某屋顶通信增高架倒塌的结构分析

艾鹏　孙涛

摘要：该文针对某屋顶通信增高架倒塌现场的勘察结果，采用通用的有限元程序SAP2000（V15）对铁塔进行了结构计算复核，结果表明，不合理的斜材布置是该铁塔发生倒塌的主要原因。对防止发生类似事故提出了几点建议。

关键词：高耸结构；SAP2000；通信增高架；倒塌

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1674—3024（2016）11—201—02

前言

随着通信行业的发展，高耸结构在通信工程中的应用越来越多，如角钢塔，单管塔，拉线塔，增高架，抱杆等应用的越来越多，其中屋面增高架由于具有天线挂高较高，挂载天线数量较多，使用杆件较少等优点，在征地难度较大的城市市区和城郊地区，受到各电信运营商的青睐，使用量较大。

但是，今年来极端气候频发，各种通信铁塔倒塌的事故屡有发生，屋顶增高架一般建设在居民密集的地区，一旦发生事故，将对人民生命和财产安全造成比较严重的影响。本文通过对这一塔型倒塌事故进行了结构分析，指出了倒塌的主要原因，并对该塔型的设计提出了建议。

1工程概况

云南玉溪某屋顶通信增高架建设于2010年左右，高度为15m，为三角形钢管铁塔，采用普通螺栓连接。2016年4月29日晚，云南突发大风暴雨天气，该增高架发生倒塌，现场勘查情况如图1所示。经现场勘测后，复原原有增高架的单线图如图2所示。

现场测量的结果如下：

（1）塔身多处斜材发生较大弯曲变形（如图1 b），无拉断现象：

（2）塔脚螺栓与基础连接锚栓被拔出（如图1c），地脚锚栓进入基础约50mm，锚固深度不足；

（3）拉线拉点设置于基础上，拉线松弛，拉线钩与拉点角钢脱离，拉线失效（如图1d）。

2结构分析

采用通用的有限单元法程序SAP2000（V15）对该增高架进行分析计算（按B类地区和基本风压0.35kN/m²），计算简图如图3。计算轴力结果如图4。部分计算结果如表2所示。该增高架主材的最大轴力（压力）发生在第④段，斜材最大压力发生在第②段，横材的最大压力发生在第增高架顶部。

3结论及建议

由现场查勘的情况和有限元计算分析，该增高架倒塌的主要是由以下因素造成的：

（1）增高架斜材布置不当，《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定的受压构件容许长细比为150而实际斜材长细比达402.6，长细比过大，刚度不足，受压承载力不满足要求，这是增高架在风荷载等荷载组合作用下发生突发性整体倒塌破坏的主要原因：

（2）塔脚与基础连接锚栓锚固长度不足.根据造成混凝土基础劈裂破坏、锚栓拔出失效，也是铁塔整体倒塌的重要原因：

（3）拉线点设置于塔脚基础，并未设置于原有房屋承重构件，不利于增高架抗倾覆，是铁塔整体倒塌的又一重要原因。

鉴于以上计算分析结果，由于这种类型的增高架存在着许多的质量隐患，建议对该类型的增高架尽快进行加固处理或者拆除，以免造成更大的经济损失甚至人员伤亡。另外，在进行增高架设计时，应做以下改进：

（1）斜材应选择合理截面且应X形布置，交叉处采用螺栓连接，减小杆件长细比，保证杆件刚度和稳定性；

（2）云南玉溪抗震设防烈度为8度（0.2g），应采用扩底型锚栓或者特殊倒锥形化学锚栓，锚栓数量及其锚固长度应依据具体情况按《混凝土结构后锚固技术规程》计算确定；

（3）15m屋面增高架如果现场条件允许，宜设置多层拉线，减少混凝土基础重量，既保证原有房屋结构安全，也保证屋面增高架抗倾覆性能。

（4）应严格执行相关规范规程，避免安全隐患。