处地貌为C类，基本风压为0.40KN/m2。

           http://s2/bmiddle/002m4bgBzy72JmU3GvL41&690
                                                                   

                                                             图1   通信塔结构简图

3 通信塔动力特性分析

       结构风工程的理论基础和分析与结构的动力学密切相关，结构的动力特性一般包括自振频率、 振型及阻尼比。这些是结构风响应分析的前提。

       本文中通信铁塔的动力特性分析采用Lanczos法，提取1-10Hz结构的模态。本文采用两种方法建立通信塔的有限元模拟，一种是全采用Beam单元；一种是主材采用Beam单元，辅材采用Rod单元。得到的结果如表1所示。全beam模型的振型结果如图2-图6所示。

                                        表 1 全Beam模型与Beam和Rod混合模型频率和振型对比

                        http://s11/bmiddle/002m4bgBzy72JnIx7Gq7a&690

                       http://s4/bmiddle/002m4bgBzy72OcyphjJ63&690

                                                                      图2 X向一阶弯曲 

                     http://s4/bmiddle/002m4bgBzy72OcCapc763&690

                                                                        图3 Y向一阶弯曲 
                       http://s5/bmiddle/002m4bgBzy72OcGkicA54&690

                                                                          图4  X向二阶弯曲 

                        http://s12/bmiddle/002m4bgBzy72OcKn1Ddab&690

                                                                        图5 Y向二阶弯曲

                         http://s2/bmiddle/002m4bgBzy72OcO1vUZ61&690

                                                                            图6   一阶扭转 
         根据表1可知，当采用全可根据表1可知，当采用全Beam模型时，结构的频率偏高；全Beam模型和 Beam和 Rod振型基本一致。

4 通信铁塔抗风分析

        根据建筑结构载荷规范，上的风标准值计算公式为： 

                 http://s5/bmiddle/002m4bgBzy72Oen48Kg64&690

4.1 基于建筑结构载荷规范的风载荷

                     http://s9/bmiddle/002m4bgBzy72OetLqo858&690

                                                 表2 《建筑结构载荷规范》计算风振系数 

                   http://s12/bmiddle/002m4bgBzy72OexcmSvfb&690

      表3 建筑结构载荷规范 0°         风向风载荷标准值