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user: 3. 标准塔段设计方案 通过对上述单管塔计算理论的理解，以及对大量工程设计经验总结，本文将双轮景观塔的标准塔段设计方案作为研究对象，详细介绍了设计条件。 3.1. 场地条件 本方案适用于建设场地抗震设防烈度不高于8度且场地类型为Ⅰ类、Ⅱ类场地，地面粗糙类别为B类，覆盖基本风压范围为0.35 kN/m 2 、0.45 kN/m 2 、0.55 kN/m 2 、0.65 kN/m 2 、0.75 kN/m 2 、0.85 kN/m 2 、0.95 kN/m 2 的区域。 3.2. 计算参数 标准塔段主材选用Q345B，长度为10 m，塔高选择30 m、40 m、50 m三种高度，截面选择圆形截面，体型系数为0.6；塔段连接方式选择铁塔下部采用内法兰，上部部分采用外法兰的混用连接方式，这样维护安装人员可以在有足够空间的底部内爬，待上升到一定的高度，空间不足，可以从上部出人孔出来外爬，以达到最大程度节省钢材的目的。 一副天线的迎风面积 ≤ 0.6 m 2 ，质量约为20 kg，体形系数为1.3，一个RRU设备的迎风面积 ≤ 0.2 m 2 ，质量约为40 kg，体形系数为1.3。三种高度的铁塔的挂在能力全部为4层支架，可以安装12副天线和12副RRU设备，天线挂高详见表4，铁塔造型详见图3。 Table 1 The advantages and disadvantages of the three types of connection 连接方式 形式 适用条件 优点 缺点 焊接连接 与法兰连接配合使用 ---- ---- ---- 插接连接 插接式 内爬单管塔、外爬单管塔均可 1.不受管径粗细限值； 2.施工周期短，便于机械化快速施工； 3.安全性好，倒塔几率低。 1.受插接长度的影响，不利于实现标准化； 2.插接部分贴合率难以控制； 3.铁塔塔身垂直度不易控制； 4.铁塔不便于拆卸和搬迁； 5.连接方式受上下塔段锥度的影响。 法兰连接 外法兰式 外爬单管塔 1.满足标准化生产的要求； 2.塔身垂直度有保证； 3.铁塔便于拆卸和搬迁； 4.不受管径粗细限值； 5.连接方式不受上下塔段锥度的影响。 1.外法兰比较重，经济性差； 2.法兰突出管塔，美观性差； 3.法兰采用螺栓，施工速度慢于插接式； 4.维护要求高。 内法兰式 内爬单管塔 1.满足标准化生产的要求； 2.塔身垂直度有保证； 3.铁塔便于拆卸和搬迁 [ 10 ] ； 4.圆形单管塔美观性好； 5.连接方式不受上下塔段锥度的影响。 1.塔内空间有限，施工面小，螺栓不易拧紧； 2.管径比较粗，经济性差； 3.法兰采用螺栓，施工速度慢于插接式； 4.维护要求高。 表1. 塔段三种连接方式优缺点 Table 2 The tower weight (the length of the tower is 10 meters 序号 计算长度(mm) 壁厚(mm) 底部管径(mm) 顶部管径(mm) 套接范围下端(mm) 套接长度(mm) 该段长度(mm) 塔段重量(kg) 铁塔总重(kg) 1 10000 10 1200 1042.2 1064.0 1600 11600 3178.62 12，158.13 2 10000 10 1084.0 928.3 948.0 1450 11450 2812.84 3 10000 10 968.0 815.0 832.0 1250 11250 2445.65 4 10000 10 852.0 701.0 716.0 1100 11100 2098.29 5 10000 10 736.0 600.0 600.0 10000 1622.73 表2. 铁塔重量统计(计算长度为10 m) Table 3 The tower weight (the length of the tower is 5 meters 序号 计算长度(mm) 壁厚(mm) 底部管径(mm) 顶部管径(mm) 套接范围下端(mm) 套接长度(mm) 该段长度(mm) 该段重量(kg) 铁塔总重(kg) 1 5000 10 1200 1095.5 1122.0 1700 6700 1879.91 13，635.19 2 5000 10 1142.0 1039.0 1064.0 1600 6600 1758.72 3 5000 10 1084.0 982.4 1006.0 1510 6510 1642.75 4 5000 10 1026.0 925.7 948.0 1430 6430 1531.58 5 5000 10 968.0 869.1 890.0 1340 6340 1420.55 6 5000 10 910.0 812.5 832.0 1250 6250 1312.07 7 5000 10 852.0 755.9 774.0 1160 6160 1206.13 8 5000 10 794.0 699.2 716.0 1080 6080 1104.44 9 5000 10 736.0 642.6 658.0 990 5990 1003.45 10 5000 10 678.0 600.0 600.0 5000 775.60 表3. 铁塔重量统计(计算长度为5 m) Table 4 Antenna mounting heigh 铁塔高度(m) 50 40 30 第一层天线高度(m) 48.5 38.5 28.5 双轮一高度(m) 46.5 36.5 26.5 第二层天线高度(m) 44.5 34.5 24.5 第三层天线高度(m) 41 31 21 双轮二高度(m) 38.5 28.5 18.5 第四层天线高度(m) 36.5 26.5 16.5 表4. 天线安装高度 图3. 铁塔外部造型图 3.3. 控制指标 1) 本研究方案按照《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)、《高耸结构设计规范》(GB50135-2006)等相关规范进行强度控制。 2) 本研究方案的位移控制是按照《钢结构单管通信塔技术规程》(CECS236-2008)进行位移控制。 3) 径厚比控制在D/t ≤ 110。 4) 塔段锥度控制在1.0%~2.0%。 3.4. 设计思路 1) 首先确定管径和壁厚的最大的塔段，本方案的最大管径及壁厚出现在塔高50 m、风压值为0.95 kN/m 2 对应的单管塔中； 2) 在1.0%~2.0%范围内合理安排每一塔段的锥度，对于法兰连接单管塔，上下塔段的锥度不需要保证统一，但出于美观的考虑，一般相差在0.5%以内； 3) 小一级风压的底部管段共用大一级风压底部第二管段，塔高矮一级的底部管段共用高一级底部第二管段，不同塔高标准段的互用，不受风压的影响，可越级共用； 4) 对组合出来的单管塔进行强度、刚度、径厚比、长细比等复核，全部满足要求，则进行下一步，若其中任何一项不满足，则重复进行3)，直到所有指标满足为止； 5) 铁塔与基础连接是靠塔脚法兰和地脚螺栓连接，本设计方案选用的是铁塔的下部塔段采用内法兰连接，上部塔段部分采用外法兰连接，故存在内法兰与外法兰转换的问题，若是某一标准塔段仅限在铁塔底部管段使用，则直接将该塔段底部的内法兰修改成塔脚外法兰，若是某一塔段不仅用在铁塔的底部，而且还用到另一铁塔的中部，则需要对内法兰进行转换，转换段详见图4。 3.5. 设计结果 7种风压值，3种塔高，共有84个塔段(50 m单管塔由5个塔段组成，40 m单管塔由4个塔段组成，30 m单管塔由3个塔段组成)组合成21种塔，笔者通过大量的运算，设计出一组标准塔段，共计19种，详见表5。塔段表示方法为：塔段–塔段长度–塔段顶部管径/塔段底部管径–塔段壁厚，例如：TD-10000-1300/1500-14。塔段的使用频率表示某一标准塔段在84个塔段的复用的几率，几率越大，表示复用的次数越多，需求量相应多，可以有效的指导塔厂生产及备货标准塔段。 若是按照“一站一设计”的原则，21种塔至少需要84个完全不同的塔段才能实现，而采用塔段标准化设计后，仅需要19个标准塔段就可以组装成具有同样适用功能的21种塔，详见表6。 图4. 内法兰转换成外法兰示意图 Table 5 Data statistics of 19 standard tower segment 塔段编号 壁厚(mm) 顶部管径(mm) 底部管径(mm) 径厚比(D/t) 塔段锥度(%) 塔段使用频率(%) 法兰连接形式 TD-10000-400/500-6 6 400 500 83.3 1.0 11.90% 外法兰 外法兰 TD-10000-500/650-6 6 500 650 108.3 1.5 16.67% 外法兰 外法兰 TD-10000-650/850-8 8 650 850 106.3 2.0 19.05% 外法兰 内法兰 TD-10000-500/700-8 8 500 700 87.5 2.0 3.57% 外法兰 内法兰 TD-10000-650/800-8 8 650 800 100.0 1.5 1.19% 外法兰 塔脚外法兰 TD-10000-650/750-8 8 650 750 93.8 1.0 1.19% 外法兰 塔脚外法兰 TD-10000-850/1000-10 10 850 1000 100.0 1.5 14.29% 内法兰 内法兰 TD-10000-850/1050-10 10 850 1050 105.0 2.0 2.38% 内法兰 内法兰 TD-10000-700/850-10 10 700 850 85.0 1.5 2.38% 内法兰 内法兰 TD-10000-850/950-10 10 850 950 95.0 1.0 2.38% 内法兰 塔脚外法兰 TD-10000-700/900-10 10 700 900 90.0 2.0 1.19% 内法兰 塔脚外法兰 TD-10000-1150/1250-12 12 1150 1250 104.2 1.0 1.19% 内法兰 塔脚外法兰 TD-10000-1000/1200-12 12 1000 1200 100.0 2.0 2.38% 内法兰 塔脚外法兰 TD-10000-1000/1150-12 12 1000 1150 95.8 1.5 9.52% 内法兰 塔脚外法兰 TD-10000-1150/1300-12 12 1150 1300 108.3 1.5 5.95% 内法兰 内法兰 TD-10000-1050/1250-12 12 1050 1250 104.2 2.0 1.19% 内法兰 塔脚外法兰 TD-10000-1300/1500-14 14 1300 1500 107.1 2.0 1.19% 内法兰 塔脚外法兰 TD-10000-1300/1450-14 14 1300 1450 103.6 1.5 1.19% 内法兰 塔脚外法兰 TD-10000-1300/1400-14 14 1300 1400 100.0 1.0 1.19% 内法兰 塔脚外法兰 表5. 19种标准塔段的数据统计表 Table 6 A plan of tower assembled by standard tower sectio 风压(kN/m 2 ) 塔高 50 m 40 m 30 m 0.95 TD-10000-1300/1500-14 TD-10000-1150/1300-12 TD-10000-1150/1300-12 TD-10000-1000/1150-12 TD-10000-1000/1150-12 TD-10000-850/1000-10 TD-10000-850/1000-10 TD-10000-850/1000-10 TD-10000-650/850-8 TD-10000-650/850-8 TD-10000-650/850-8 TD-10000-500/650-6 0.85 TD-10000-1300/1450-14 TD-10000-1150/1300-12 TD-10000-1050/1250-12 TD-10000-1000/1150-12 TD-10000-850/1050-10 TD-10000-850/950-10 TD-10000-850/1000-10 TD-10000-650/850-8 TD-10000-650/850-8 TD-10000-650/850-8 TD-10000-500/650-6 TD-10000-500/650-6 0.75 TD-10000-1300/1400-14 TD-10000-1150/1300-12 TD-10000-1000/1200-12 TD-10000-1000/1150-12 TD-10000-850/1000-10 TD-10000-700/900-10 TD-10000-850/1000-10 TD-10000-650/850-8 TD-10000-500/700-8 TD-10000-650/850-8 TD-10000-500/650-6 TD-10000-400/500-6 0.65 TD-10000-1150/1300-12 TD-10000-1000/1150-12 TD-10000-1000/1150-12 TD-10000-850/1000-10 TD-10000-850/1000-10 TD-10000-700/850-10 TD-10000-650/850-8 TD-10000-650/850-8 TD-10000-500/700-8 TD-10000-500/650-6 TD-10000-500/650-6 TD-10000-400/500-6 0.55 TD-10000-1150/1300-12 TD-10000-1000/1150-12 TD-10000-850/1050-10 TD-10000-850/1000-10 TD-10000-700/850-10 TD-10000-650/850-8 TD-10000-650/850-8 TD-10000-500/700-8 TD-10000-500/650-6 TD-10000-500/650-6 TD-10000-400/500-6 TD-10000-400/500-6 0.45 TD-10000-1000/1200-12 TD-10000-850/1000-10 TD-10000-850/1000-10 TD-10000-650/850-8 TD-10000-650/850-8 TD-10000-650/800-8 TD-10000-500/650-6 TD-10000-500/650-6 TD-10000-500/650-6 TD-10000-400/500-6 TD-10000-400/500-6 TD-10000-400/500-6 0.35 TD-10000-1000/1150-12 TD-10000-850/1000-10 TD-10000-850/950-10 TD-10000-650/850-8 TD-10000-650/850-8 TD-10000-650/750-8 TD-10000-500/650-6 TD-10000-500/650-6 TD-10000-500/650-6 TD-10000-400/500-6 TD-10000-400/500-6 TD-10000-400/500-6 表6. 标准塔段拼装组合成铁塔的方案 准确的说，标准塔段应该是一种概念设计，其设计结果具有不唯一性，需要从业人员进行大量的试算以及对塔段进行组合，找到一组最优数据解，组合出来的铁塔既具安全性，还能最大程度节省钢材。