肃宁电视塔结构体系对比分析

摘要：肃宁电视塔是典型的高耸结构，其结构外筒为十二边形钢管组合结构，内筒（电梯井架）为四边形钢管组合结构，设计前期分别对结构外筒做成单斜杆体系与结构外筒做成双斜杆体系，进行了有限元分析。本文利用midas有限元软件对其分别进行了有限元分析，

对两种结构体系的内力、整移、周期等做了分析对比，从而对两种结构体系的优缺点有了更加深刻的了解。

关键词：空间桁架、结构体系

中图分类号：TU973文献标识码： A

1引言

随着广播电视的发展，广播电视塔不仅满足发射工艺的要求外，越来越注重美观及综合使用功能等方面的要求，将作为一个地标性建筑，具有超高性及不规则性等特点。在广播电视发射塔设计中，结构方案的设计直接反映塔体的建筑效果，同时关系到方案的经济性及使用功能的合理性是否满足要求，广播电视塔通常有两种结构布置，一种为单斜杆体系布置，一种为双斜杆体系布置，一个好的结构布置方案，其决定了整个铁塔的工程造价，因此对结构体系的正确选择尤为重要。本文利用midas有限元软件就肃宁电视发射塔两种结构布置体系进行分析对比，并进行总结评价，为类似结构设计提供有益的参考。

2工程概况

肃宁电视发射塔为全钢结构，总高度158米，塔身高度125.5m，桅杆高度32.5m。塔身为空间桁架结构，承受几乎全部水平荷载和竖向荷载作用[2]；主柱均为梁单元，斜杆、横杆均为桁架单元。电视塔效果图见图1,单斜杆体系布置见图2，双斜杆体系布置见图3。

图1 效果图 图2 单斜杆体系图3 双斜杆体系

3 设计条件及分析

肃宁电视塔取50年一遇的基本风压为0.35kN/O，综合考虑肃宁电视塔的规模和重要性，确定为乙类建筑，在地震发生时广播电视发射功能不能中断，而旅游功能则可以中断，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0．10，设计地震分组为Ⅰ组。钢塔塔身主要采用20号钢的无缝钢管。塔柱、斜杆及横杆法兰螺栓用8．8级高强度(承压型)螺栓，其它次要连接螺栓为4.8级C级普通螺栓。塔体按空间刚架结构体系进行分析，经过多种荷载效应组合计算比较，确定结构位移的控制性荷载组合为：1.0恒载+0.7活载+1.0风载；结构构件最大内力荷载组合为：

①1.2恒载+1.4X0.7活载+1.载；②1.2恒载+1.4活载+1.4 X 0.6风载；③1.2恒载+1.4X 0.5活载+1.3地震。

3.1经计算，两种结构体系前六阶自振周期如下所示：

模态 号 频率 频率 周期

(rad/sec) (cycle/sec) (sec)

1 2.4208 0.3853 2.5955

2 2.4208 0.3853 2.5955

3 10.3065 1.6403 0.6096

4 10.3072 1.6404 0.6096

5 13.4533 2.1412 0.467

6 16.9512 2.6979 0.3707

单斜杆体系结构布置前六阶自振周期： 双斜杆体系结构布置前六阶自振周期：

模态 号 频率 频率 周期

(rad/sec) (cycle/sec) (sec)

1 3.0442 0.4845 2.064

2 3.0449 0.4846 2.0635

3 9.7888 1.5579 0.6419

4 9.79 1.5581 0.6418

5 11.8119 1.8799 0.5319

6 16.073 2.5581 0.3909

3.2 经计算，两种结构体系顶部在风载标准值作用下的最大水平位移分别为1.39100m、 1.39196m小于规范限值H／100=1.58m。如下图：

单斜杆体系位移变形图双斜杆体系位移变形图

3.3 经计算，两种结构体系顶部在风载设计值作用下，塔身主柱应力比值为0.7～0.8，塔身斜杆应力比值为0.75～0.85，塔身横杆应力比值为0.6～0.7。

3.4 经计算统计，两种结构体系钢材用量：单斜杆体系422.3t, 双斜杆体系369.4t。

4 结论

（1）通过对肃宁电视塔两种结构体系布置进行分析对比可知，在美观、建筑效果方面，单斜杆体系由于斜杆节点减少一半，更具立体感、线条清晰感；

（2）通过对肃宁电视塔两种结构体系布置进行分析对比可知，在整移相同时，双斜杆体系比单斜杆体系，在刚度方面表现较柔；

（3）通过对肃宁电视塔两种结构体系布置进行分析对比可知，在保证结构安全可靠前提下（即整移和所有杆件应力比相同时），双斜杆体系比单斜杆体系用钢量少，能够节约用钢量12.5%左右。

参考文献

[1]王肇民．高耸结构设计手册．中国建筑工业出版社，1995

[2]王肇民，马人乐等．塔式结构[M]．科学出版社．2004

[3]王肇民，u．Peil．塔桅结构．上海：同济大学出版社．1989．12