新建通信鐵塔最優(yōu)設計造價的快速分析工具

呂建春 朱松林

摘 要：新建通信鐵塔在進行地基基礎(chǔ)設計時，常用的各種設計軟件有Morgain、世紀旗云、理正結(jié)構(gòu)工具箱等，其各計算模塊之間相互獨立，不利于快速判定最優(yōu)方案。本文中的“方案比選工具”針對常用的三種塔型（單管塔、三管塔、角鋼塔）編制快速計算軟件，利用VB語言在Excel中的運用，只需一次輸入計算參數(shù)，可一鍵生成最優(yōu)基礎(chǔ)尺寸，及時呈現(xiàn)最優(yōu)造價及相應的基礎(chǔ)形式。

關(guān)鍵詞：新建通信鐵塔 最優(yōu)方案 方案比選工具 基礎(chǔ)形式

中圖分類號：TU470 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（b）-0088-03

中國鐵塔股份有限公司于2014年成立之初，便將自己定位為“集約化、規(guī)?；?、專業(yè)化、高效化”運營的國際一流的通信基礎(chǔ)設施綜合服務商。在這種建設方針的指導下，鐵塔公司統(tǒng)一制定了《通信鐵塔標準圖集》，并演變到現(xiàn)在的《通信鐵塔標準圖集V1.3》和《美化塔標準圖集V1.1》，對鐵塔塔身的主要設計技術(shù)經(jīng)濟指標做了標準化與統(tǒng)一[1]。2015年底，鐵塔公司開始推行模塊化價格，為加強建設成本管控，為實現(xiàn)投資效益最大化，集團公司提出了“新建站造價綜合差異率”（∑新建站實際造價/∑新建站標準建造成本）。設計是控制“實際造價”之源，在這種背景下，迫切需要設計人員做到精細化設計及尋求最優(yōu)造價方案。

1 方案比選工具編制思路

為了便于設計人員對通信鐵塔基礎(chǔ)的不同方案進行設計、比選，減少人為錯誤，提高工作效率，本工具簡化并優(yōu)化了設計基本參數(shù)的輸入，集成了地勘報告及基礎(chǔ)設計初始輸入信息。根據(jù)常用的三種塔型（單管塔、三管塔、角鋼塔）以及每種塔型常用的三種基礎(chǔ)形式進行編制，每種塔型編制一個計算表。根據(jù)程序自動計算得到三種基礎(chǔ)形式的混凝土方量及塔基造價，并結(jié)合站點實際施工環(huán)境選擇合適的基礎(chǔ)形式，見圖1。

1.1 單管塔

單管塔常用的基礎(chǔ)形式有單樁基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)和四樁承臺基礎(chǔ)。單樁基礎(chǔ)以樁頂位移和抗傾覆控制；獨立基礎(chǔ)以地基承載力和偏心驗算為主；四樁承臺以基樁承載力及樁身強度控制。

（1）單樁基礎(chǔ)。

參照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）附錄C[2]及《鋼結(jié)構(gòu)單管通信塔技術(shù)規(guī)程》（CECS 236-2008）[3]編制。影響單管塔單樁基礎(chǔ)樁頂位移的主要因素包括：樁的截面剛度、樁頂?shù)募s束形式、樁側(cè)地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值、樁長[4]。當樁體性質(zhì)為剛性樁，即樁的入土深度h≤2.5/α時（α為樁的水平變形系數(shù)），需要根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)單管通信塔技術(shù)規(guī)程》的6.2.2條進行抗傾覆驗算。程序在具體計算時，如表1，點擊“1.適用性檢驗”判斷提供的“樁長上限（m）”對應的位移是否在“控制位移”內(nèi)，如果在，則點擊“2.計算樁長”；否則需要調(diào)大樁長或樁徑。如需計算剛性樁的截面最大彎矩，則需要點擊“單變量求解”。計算樁長時，先通過本工具確定最小樁長，再用Excel-VBA編制的程序從最小樁長向上以0.5m為步長自動迭代計算，直到所取樁長對應的位移小于“控制位移”。

（2）獨立基礎(chǔ)。

單向偏心驗算，根據(jù)《高聳結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50135-2006）[5]7.2.3應在最不利工況下按1/4脫開面積控制；雙向偏心驗算，根據(jù)《高聳結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》7.2.3計算。程序計算前，先填相關(guān)參數(shù)，點擊“DJ自動計算”通過Excel-VBA編制的程序自動迭代計算，直接求得滿足條件的尺寸，以使該尺寸對應的混凝土方量最小。

（3）四樁承臺基礎(chǔ)。

先根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）中式5.1.1-2計算偏心荷載下的基樁所受的下壓力和上拔力。然后按下述步驟自動計算合適的樁長：

①計算第一層土的基樁抗拔承載力特征值。

②將第一層土的基樁抗拔承載力特征值與塔體產(chǎn)生的上拔力做對比，如小于鐵塔拔力，則繼續(xù)將第二層土的數(shù)據(jù)代入計算。

③計算第一層土和第二層土的基樁抗拔承載力特征值之和。

④將第一二層土的基樁抗拔承載力特征值之和與上拔力做對比，如小于上拔力，則繼續(xù)將第三層土的數(shù)據(jù)代入計算，以此類推，直到計算到第N層土時，前幾層的基樁抗拔承載力特征值之和≥上拔力時，則設置本層土的計算厚度為x。

⑤計算x等于多少時，參與計算的各層土基樁抗拔承載力特征值之和≥上拔力，從而求得塔體產(chǎn)生的上拔力控制下的樁長。

⑥同理，計算塔體產(chǎn)生的下壓力控制下的樁長。

⑦建議樁長取上拔力和下壓力控制下的樁長較大值。建議樁長以0.5m為步長取整（例：計算樁長11.1m，建議樁長為11.5m；計算樁長11.8m，建議樁長為12m）。

1.2 三管塔

三管塔常用的基礎(chǔ)形式有機械灌注基礎(chǔ)、人工挖孔樁基礎(chǔ)和大開挖基礎(chǔ)。機械灌注樁基礎(chǔ)和人工挖孔樁基礎(chǔ)以基樁承載力及樁身強度控制；大開挖基礎(chǔ)以地基承載力和偏心驗算為主。

機械灌注基礎(chǔ)和人工挖孔樁基礎(chǔ)的計算原理同單管塔四樁承臺基礎(chǔ)中的基樁計算；大開挖基礎(chǔ)的計算原理同單管塔獨立基礎(chǔ)。

1.3 角鋼塔

角鋼塔常用的基礎(chǔ)形式有機械灌注基礎(chǔ)、人工挖孔樁基礎(chǔ)和獨立基礎(chǔ)。機械灌注樁和人工挖孔樁基礎(chǔ)以基樁承載力及樁身強度控制；獨立基礎(chǔ)以地基承載力和基礎(chǔ)抗拔驗算為主。

機械灌注基礎(chǔ)和人工挖孔樁基礎(chǔ)的計算原理同單管塔四樁承臺基礎(chǔ)中的基樁計算。獨立基礎(chǔ)根據(jù)《移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（YD/T5131-2005）[6]7.4.3編制，采用土重法計算基礎(chǔ)的抗拔穩(wěn)定。

程序計算前，先填寫表2中相關(guān)參數(shù)，各參數(shù)的意義見圖2，然后點擊“DJ自動計算”通過Excel-VBA編制的程序自動迭代計算，直接求得滿足條件的尺寸，以使該尺寸對應的混凝土方量最小。

2 結(jié)語

本工具緊扣相關(guān)設計規(guī)范，利用VB語言在Excel中的運用，對于不同基礎(chǔ)形式的計算，只需一次輸入計算參數(shù)；一鍵生成最優(yōu)基礎(chǔ)尺寸，提供計算書；及時呈現(xiàn)最優(yōu)造價及相應的基礎(chǔ)形式，從而減少了人為出錯的概率，方便快捷。方案比選工具依托Excel-VBA宏命令進行編制，使用時須啟用宏，而“宏”容易感染病毒，需要通過更安全的計算機語言編制。另外，后期考慮將表格形式設計成圖形窗口，從而更集成、更方便輸入操作?，F(xiàn)階段提供的計算書比較簡單，僅有結(jié)論，只能滿足階段性的工作需求，計算書將考慮增加詳細的計算公式及規(guī)范條文出處。

參考文獻

[1] Q/ZIT 1023-2016，通信鐵塔標準圖集V1.3[S].

[2] JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3] CECS 236-2008，鋼結(jié)構(gòu)單管通信塔技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 呂建春，史存炎.鋼結(jié)構(gòu)單管通信塔單樁基礎(chǔ)的設計分析[J].工程建設與設計，2014（10）：71-73.

[5] GB50135-2006，高聳結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[6] YD/T5131-2005，移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].