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【摘要】为满足竖向交通,便于工作人员进行结构维护、设备运输等,广播电视塔常需设置钢走梯。钢走梯设置于中心井架处,传统的钢走梯常采用外走梯。随着广播电视塔高度不断提升,其景观功能逐渐突出,建设单位对于中心井架的装饰、亮化功能提出要求。传统走梯影响井架外包装饰材料的布置。针对传统走梯的缺陷,论文介绍一种新型四跑内走梯,并对新型钢走梯的安全性、适用性进行分析。分析结果表明,新型走梯设计合理,构造清晰,可推广使用。
【关键词】电视塔;钢走梯;设计
1引言
广播电视塔主要用于无线信号的传输发射。为方便塔上设备安装、检修,会在塔的中部设置钢爬梯或钢走梯。钢走梯的强度高、整体刚度好【1】,比钢爬梯更便于人员攀登。随着广播电视塔地标功能越来越突出,钢走梯也逐渐取代钢爬梯,成为广播电视塔竖向交通的主要方式。本文依托于某广播电视塔项目,设计了一种新型钢走梯,并从布置、构造角度进行介绍,通过有限元软件Midas分析了新型钢走梯在安全性及动力特性等方面的特点,论证了新型走梯的设计是合理的。
2结构布置及构造
2.1结构布置
图1所示为整体结构布置,阴影部分为中心井架。塔身中部设置中心井架,并依附于井架设置钢走梯。每隔一定距离,中心井架和外塔架需采用水平构件相连,以将中心井架水平荷载传递给外塔架。传统钢走梯一般由沿中心井架悬挑设置走梯,梯段呈盘旋上升状。传统走梯的缺点如下:1)梯段设置在中心井架外部,不利于装饰结构布置;2)在与外塔架相连的位置,只能满足3个中心井架柱与外塔架相连;3)工作人员在井架外部行走,心理上有不安全感。考虑到传统钢走梯的缺点,本项目设计了新型钢走梯。将梯段设置在中心井架内部,保证了围护结构连续完整,提升广播电视塔整体外观,人员行走时安全感更好。
2.2结构构造
新型钢走梯主面、剖面布置如图2所示。利用外围横杆分别设置2根次梁,并与外围横杆围成休息平台。在不影响人行走的设置水平支撑,提高平面水平刚度。在上、下层次梁之间设置梯梁,以设置踏步。
3方案可靠性分析
可靠性分析从以下2个方面———安全性和使用性进行分析,前者体现结构构件在承载能力极限状态下的强度和稳定性【2】,后者主要从结构正常使用状态下加以分析。
3.1结构安全性分析
采用Midas建立整体模型进行有限元计算,施加走梯活荷载、恒荷载以及风荷载等。在荷载基本组合下,中心井架的应力比分布如图3所示。从图3中可见,构件应力比最大值在中心井架底部柱子,4根塔柱承担井架全部竖向荷载,故塔柱应力比最大。从以上结果看出,中心井架和走梯相应构件应力比均小于1,满足要求。
3.2使用性分析
在荷载标准组合下,平面布置中最长次梁的挠度为0.002mm,挠度跨度比为1/2000,远远低于规范要求限值。可见,构件的抗弯刚度较强,使用性良好。
3.3对比分析
为了分析新型走梯的结构特性,与传统走梯进行对比分析,仅建立局部模型。模型高度5m,包含4跑梯段。中心井架的构件规格和梯段相应构件规格均一致。新型走梯中心井架宽4m,传统走梯中心井架宽2m,走梯净宽均为800mm。1)模态分析:新型走梯模型中次要构件较多,结构模态分析时,很容易激励出局部振动【3】。本次分析仅考察结构的主要阵型,模态分析见表1。表1中新型走梯前三阶阵型分别为X向平动、Y向平动、Z向扭转(扭转因子为0.998,大于0.5);传统走梯前三阶阵型分别为Z向扭转(扭转因子为0.614,大于0.5)、X向平动、Y向平动。新型走梯前两阶振型均为平动阵型,扭转周期比为0.72;传统走梯的第一阶阵型为扭转阵型,第二、三阵型为平动阵型。可见,传统走梯结构抗扭刚度较低,且不符合规范要求。另外,新型走梯的平动周期小于传统走梯,表明新型走梯的抗侧刚度优于传统走梯。实际上,中心井架并非独立工作,所以,以上参数仅供对比分析使用。2)结构刚度:在模型顶部施加单位水平力,并对比2个结构顶部位移,位移如图4所示。从图4中可见,新型走梯侧向刚度优于传统走梯,侧向刚度约为传统走梯的2倍。新型走梯中心井架宽度较大,所提供的结构侧向刚度更大,更利于结构整体的稳定。
3.4施工可行性分析
新型走梯的所有构件均采用工厂预制,现场螺栓拼接连接。构件长度均能控制在9m以内,便于运输。走梯梁和踏步可采用工厂焊接后安装,也可以预钻孔,现场螺栓安装,安装方式灵活,施工周期短。构件重量轻,易于吊装。新型走梯具有很好的施工可行性。
4结语
通过对钢结构电视塔钢走梯的设计,从结构可靠性、使用性分析了新型走梯的特点,并从结构特性方面与传统走梯对比。分析结果表明,新型走梯的构造设计是合理的,也是安全舒适的。其特点总结如下:1)外观美观,外部连续完整,便于维护结构安装,装饰效果好;2)结构安全,抗扭刚度和侧向刚度较传统走梯更好,便于中心井架和外塔架的水平梁的连接,传力效果更好;3)构造合理,主次梁构造清晰,传力路径明确;4)施工方便,无复杂节点连接,易于运输、安装、施工和维护。综上所述,新型走梯在广播电视塔中有较高的推广价值。
【参考文献】
【1】陈浩恩,柳锋,彭浩.空间钢结构螺旋楼梯设计与分析[J].钢结构,2017(12):52-56.
【2】郭达文,张雅融,张小良,等.仅上下端支承三跑螺旋钢楼梯结构设计[J].广东土木与建筑,2018(7):9.
【3】刘文武.某板式钢螺旋楼梯的设计分析与比较[J].工程与建设,2018(3):364-366.
作者:马思明 崔广龙 朱悦 邱晖 单位:中广电广播电影电视设计研究院