移动通信角钢塔基础的优化设计

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1、移动通信角钢塔基础的优化设计第六设计所吕能锋宋国涛张学斌2006年11月06日京移通信设计院有限公司第十二届新技术论坛前言移动通信铁塔做为移动通信网络的基础设施，因其建设面广、量大，所以设计的合理与否直接影响着通信设施的适用、安全、工程造价和工期，因此铁塔的优化设计也就成为工程建设的重要环节需要引起足够重视。角钢塔制作安装简便、经济适用，是最常用的塔型，本文结合具体工程实例，来讨论其组成部分之一的地下部分即基础的优化设计。我们取典型实例：某移动通信角钢塔高48m，根开7m，设2层平台，每层平台均按加挂6副GSM（或CDMA）定向天线设计。考虑到天线间距（同扇区天线间距大于4m，相邻扇区天

2、线间距大于1m）的要求及天线安装调试方便，平台直径确定为4m，平台高度为45m及40m。基本风压取0.4kN/m2，地面粗糙度为B类。铁塔属于高耸构筑物，其受力特点是水平力起控制作用，一般取两种风向，如图1所示。京移通信设计院有限公司第十二届新技术论坛2前言图1角钢塔风荷载示意京移通信设计院有限公司第十二届新技术论坛3前言基础的设计受地质条件，我们取几种典型的地质条件予以讨论。普通地基地下水位较浅的普通地基岩石地基软土地基京移通信设计院有限公司第十二届新技术论坛4一.普通地基工程中常见的多数地基情况是场地地势平坦，地下水位较深，没有软弱下卧层及不良地质作用存在。典型的地层结构：第一层为素填土

3、，多为耕地，松散，成份以粉质粘土为主，厚度较浅300-400mm，不适宜作为基础持力层；第二层为粘土，黄褐色，可塑，光滑，中等干强度，高韧性，分布普遍，且厚度适宜3000-3200mm，fak=150kPa，适合作为浅基础持力层；第三层为粉质粘土，褐黄色，稍有光滑，中等干强度，中等韧性，含铁锰氧化物，fak=160kPa，厚度较大6000-6200mm，但埋深较深，可作为良好的基础下卧层；第四层为泥质砂岩，灰色，泥质结构，块状构造，强-中风化状态，岩体交破碎，fak=300kPa。京移通信设计院有限公司第十二届新技术论坛5一.普通地基经计算，45°受风作用下的各支座标准组合反力如表1所示。表

4、145°受风作用下的各支座标准组合反力（kN）支座1234Nxk-26.8-2.0-36.08.3Nyk-26.88.3-36.0-2.0Nzk-185.032.8248.732.8京移通信设计院有限公司第十二届新技术论坛6一.普通地基钢筋混凝土独立基础属于浅基础，由于比较经济、施工简便，在地基承载力较好、土质比较均匀的情况下应优先选用。移动通信铁塔独立基础的受力特点是竖向压力较小，而竖向拔力较大，与普通的独立基础不同的是，其基础面积及埋深受如下条件控制：1、基础受拔脱开面积不得超过基础面积的1/4；2、抗拔稳定性。经计算，基础面积确定为3.0×3.0m，埋深2.8m。如果减小拔力，比如可以

5、把做为基站的砖混平房设在塔下，构造上将其自重传至塔脚下，基础受力状况得到改善，相同条件基础面积可以缩小到2.6×2.6m，基础造价降低近20%，同时由于机房设在塔下，机房的接地系统可以和铁塔的接地系统一起来作，接地的造价因此降低近30%。京移通信设计院有限公司第十二届新技术论坛7二.地下水位较浅的普通地基工程中也经常碰到这样一类地基情况，基本情况与第一类差不多，地基持力层较浅，没有软弱下卧层及不良地质作用，不同的是地势低洼，地下水位较浅低。假设土层分布与上一节相同，地下水位为-2.0m。若仍采用独立基础，由于地下水位较浅，一方面其对基础的浮力又使基础受拔的受力状况雪上加霜，基础面积扩大为3.

6、3×3.3m，埋深会更深，达3.3m；另一方面基坑开挖需要降水施工，对于铁塔等小型工程显然是不经济的，并且工期延长很多。为此，可以考虑筏板基础，选择高于地下水位的土层做为基础持力层。筏板的计算与普通筏板相同，按倒无梁楼盖分柱京移通信设计院有限公司第十二届新技术论坛8二.地下水位较浅的普通地基上板带和柱中板带计算，由于筏板的刚度很大，而受到的铁塔传来的反力很小，筏基的厚度和配筋基本为构造确定。为降低造价，把受力上不需要的的核心区域清除掉，变成“回”字型筏板，但此时的受力模式已不是筏板，实质上扁宽的条形基础，应按弹性地基梁计算，我们称之为宽扁梁基础（图2）。基础面积和埋深的确定基本上由基础脱开面

7、积条件的限制。四条梁的尺寸完全相同，刚度相同，梁1-2和1-4分别承担拉力的一半，即京移通信设计院有限公司第十二届新技术论坛9二.地下水位较浅的普通地基图2宽扁梁基础示意京移通信设计院有限公司第十二届新技术论坛10二.地下水位较浅的普通地基T1=-(Nzk1＋Gjf/4)/2=-(-185+440/4)/2=37.5kNT2=(Nzk2＋Gjf/4)/2=(248.7+440/4)/2=179.4kN这里，机