钢结构塔架的几何形体和截面形式

一，钢塔的几何形体

钢结构塔架的几何形体,可分截面为正多边形的抛物面形塔[图 -1(a)]、双曲抛物面形塔[图-1(b)]、组合形塔[图 -1 (c)]和非对称螺旋形塔[图 -1 (d)]。

截面为正多边形的抛物线形塔最为常见,它由塔柱、斜杆、横杆、横隔构成。每层横杆构成一正多边形，多边形的角点则是塔柱，多边形边长自上而下由小变大,塔柱在立面上是流畅的抛物线。这种塔形较为经济合理。对于小塔,四边形的居多,对于大、中型塔,六边形或八边形更为合适。

双曲抛物面塔为数不多,它由内筒和外筒组成。内简多为电梯井道，用多根钢管构成一个兼抗压、抗弯的空间桁架结构；外筒为双曲抛物面体，由数根等角度空间斜向排列的直线状斜柱构成一个双曲抛物面。内外两筒之间由塔上的桁架系统与塔下的基础相连，因外斜柱一部分受压，故在适当高度处，内外简之间还要设横隔。 此种塔造型独特优美,受力合理。对于大塔，可做双曲抛物线形柔性斜拉索；对于中、小型塔，做刚性斜柱显得更为合适。

组合形塔是以3 根或 4 根钢管构成一个大格构柱，然后由数个大格构柱和格构柱之间的连接桁架(隔一定间距设置)构成塔体。这种塔的塔柱与其他结构形式不同,它既可受轴向力,也可受弯曲。从外形上看,这种塔型虚实对比强烈,观感更好。从取材来说,这种结构的材料规格比正多边形塔的要小，因而材料单价有所降低。这种塔的格构柱的肢数般取 3 或4。对于高度较大的大型钢塔，采用此种结构形式效果更好。

通常的塔都是对称形的，这一方面是由于历史文化的原因，另一方面也因为荷载方面的随机性，而且对称塔的制作、安装也方便一些。但这种不变的、传统的设计思想也受到挑战。

图 -1(d)中的海南明珠电视塔方案即采用了非对称螺旋形的塔身，这种结构外观非常独特、优美，而从结构组成来说又特别简单。它是由许多个几何形状单一的立方体构成，因而也易于标准化制作和安装。当然这种塔型不能作为常用的结构形式。

钢塔的结构形式不局限于上述几种，它必将随着时工程技术的进步而变化、发展。

二、钢塔构件截面形式

空间桁架结构形式的钢塔，其构件截面形式有圆钢、角钢、钢管三种

1、圆钢结构

主要刚性构件为圆钢格构式构件、主要柔性构件为圆钢的塔架称为圆钢塔,如图 2(广州越秀山广播电视塔)就这样。圆钢塔的主要优点是材料单价低,安装和维修便利，缺点是用钢量较大，防腐蚀处理较繁琐。另外，圆钢塔的节点也较复杂。圆钢直径大、均质性差也是缺点。

2、角钢结构

主要构件为角钢的塔架称为角钢塔。角钢塔连接方便，材料易于采购,生产工艺简单、效率高，因而大量的输电塔和通信塔均采用角钢塔。角钢塔的缺点是风阻大，材料受压稳定各向异性，大规格材料缺乏，因而不易用于大塔，角钢塔的用钢量也较大。

3、钢管结构

主要构件为钢管的塔架称为钢管塔。钢管可用无缝钢管、高频电焊直缝管、埋弧焊大口径直缝管等。钢管迎风体型系数小、截面回转半径大且各向同性，因而杆件受压稳定性好、省材。钢管塔的缺点是材料单价高、连接用钢量略大。目前大型多功能钢塔的材料多以钢管为主,特别是大口径自动焊接卷管有逐步取代无缝钢管之势；这样,材料单价可降低，材料的规格基本不受限制，钢管塔的优越性就更明显了。

4、单管塔

在高度不高的通信塔中常常采用单根锥形钢管塔。塔的截面为圆形或多边形焊接钢管。其优点是风阻小、占地小、外形美观、工期较短，缺点是变形较大，对变形要求不严的通信塔、照明灯杆是很合适的。

三、空间桁架塔斜腹杆性质

空间架塔的腹杆结构可分为柔性斜腹杆和刚性斜腹杆两大类。

柔性斜腹杆即以圆钢作为交叉斜腹杆，此种腹杆仅能抗拉，不能抗压。这种结构形式的优点是迎风面小，长细比受限制少，因而材料用量省。但由于在塔架受力时有一半斜腹杆受压而退出工作，因而塔身刚度有所下降。若采用预应力柔性斜腹杆，则塔身刚度较好，杆身长细比不受限制,因而更省材。

刚性斜腹杆即以钢管、角钢和格构式杆件作为斜腹杆。这种斜腹杆既可抗拉也可抗压，因而结构刚度较好。但在大型塔架结构中,由于斜腹杆长度较大，而斜腹杆本身受力并 不大,结果材料利用率较低。解决此问题即减小构件长细比的办法是加设再分式腹杆。但设再分式腹杆会增加节点数量和用钢量。一般在角钢结构中，由于节点用钢量较省，故这种再分式刚性腹杆形式用得较多。

总而言之，刚性斜腹杆体系迎风面大，用钢量费，刚度大，外观刚劲；柔性斜腹杆体系迎风面小，用钢量省，刚度小，外观轻巧。

来源：亨瑞老于的结构设计

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