塔式結構
下端固定、上端自由的構築物
塔式結構:下端固定、上端自由的高聳構築物。以自重及水平荷載為結構設計主要依據。
按材料分塔式結構主要分為鋼塔、鋼筋混凝土塔、預應力混凝土塔、木塔和磚石塔。
靜力計算
構架式塔:可採用近似的平面法或精確的空間法計算。
圓筒式塔:按偏心受壓構件計算,並需考慮筒壁內外溫差或單側日照溫差影響,驗算其溫度應力。
動力計算
塔式結構
將塔劃分成若干節段,每一節段作為一個質點,按力法或位移法列出多質點的自由振動方程,使方程的係數行列式為零,求得各個頻率值及其振型曲線(見結構振動)。
在地震作用下,可分別計算各個振型的地震內力,然後組合成各桿件或各斷面的地震遇合內力。
剛度和穩定
塔架剛度根據工藝要求確定,塔頂最大水平位移一般不應超過塔高的百分之一。
若塔頂有較大的豎向荷載,或塔身長細比較大,則需驗算整體穩定。
此外,還需驗算桿件的局部穩定。在計算基礎時,要考慮整個塔的傾覆穩定和滑移穩定(見結構穩定)。
鋼塔一般在工廠預製,在工地整體安裝或分散安裝。鋼筋混凝土塔一般在現場灌築,也可用預製構件現場安裝。磚石結構多為現場砌築。
下端固定、上端自由的高聳構築物。
鋼塔
塔式結構
塔的底盤寬度直接影響塔的外觀造型、結構剛度、自振周期以及基礎受力。
當剛度要求較嚴或地基強度較差時,應採用較大的底盤寬度。
在一般情況下,塔斷面的邊數越少,耗用鋼材也越少,但當塔頂工藝設備有較大的迎風面時,其風荷載以及由此引起的風力矩對塔計算起控制作用,則塔身的邊數多少對鋼材用量影響不大。
塔架腹桿形式有單斜桿式、交叉斜桿式、 K式和再分式等(圖2)。其中交叉斜桿又有剛性和柔性之分,柔性斜桿可預加拉力或不預加拉力。預加拉力斜桿的長細比不受限制,能使結構緊湊、剛度大、耗鋼量小,因此採用較多。
鋼塔構件一般採用鋼管、角鋼、圓鋼及其組合構件。鋼管風阻小、剛性好、造型美觀、節約鋼材,但造價較貴。
圓鋼取材方便,擋風面積小,並可組合成剛度較大的三邊形或四邊形構件,以減少長細比,增加穩定性。
但組合構件構造複雜、維修麻煩。塔架構件之間的連接可用法蘭盤連接或直接焊接。
除三邊形斷面的塔架外,需每隔一定高度(特別是在塔柱變坡處)設置水平橫膈,以保證橫斷面的幾何形狀不變。橫膈也有剛性和柔性之分,柔性交叉橫膈常預加拉力。
鋼塔的基礎一般在每個塔腳下設一獨立的鋼筋混凝土基礎,為平衡塔腳水平推力和加強整個基礎的剛度及穩定,各獨立基礎間常用地梁連接。小型塔可做成整體基礎,即整個塔下設置一個平板基礎或環形基礎。當地基較差時,常用樁基礎。
對於岩石地基,多用岩錨基礎。
鋼筋混凝土塔 主要有:構架式、圓筒式或其他形式。構架式多用預製的離心灌築鋼筋混凝土管或預應力混凝土管,用法蘭盤、預埋件焊接或鋼筋焊接成空間桁架或空間剛架,其外形與鋼塔類似。
也可在現場灌築成空間剛架。圓筒形或多邊形塔多用滑升模板施工,沿高度採用不同坡度,形成斜線形、曲線形立面。
鋼筋混凝土塔的鋼筋可在豎向和環向預加應力,使結構緊湊、耗鋼量小、剛度大並能防止筒壁開裂。圓筒壁厚由計算確定。
為了減少溫度應力,以壁厚較薄為好,但施工要求壁厚不小於120毫米。
壁厚一般自上而下逐漸增大,可均勻變化或分段變化。
較薄的筒壁多採用單層配筋,豎向鋼筋靠近筒壁外側放置;環向鋼筋配置在豎向鋼筋的外側。較厚的筒壁則需雙層配筋,內外兩層鋼筋之間用箍筋或S形鋼筋固定。對預應力混凝土高塔,宜採用高標號混凝土和高強鋼筋或鋼絞線。
鋼筋混凝土塔基礎形式有圓板基礎、環形基礎、錐殼基礎、樁基礎等,多用鋼筋混凝土和預應力混凝土做成。
圓板基礎適用於小型塔。錐殼基礎可省混凝土,但需多用鋼筋和人工,在地基較差或有地震的地區,最好採用樁基礎。