屋面天线抱杆负荷计算.docx

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1、屋面天线抱杆负荷计算1 前言32 抱杆的工艺要求43 屋面抱杆的设计依据和分类54 屋面抱杆的风荷载计算95 屋面抱杆的强度、刚度及稳定性计算 116 备注197 附件201 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

2、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。实用标准文案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：1268 X 688 X 102mm，重量：17.6kg；避雷针避雷针全向天线塔放尺寸：352 X290X488mm，重量：24kg，每副TD-SCDMA天线配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

3、求同一 TD机站三个扇区天线间的间距要求：水平间距N2 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

4、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

5、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-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

6、：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)

7、 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(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

8、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。实用标准文案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

9、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。4.1.2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

10、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=&ziiW0式中Wk 一风荷载标准值（kN/m2）；服一高度z处的风振系数，针对屋面抱杆不考虑，凡=1;七一风荷载体型系数，根据天线形状，七=1.3;七一风压高度变化系数，40米高度取值为匕=1.13；W。一基本风压（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

11、参数，举例计算风荷载标准值如下Wk0 45=1.3X1.13X0.45=0.661 （ kN/血）TD-SCDMA 天线面积：A =1.268 X 0.688=0.872m2 1塔放迎风面积：A2= 0.352 X0.290=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：W1=1.4*A1*WkW1045=1.4*0.872*0.661=0.807kN塔放所受风荷载：W2= 1.4*A2*W

12、kW20 45=1.4*0.102*0.661=0.094kN实用标准文案5 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。、贴墙式抱杆以3米贴墙式抱杆安装T

13、D-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/ 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 Hy式中：:X、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，Y广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

14、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+PmxMx f叩5 (1 - 0.8 NNr)Ex式中：N 所计算构件段范围内的轴心压力；N,参数，Ne =兀 2EA(1.1 人2)；平，一一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大弯矩；W1x 在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量；P火等效弯矩系数，悬臂杆件P火=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

15、.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)=2.04kN - m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=0.772kN2 x 0.5 x 30002.30 x 10=130 250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

16、，查得中 = 0.469 ；N /Ex=n 2 EA (1.1X2)=X3.142 x 206 x 10.21 x 1021.1 x 1302=111.55S ；1、nN M M强度验算：了 + 厂+ 厂 f1Y xWxY气0.772 x 1032.04 x 106+= 0.76 +114.45 = 115.21 f = 215MPa10.21 x 1021.15 x 15.50 x 1032、贝 2 x 0.5 x 3000 = 130 2502.30 x 103、稳定性验算:+mxM fY w (1-0.8=)X 1xN /Ex0.772 x 1031.0 x 2.04 x 1060.46

17、9 x 10.21 x 1021.15 x 15.50 x 103 x (1 - 0.8 x 0.772 )111.55=1.61 +115.08 = 116.69 f = 215MPa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贴墙配重式抱杆

18、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，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，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,计算结果见表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

19、；塔放重量为：24kg其中风荷载产生弯矩设计值：M=2.21kN m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：十=1X 0.5 X 30001.95 x 10=77250式中：R 压杆计算长度系数，压杆中间有支撑R = 1.0 ；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=0.818 ；N /Ex=n 2 EA(1.1X2)=x3.142 x 206 x 8.64 x 1021.1 x 772=269.07k

20、N ；强度验算:N M M ,+ fAn 丫 x七Y气=0.84 +175.02 = 175.86 f = 215MPa0.728 x 1032.21 x 106+8.64 x 1021.15 x 10.98 x 103. 山 1 x 0.5 x 30002、长细比:=77250人=x i 1.95 x 103、稳定性验算：一Y + / x f九匕(1 - 0.8NL)Ex0.728 x 1031.0 x 2.21 x 1060.818 x 8.64 x 1021.15 x 10.98 x 103 x (1 - 0.8 x 0.728 )269.07=1.03 +176.41 = 176.44

21、 f = 215MPa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，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，斜杆与抱杆交

22、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,计算结果见 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=2.13kN m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.

23、8/1000=0.728kN其中长细比：X =X I1X 0.5 X 30001.95 x 10=77250式中：R 压杆计算长度系数，压杆中间有支撑R = 1.0 ；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 = 0.818 ；N /Ex=K 2 EA；（1.1X2 ）=X3.142 x 206 x 8.64 x 1021.1 x 772=269.07kN ；强度验算:N M M / + fAn 丫 X七丫气0.728 x 1032.13 x 106+8.64 x 1021.15 x 10

24、.98 x 103=0.84 +168.69 = 169.53 f = 215MPa2、长细比:X 危=1x 0.5 x 3000 = 77 250X i 1.95 x 103、稳定性验算:mxMx fN JY 咒（1 - 0.8 仃Ex0.728 x 1031.0 x 2.13 x 106x 0.728x 269.07）+0.818 x 8.64 x 1021.15 x 10.98 x 103 x （1 - 0.8=1.03 +169.06 = 170.09 f = 215MPa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：157.65K

25、Pa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*52.75157.65130表4：风荷载作用下配重式抱杆的应力和挠度6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范围内，屋面抱杆计算结果应 力比范围控制在0.540.95。3. 从分析的结果来看，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允许 的范围类，屋面抱杆安全可靠。4. 三种

26、形式共九种抱杆，杆件尺寸共三种，这样有利于材料集中采购，在保证结构安 全的前提下，做到了经济合理。实用标准文案7 附件TD-SCDMA基站土建改造指导原则根据综合计算，每个抱杆按挂一面天线考虑，抱杆直径按以下要求选用:基本风压（kN/m20.450.50.550.750.8抱杆长度1.5推荐规格 60X5 60X5 60X5 70X5 70X52推荐规格 60X5 70X5 70X5 76X5 76X52.5推荐规格 70X5 70X5 76X5 83X5 83X53推荐规格 76X5 76X5 83X5 89X5 89X54推荐规格 83X5 83X5 89X5102X5102X5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，不包括避雷针。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础上, 适当增加杆件强度和刚度，保证紧固件等附件安装后杆件依然安全可靠,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要求；新建时建议按推荐规格采用。