摘要：钢结构通信铁塔的改造设计涉及的影响因素较多，但改造设计方案应在综合考虑共享需求、安全可靠、施工便捷以及经济效益的条件下，达到对结构正常使用影响小、工期短的要求。针对钢结构通信存量铁塔改造，在简述改造基本原则与步骤的基础上，提出铁塔的检测和鉴定方法，以及改造设计的要点及措施，旨在为实际改造设计工作提供参考依据。
关键词：钢结构；通信铁塔；改造设计
以往，各个运营商的通信铁塔大部分为一家使用，仅有很少一部分为两家或三家共享。目前，随着铁塔公司在全国范围内相继进入接收运营商存量铁塔的时期，如何盘活存量铁塔资源，使大部分存量铁塔能够满足两家甚至三家共享，以达到提高共享能力、资源使用效益最大化将成为铁塔公司面临的重要问题。因此，对于钢结构通信铁塔如何进行合理的改造设计进行研究具有重大意义。
一、改造基本原则与步骤
铁塔改造前应先明确其实际运行状况，然后通过深入分析，确定规范合理的步骤，在满足安全性要求的基础上实现资源共享。
1、改造基本原则
（1）安全性原则，在新增天线或平台荷载后，应保证原结构满足承载能力的要求。
（2）适用性原则，铁塔改造后应具备良好使用功能，保证不同运营商之间的设备不会互相干扰，且能满足通信网络覆盖的基本要求。
（3）耐久性原则，要求在存量铁塔设计使用年限内必须保证其正常使用功能及耐久性能。
（4）经济性原则，具体的改造方案需要充分考虑经济合理性与可操作性，适当降低工程的建设成本。
（5）灵活性原则，所有改造方案必须是在因地制宜前提下制定的，并根据实际情况作灵活调整，满足后续维护与扩容等实际要求。
2、改造步骤
（1）对铁塔近期需要增设的挂载进行核实，确定需求量。
（2）广泛搜集相关资料，如铁塔塔身基本资料、基础资料与地质勘察报告。
（3）到现场对铁塔实际情况进行勘察，确定实际的使用情况与基站要求。
（4）委托具有相应检测资质的机构进行现场检测，并对铁塔性能做综合评估。
（5）由专业技术人员对收集到的资料进行铁塔分析和计算，确定适宜的改造方案。
（6）委托有资质的施工单位严格按照上一步制定的方案进行施工，并在施工中进行检查验收。
二、铁塔的检测和鉴定
现阶段许多铁塔原始资料均已缺失，因此在塔身新增设备荷载前，应委托具备相应资质的检测机构对塔体现状进行检测，同时进行等级评估。
1、检测内容及方法
（1）构件的材质采用表面硬度法进行检测;（2）螺栓的强度与规格通过对表面钢印的检查来判断;（3）焊缝质量采用超声波探伤法检测;（4）钢管构件的厚度采用测厚仪直接检测;（5）角钢构件的尺寸采用游标卡尺检测;（6）构件上的缺陷通过直接观察检测，同时采用超声波法确定缺陷大小;（7）垂直度采用经纬仪进行检测;（8）镀锌层的厚度采用测锌仪进行检测。
2、等级评定
铁塔等级一般可以分成以下四类：（1）A类：安全性：结构重要性系数和荷载效应的积小于结构抗力;适用性：外观上没有变形与缺陷;耐久性：存在轻微的缺陷，但防腐层保持完好，没有腐蚀;可不进行改造;（2）B类：结构重要性系数与荷载效应的积的0.95倍小于结构抗力;适用性：在不经常接触的部位存在轻微的变形及缺陷;耐久性：存在明显的破坏，且防腐层上有轻微的损坏，部分钢材锈蚀;可不进行改造;（3）C类：安全性：结构重要性系数与荷载效应的积的0.80倍小于结构抗力;适用性：对正常使用已经造成影响，存在明显的变形及缺陷;耐久性：有明显的缺陷，且防腐层上有轻微的损坏，部分钢材锈蚀;应采取有效的改造措施;（4）D类：安全性：结构重要性系数与荷载效应的积的0.80倍大于结构抗力;适用性：对正常使用有严重影响;耐久性，存在严重缺陷，且受到外力作用后会继续发展，钢材的锈蚀情况严重;必须立即采取有效的措施进行改造。
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三、铁塔改造设计措施
1、减小风荷载的作用
根据风荷载计算公式及结构整理内力计算原理，可以通过减小挂载的迎风面积、减小构件的体形系数、减小结构的风振系数、减小基本分压取值、减小荷载的作用点高度的方法来达到减小构件所受内力、减小结构对基础作用力的目的。
（1）减小挂载的迎风面积
①减小天线的迎风面积。如更换天线为小天线，合路天线，宽频天线等，从而达到使天线数量或单个天线迎风面积减小。
②减小平台的迎风面积。如拆除原平台改为支架、减小平台大小等。
③减小爬梯的迎风面积。如拆除原爬梯改为主材上连接爬钉或拆除原爬梯护笼，并辅以防坠落装置。
④减小外露馈线的迎风面积。如馈线多层叠放、馈线穿入分段圆截面材料、馈线固定于角钢主材腹内等。
（2）减小构件的体型系数
前提是改造后的构件迎风面积与体型系数的乘积减小。对于三管塔、角钢塔等的角钢构件，可以采用外包圆形材料；对于单管塔、美化塔等多边形截面管身，可以外贴材料使截面变成圆形。
（3）减小结构的风振系数
决定风振系数大小的参数是周期，而与周期相关的是结构质量与刚度，欲减小风振系数，则应减小结构质量或增加结构的刚度。由于平台的质量较大，且位于塔身的顶部，对周期的影响较大。特别是单管塔、美化塔等，可以通过拆除原平台改成支架或拆除平台护栏的方式来减小平台的质量，从而减小结构的自振周期，到达减小风振系数的目的。增加结构的刚度，可以通过如加设拉线或支撑、加大主要构件的截面、设置适度张紧的拉杆或卡索等方式来实现。
（4）减小基本分压取值
根据结构荷载规范的相关规定，可变荷载可考虑设计使用年限的调整系数。对于风荷载，可以通过选择不同重现期的值来考虑设计使用年限的变化，可见降低钢结构通信铁塔的使用年限，可以减小基本风压的取值。
2、增强结构承载能力
（1）对于单管系列的铁塔，在设计过程中，主要由位移控制，所以可放宽一定对位移的要求，使其可以承受更多的荷载。
（2）适当增强结构的整体稳定性，如在塔身上增设腹杆，降低构件长细之比，提高稳定状态下构件实际承载力。
（3）将原构件改造成强度更较高的构件，如斜材和横材可替换成规格更高的构件，主材可采取十字形组合截面法进行加固。
（4）若塔身构件连接部位螺栓承载力不足的时，可将原螺栓替换为同直径的高强度螺栓，若地脚螺栓承载力不足时，可对塔脚进行植筋处理。
（5）对于三角拉线塔，可以采取新增拉线，增加横隔的方法调整主材的应力比。
3、维护和整改
针对适用性和耐久性有较大影响的问题，可采用维护和整改的方法来处理，具体包含下列四个方面的内容。首先，对锈蚀情况较为严重且有明显变形的构件进行更换;其次，对于防腐层严重磨损的构件，应在打磨至光滑以后重新热喷锌，也可采取合理可行的防护措施;再次，当铁塔的垂直度无法满足要求时，需要通过分析确定产生原因，并进行有效的整改处理;最后，采用拉线做紧固处理，补充缺失的螺栓，做好防雷接地处理等。
结语
由于存量铁塔塔型的多样性和复杂性，使得目前铁塔改造全面开展存在许多阻碍，在技术运用方面存在一些困难，对现有钢结构通信铁塔改造设计时，应结合通信基站现有的情况，经复核比选后选择经济、安全、易于实施且对原结构影响较小的设计方案。只有这样才能确保后续通信工程质量的控制进行，为实现通信设施的共建共享提供坚实的基础。
参考文献
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[3]高英杰.通信铁塔的设计与维护策略初探[J].数字通信世界,2018,168(12).
论文作者:肖文生
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30