第六章电视塔

特种结构河北工程大学土木工程学院孙克14章混凝土电视塔随着国民经济和建筑业的发展，混凝土电视塔在大、中城市越建越多。它承担着广播电视发射和节目传递、旅游观光等任务，是城市象征性建筑。电视塔的特点是高度大，横截面小，风荷载起主要作用，同时也要考虑自重的作用。因此结构选型应力求布置合理、受力明确截面简单对称、减少风荷载、合理用材优化计算结构。构造应力求传力明确，减少局部效应。使结构满足安全、使用、耐久为目的。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克24.1概述混凝土电视塔是塔体部分或全部分由混凝土构成的电视塔，它的组成包括塔体、桅杆、塔基础。塔基础顶面以上竖向布置的受力结构称塔体。塔楼以上的塔体部分称桅杆，主要用于安装发射天线，它由混凝土和钢结构构成。塔体的中部或顶部的建筑由单层或多层空间组成，部分或部分挑出塔体外部称为塔楼。塔体和地基间，承受塔体各种作用的结构称为塔基础。电视广播和电信事业在我国乃至全世界迅速发展。自20世纪50年代以来，国外兴建了大量的各种类型的电视塔。德国早在1956年率先建成了混凝土斯图加特电视塔，高度为217米，以后又在汉堡、慕尼黑等地建造了更高的电视塔。非洲、美洲和亚洲的国家也相继建造混凝土电视塔。目前世界最高的电视塔是加拿大的多伦多电视塔高度为553.3米；位居第二的是俄罗斯的533米的奥斯坦金电视塔。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克3国外典型电视塔介绍：1.加拿大多伦电视塔世界上最高的电视塔竖立在加拿大多伦多市中心国家电视塔，是多伦多的标志性建筑。它不仅是加拿大国家十大景观之一，也是世界最高的独立式建筑物。1973年动工，1976年落成。电视塔高达553.3米，147层，圆盘状的观景台远看像是飞碟，伫立在多伦多的港湾旁。它是由加拿大国营铁路及太平洋铁路合资兴建的。高强混凝土浇筑的塔身断面呈Y型，基部每翼宽30.48米，厚6.7米，逐渐向上收分成一单柱，至446米处，再用特殊密实的混凝土浇筑5米高的发射塔基座，在其上再安装102米高的发射天线钢塔，是用巨型直升飞机吊上去的。整个电视塔用钢量5600吨，混凝土4万立米，总重13万吨。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克42.奥斯坦金诺广播电视塔奥斯坦金诺广播电视塔于1967年建成，是世界上第二高的独立建筑。其建筑重量超过55,000吨。奥斯坦金诺电视塔高达533米，。观景台位于离地面337米的高空，观景台下面是“第七天空”餐厅的3个用餐室，通过无线电讯网络发射着11个电视台、12个广播电台和17个卫星电视节目的信号。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克5我国的电视塔发展迅速，如：北京中央电视塔，高405米；天津电视塔高415.2米；西安电视塔，高245米；辽宁电视塔，高305.5米；上海电视塔，高450米等。国内典型电视塔介绍：1.北京中央电视中央电视塔于1987年1月开工，1990年9月亚运会使用，位于北京西郊玉渊潭公园西侧，高405。塔体为圆锥形，塔座是两层重檐，塔楼为宫形。塔楼和塔座为大面积玻璃幕和金属屋顶。其功能是播出8套电视节目，为公安、消防、地震、气象、环保和旅游等部门提供综合服务。该电视塔分基础、塔体、塔楼、桅杆4部分组成，塔体又包括内筒、中筒、外筒。塔基的基础深24米，采用3米厚的预应力钢筋混凝土大环板，混凝土为C40，混凝土量为4236m3，钢筋350t，预应力钢绞线40t。塔体的下部为框架结构，共7层，最大直径大70米，框架结构里侧与塔体连接。塔体为C40预应力钢筋混凝土，纵向钢筋外侧为直径32~100mm，整个筒体设64束钢丝束，110m以下另有24束。塔楼从197.0~257.5m为微波平台和塔楼，总高为60.5m，最大直径为41m,分为14层，塔楼为钢结构，总重600t，坐落在钢筋混凝土的额倒锥壳上，楼板为钢筋混凝土。桅杆部分由钢筋混凝土预应力桅杆和钢结构桅杆两部分组成。混凝土桅杆分为两个断面，底部从257.5~292.5,外围5×5m,壁厚600mmm，混凝土的断面中心共24束预应力筋。上部从292.5~322m，外围3.83×.8m,壁厚550m，混凝土壁中间共16束预应力筋。每束预应力筋均为2m2×m,1m1×m,0.75m0×.75m,用钢板围成，钢板最厚为50m。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克62.上海电视塔上海电视塔位于世纪大道1号，浦东陆家嘴地区，与黄浦公园、外滩隔江相望1991年动工建造，1994年投入使用。它是上海的标志性建筑。东方明珠电视塔，选用了东方民族喜爱的圆体作为基本建筑线条，其设计富有唐代诗人白居易诗中“大珠小珠落玉盘”的优美含意。电视塔主体结构高350米，全塔总高度为468米。从电视塔大台阶步入塔内底层，便见宏伟的大堂，从底层电梯大厅到直径为45米的中球，离地面263米，该球共九层，有1万多平方米。主体由三个斜筒体、三个直筒体和11个球组成，形成巨大的空间框架结构，具有鲜明的海派建筑特色，做到了现代科技与东方文化的完美统一。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克74.2电视塔所用的材料混凝土材料的选用根据国内外已建的混凝土电视塔情况主体结构强度等级不宜低于C30；当采用预应力混凝土时不宜低于C40。其他规定按《混凝土结构设计规范》（GB500010—2002）执行。钢筋的采用，普通钢筋HPB235、HRB335钢筋，预应力钢筋宜采用钢绞线。钢结构宜采用Q235、Q345、20号钢等，其质量标准应分别符合相应的规范要求规定。手工焊采用的焊条应符合现行标准《碳素钢焊条》（GB/T5117—1995）或低合金钢焊条》（GB/T5118—1995）的规定要求，选择的焊条的型号与主体金属强度相适应。自动焊或半自动焊采用的焊丝和焊剂应与主体强度相适应，并应符合相对应的标准的规定。普通螺栓应符合现行国家标准《六角螺栓C级》（GB/T5780—2000）和《六角头螺栓》（GB/T5782—2000）的规定。高强螺栓应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》（GB/T1228—1991）、《钢结构用高强度大六角螺母》（GB/T1229—1991）、《钢结构用高强度垫圈》（GB/T1230—1991）等规定。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克84.3混凝土电视塔结构设计的基本原则4.3.1基本规定混凝土电视塔结构设计采用分项系数的设计表达式表达，以概率理论为基础的极限状态设计方法。极限状态设计分为以下两类：（1）承载能力极限状态：这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形状态。（2）正常使用极限状态：这种极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限植的状态。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克94.3.2承载能力极限状态的计算要求混凝土电视塔依据其破坏后果的严重性（危及认的生命安全、造成经济损失、产生社会影响等）分为三个安全等级。混凝土电视塔的安全等级见表4.1的规定。电视塔的安全等级表4.1安全等级破坏后果电视塔类型一级很严重很重要二级严重一般三级不严重次要对于承载能力极限状态混凝土电视塔结构构件应按荷载效应的基本组合和偶然组合进行设计。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克10一、基本组合应采用下列极限状态表达式：γ0(γGSGk+γQ1SQ1k+)≤R(.)式中γ0为结构重要性系数，对安全等级为一级、二级、的结构分别采用1.1、1.0、0.9；γG为永久性作用分项系数，当其效应对结构不利时取1.2，当其效应对结构有利时取1.0；SGk为永久作用标准值的效应；γQ1、γQi为第一个和第i可变作用的分项系数，一般取1.4；SQ1k、SQik为第一个和第i可变作用的标准值的效应；ψCi为第i可变作用的组合值系数；R(.)为结构的抗力函数。对不同的作用组合，其可变作用组合值系数分别按表4.2采用。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克11一、基本组合应采用下列极限状态表达式：γ0(γGSGk+γQ1SQ1k+)≤R(.)式中γ0为结构重要性系数，对安全等级为一级、二级、的结构分别采用1.1、1.0、0.9；γG为永久性作用分项系数，当其效应对结构不利时取1.2，当其效应对结构有利时取1.0；SGk为永久作用标准值的效应；γQ1、γQi为第一个和第i可变作用的分项系数，一般取1.4；SQ1k、SQik为第一个和第i可变作用的标准值的效应；ψCi为第i可变作用的组合值系数；R(.)为结构的抗力函数。对不同的作用组合，其可变作用组合值系数分别按表4.3采用。2nciqiqikis特种结构河北工程大学土木工程学院孙克12作用组合可变作用组合值系数ψCWψCLψCTψCIψCAⅠG+ω+L+T1.00.70.6----ⅡG+I+ω+T0.250.7--1.0--ⅢG+A+ω+L0.250.7----1.0表4.2可变作用组合值系数注：1.G、W、L、I、A分别代表永久作用、风作用、楼面和平台的可变作用、温度作用、裹冰作用、安装检修的可变作用。2.在Ⅱ、Ⅲ组合中，当ψCWw00.15KN/m2时，取ψCWw0=0.15KN/m2。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克13一、结构抗震计算是应采用下列极限设计表达式：γGSGE+γEhSEhk+γEVSEVk+ψWγWSWk≤R/γRE式中γG为永久性作用分项系数；γEh、γEV分别为水平、竖向地震作用分项系数，应按表4.3采用；γW为风作用分项系数，应采用1.4；SGE为重力荷载代表值的效应；SEhk为水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数；SWk为风作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数；ψW风作用组合系数，可取0.2；R为结构构件承载力设计值；γRE承载力抗震调整系数，对混凝土塔身取1.0，对钢结构和其他混凝土构件取0.8，对连接取1.0。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克14地震作用γEhγEV仅按水平地震作用计算1.30仅按竖向地震作用计算01.3同时按水平和竖向地震作用计算1.30.5表4.3地震作用分项系数偶然组合的极限状态设计表达式宜按下列原则确定；1.只考虑一种偶然作用与其它可变荷载组合；2.偶然作用的代表值不应乘以分项系数；3.与偶然作用同时出现的可变荷载可根据具体情况采用相应的代表值；具体的设计表达式及各种系数应按有关专业规范、规程具体采用。三、特种结构河北工程大学土木工程学院孙克154.3.3正常使用极限状态验算要求根据不同的设计要求，正常使用极限状态分别采用作用的短期效应组合和长期效应组合进行设计，其变形、裂缝等计算值不应超过相应的规定值。一般情况下塔体只作短期效应组合设计。一、短期效应组合SGk+SQ1k+∑ψCiSQik二、长期效应组合SGk+∑ψqiSQikψqi—第i个可变作用的准永久值系数。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克16电视塔正常使用极限状态的控制条件应符合下列规定：一、在风荷载（标准值）作用下，塔上桅杆顶点的水平位移不宜大于该点离地高度的1/100。二、在不均匀日照温度或风荷载（标准值）作用下，对设置有转角要求设备（如天线）的塔在设备所在位置处的塔身转角不得大于设备的规定限值三、在风荷载动力的作用下,设有游览设施和有人房间的塔，在旅游设施和有人房间的所在位置处的塔身动风位移加速度不宜大于0.2m/s2。在短期效应组合和长期效应组合作用下，钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度不应大于0.2mm。特种结构河北工程大学土木工程学院孙克174.3.4电视塔上的作用及计算4.3.4.1作用的分类电视塔结构上的作用可分为下列三类：永久作用：结构自重、固定设备重、土重、土压力混凝土收缩、预应力、地基沉降等；可变作用：风荷载、裹冰荷载、地震作用、雪荷载、温度作用、使用中的人员施工中的设备重等。偶然荷载：导线断线等4.3.4.2各种作用计算1.风荷载作用在电视塔结构上的风作用的压力的标准值，应按下式计算：ω0k=μsμzω0式中ω0k—风荷载压力的标准值，kN/m2；μs--风荷载的体型系数；μz--风压的高度变化系数；ω0—基本风压，kN/m2；特种结构河