35米0.45风压塔用桩基础设计

许鹏

摘 要：伴随着通讯铁塔建设的飞速发展，城市土地成本越来越高，本着节约土地资源的基本原则和减少铁塔基础施工成本。同时也为铁塔快速建站提供了一种新的方式，文章通过sap2000建模对铁塔结构进行受力分析，同时结合钢管桩基础对铁塔进行快速建站，达到一体化建站的目的。

关键词：sap2000；铁塔；钢管桩

1 概述

1.1 工程概况和设计任务

1.1.1 工程名称

35米0.45风压湖北单管塔及塔用钢管桩基础设计

1.1.2 铁塔及塔用钢管桩基础

本项目主要是设计在湖北地区35米0.45风压的单管塔及其配套使用的钢管桩基础，以达到快速建站的目的。

其中景观塔塔高35m。32米处安装3付天线；29米处安装3付天线；26米处安装3付天线；天线迎风面积按0.8m2/付计。塔体采用Q345钢板折弯为正12边形，共分4个塔段，每个塔段长约10m。塔体采用Q345B钢材，上口为Φ360X6，下口为Φ750X10钢管。

此处的钢管桩基础由于缺少工程地质和水文地质资料的实测资料，目前只能按照1.2节中的假设进行设计，后期如有相关实测资料再进行更新。则得出钢管桩长度为6m，直径1m，厚度为14mm的Q345B的材料。

1.2 工程地质和水文地质资料

1.2.1 工程地质条件

第①层杂填土：主要由粘性土、碎石、砂等组成，局部含建筑及生活垃圾，层厚0.70～2.10 m。

第②层 粉质粘土：黄褐色，可塑-可塑偏硬状态，中等压缩性，厚度0.00～3.60m。

第③层 粉质粘土：黄褐、褐色可塑偏软状态，中等偏高压缩性，局部高压缩性布，厚度0.00～1.9m。

第④层 泥岩：紫红色，强风化状态，风化裂隙很发育，结构大部分破坏，岩芯碎块状，勘察揭露的最大厚度为2.00m。

1.2.2 水文地质条件

地下水的类型及埋藏、分布特点：勘察深度内，未见地下水。

地下水补给、排泄条件及动态变化：地下水主要补给来源为大气降水补给，6～9月为丰水期，部分地段会形成上层滞水稳定水面。

地下水与土的腐蚀性评价：根据地区经验，地下水及土对砼和砼中的钢筋有微腐蚀性。

1.2.3 岩土设计参数

2 方案设计

2.1 地基持力层的选择

由工程地质条件知，铁塔结构对地基压力大，则地基容许承载力也应达到比较大的数值，排除用粉砂作为持力层的方案，第六层泥岩基本承载力为500kPa，选择基本承载力达的500kpa的泥岩作为持力层。

2.2 荷载计算

根据提供的原始资料进行结构计算，对多种荷载组合下的结构进行了线弹性分析、反映结构自身特性的模特分析等，从而了解本工程的结构受力特点。

结构安全等级：二级

结构设计使用年限：50年

2.2.1 荷载及作用

（1）恒荷载

钢结构自重由程序自动计算。

（2）活荷载

活荷载0.5kN/m2，活载不与雪荷载同时考虑。

（3）风荷载

基本风压：0.45kN/m2。

（4）温度作用

升温荷载：+30℃

降温荷载：-30℃

（5）裹冰荷载

轻覆冰区，基本裹冰厚度取5mm

（6）计算分析程序的选择

一体化整体结构计算选用了Computers and Structures，Inc.研制开发的三维通用结构分析设计程序SAP 2000。

SAP 2000 应用范围非常广，主要试用于模型比较复杂的结构，体育场，工业建筑，发电站，输电塔，网架等结构形式。

由于单管塔主要受力结构式钢管，故根据本结构的特点，在分析时考虑结构的整体空间效应，结构整体计算分析选用了SAP2000。

2.2.2 内力计算

（1）计算模型采用空间三维实尺模型

其结构的计算模型的3D图如下图所示：

（2）主结构变形分析

主塔的横向变形允许值应由风荷载标准组合控制，主塔在标准组合下的变形如下：

以风为主的荷载标准组合作用下：

顶部位移为0.476m，顶部高度35m，因此位移比为476mm< 1/40h=1/40*35000=875mm，满足标准组合下对水平位移限制的要求。

水平转角很小，接近于零，满足规范要求。

（3）杆件结构强度验算

各荷载基本组合下的结构杆件应力比如下列图所示：

整个结构杆件的应力比在0.85以下，构件具有一定的安全储备。通过上面图例的显示，结构杆件的承载力满足要求，结构具有一定的安全储备。

（4）基底支座反力

基底总反力如下表所示：

2.3 基础类型的比选

2.3.1 选定桩基类型

考虑桩基为钢管桩，无承台，采用机械打入式。

2.3.2 选择桩材与桩径

）

（1）桩身采用Q345B钢管。

（2）设计桩径采用d=1m。

（3）画出土层分布图如图2所示，选用W3砂岩作为持力层，取桩长l=6m。桩底标高0m。