一種新型廣電工程鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔塔基支撐裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)想

李陽興 馮 勇 楊 睿 黃芷郡 王永才

廣西在鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔的塔基支撐裝置中的投入使用，無論是工程應(yīng)用的規(guī)模、材料材質(zhì)還是經(jīng)費(fèi)，都不能與二三級(jí)臺(tái)站所使用的發(fā)射塔相提并論。故在發(fā)射塔的使用及材料材質(zhì)的使用上，均以常規(guī)鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站的正常米數(shù)、規(guī)格材質(zhì)以及抗風(fēng)抗災(zāi)性能來看待，不對(duì)具體的規(guī)格數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)闡述說明。本文以廣西崇左市鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔為例，探討一種新型廣電工程鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔塔基支撐裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

一、崇左市鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔的現(xiàn)狀

廣西崇左市位于我國西南部，與越南接壤，因此在鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站的戰(zhàn)略部署及廣播電視覆蓋布控上的投入使用是相對(duì)較多的。經(jīng)過工作調(diào)研及實(shí)地走訪，崇左市的鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站無線播發(fā)信號(hào)為小功率輸出的VHF廣播信號(hào)和UHF數(shù)字電視信號(hào)。鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站因?qū)Ω采w面及覆蓋范圍要求較小，故在天線的投入使用上采用的是單偶極子FM調(diào)頻天線和UHF一層四面電視天線。這兩大品種的天線對(duì)發(fā)射塔的負(fù)重承載和鐵塔塔基的抗風(fēng)抗災(zāi)系數(shù)等指標(biāo)要求都是較低的。所以，在選擇使用發(fā)射塔的塔基支撐裝置時(shí)，通常會(huì)結(jié)合耗材、經(jīng)費(fèi)、海拔情況、地質(zhì)情況等多種因素后，因地制宜地建造不同類型的鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔。

二、崇左市鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站塔基樣式及其支撐裝置優(yōu)缺點(diǎn)

崇左市的鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站在充分考慮所處的地理環(huán)境位置、發(fā)射塔的搭建高度及經(jīng)費(fèi)情況后，通常以支撐、抗風(fēng)、爬梯這三方面為側(cè)重點(diǎn)去著手建造發(fā)射塔。其大體塔基樣式分為三管自立塔、拉線桿塔、獨(dú)管塔三種。

三管自立塔（如圖1所示）俗稱三角塔，其主材料為鋼管，輔材料為角鋼，角鋼朝塔心安裝。其優(yōu)點(diǎn)在于以下四方面。一是采用無縫鋼管作為塔柱材料，使得風(fēng)荷載系數(shù)小，抗風(fēng)能力強(qiáng)。二是架設(shè)方便，通過鋼管這一主材料和角鋼/鋼筋輔材料來維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，將塔柱外連法蘭盤后用螺栓來受力受拉，進(jìn)一步對(duì)其固定，降低被破壞的概率。三是發(fā)射塔占地面積小，并且采用三葉式伐板來進(jìn)一步加強(qiáng)爬塔穩(wěn)定性；四是三角型的鏤空布置相對(duì)于其他塔型有著一定的風(fēng)荷載變化優(yōu)勢(shì)，讓風(fēng)荷載曲線線條流暢且不易倒塌。其缺點(diǎn)在于以下三方面。一是材料耗費(fèi)較多。相較于獨(dú)管塔、拉線桿塔這兩種發(fā)射塔，三管自立塔耗費(fèi)的材料為其他塔型的幾倍，尤其是當(dāng)自立塔的搭建層高過高時(shí)，所需的材料及考慮因素會(huì)更多。二是維護(hù)檢查投入的精力相對(duì)較大，因其輔助材料為角鋼/鋼筋焊接，故在爬塔及維護(hù)時(shí)無論是防銹檢查還是除銹噴漆，工程任務(wù)量相對(duì)繁重。三是沒有考慮雨水排水等問題，雨水會(huì)順著管塔管腳直接匯集在塔腳螺栓處或地面硬化處，進(jìn)而研磨螺栓或滲透入地下，對(duì)裝置底部進(jìn)行銹蝕。

圖1 三管自立塔俯視圖

拉線桿塔（如圖2所示）通過一根主鋼材作為塔基，起到支撐作用，桿塔主桿左右兩端均焊接爬塔所需的爬釘，桿塔本身承擔(dān)垂直壓力和天線重力，并通過在塔頭或塔身位置安裝對(duì)稱拉線以穩(wěn)固支撐桿塔。拉線桿塔的優(yōu)點(diǎn)如下。一是由于桿塔帶有拉線，桿底可根據(jù)實(shí)際鐵塔高度考慮是否使用深埋式，機(jī)械性能相對(duì)良好。二是主桿桿高運(yùn)用率高，檔距較大，在爬塔上更容易進(jìn)行爬塔維護(hù)。三是拉線能夠較好地抗擊風(fēng)暴襲擊和外力的沖擊，三角式結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性。四是相較于三角塔和獨(dú)管塔，拉線桿塔能最大限度地節(jié)約鋼材。五是拉線桿塔作為發(fā)射塔，其工程量較小，能夠在特殊的地質(zhì)上搭建，故是最易建成的鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔類型之一。其缺點(diǎn)如下。一是拉線桿塔具有承重局限性。由于其投入的材料及成本相對(duì)于其他塔型成本較低，若未能對(duì)拉線桿塔進(jìn)行改造升級(jí)，那么在未來增加頻道和增加天線時(shí)，則需要考慮較多鐵塔因素。二是占地使用面積較大。拉線桿塔需通過多角度的拉點(diǎn)進(jìn)行拉線加固，所以在占地使用面積上相對(duì)于其他類型鐵塔較大。三是拉線及主桿受到日曬雨淋及排水等影響，在主桿及拉線的防銹除銹、損耗等方面維護(hù)成本較大。四是在積水排水問題上也沒有得到有效緩解。

圖2 拉線桿塔主視圖和左視圖

獨(dú)管塔（如圖3所示）為通氣管道狀的鐵塔樣式，其整塔材料為鋼板，底段直徑遠(yuǎn)大于頂段，整體厚度相差規(guī)格不低于2mm，并在塔身一定高度以上焊接雙路爬釘，焊接爬釘間距與拉線桿塔相同。獨(dú)管塔的優(yōu)勢(shì)如下。一是深埋式安裝，其抗風(fēng)暴襲擊和抗外力的沖擊性能強(qiáng)。二是占地使用面積小，因其單獨(dú)的鐵塔結(jié)構(gòu)與三角塔、拉線桿塔結(jié)構(gòu)樣式差距大，是三種鐵塔樣式中占地使用面積最小的。三是維護(hù)成本低，維檢人員僅需對(duì)爬釘及地面法蘭盤螺栓處進(jìn)行防銹除銹處理即可。四是獨(dú)管塔整體呈現(xiàn)效果簡(jiǎn)單大方，且由于深埋式安裝建造，所以在后期的節(jié)目頻道增加及天線負(fù)重上無需考慮過多因素。其缺點(diǎn)如下。一是由于獨(dú)管塔為無縫隙式單管加上深埋式安裝，無論是在材質(zhì)的成本及運(yùn)輸成本、建造成本還是工程量考慮上均遠(yuǎn)大于其他鐵塔。二是由于獨(dú)管塔為單管的通氣管道樣式，故排水性能較差于前二者，所有排水均通過獨(dú)管塔表面沖刷流通到塔底，無論是法蘭盤螺栓處還是地面顯露的裝置底部，均容易被積水嚴(yán)重銹蝕。

圖3 獨(dú)管塔俯視圖

三、總體設(shè)計(jì)思路

無論是三管自立塔、拉線桿塔還是獨(dú)管塔，均符合國家鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和塔桅設(shè)計(jì)規(guī)程，其結(jié)構(gòu)性能安全可靠，能夠有效解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站的無線播發(fā)問題。但美中不足是，各鐵塔均存在一定的積水排水問題，以及較為繁瑣的鐵塔法蘭盤處、螺栓處的防銹鍍鋅、刷漆維檢問題。為了進(jìn)一步深挖塔基支撐裝置的最大價(jià)值，將降損和支撐有效結(jié)合起來，減少鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔支撐裝置的維護(hù)成本，筆者設(shè)計(jì)構(gòu)思了一種新型廣電工程鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)射塔支撐裝置。

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來源及功能構(gòu)思

通過下鄉(xiāng)巡檢、實(shí)地調(diào)研和文獻(xiàn)資料的查閱，結(jié)合大型發(fā)射塔和鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔的塔基支撐裝置維護(hù)情況，筆者從維檢、實(shí)用等思路出發(fā)，擬設(shè)計(jì)一款新型廣電工程鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站使用的發(fā)射塔支撐裝置。在結(jié)合耗材、資金等經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)前提下，將發(fā)射塔支撐功能和排水、防銹等利害因素有機(jī)結(jié)合起來，通過人為干預(yù)來降低、削弱發(fā)射塔在建成后的損耗程度，從而進(jìn)一步降低在發(fā)射塔維護(hù)成本方面的支出。新型廣電工程鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔支撐裝置的設(shè)計(jì)思路，一是來源于商品房雨天屋頂?shù)呐潘艿澜鉀Q樓頂樓面滴水及排水問題，城市下水管道排水系統(tǒng)解決路面積水問題，從而設(shè)想出解決雨天雨水沖刷鐵塔問題和底面法蘭盤螺栓處、塔基地底積水問題；二是結(jié)合家裝的螺絲暗槽設(shè)計(jì)來進(jìn)一步衍生出螺栓“暗處”安裝，進(jìn)一步緩解其生銹、滑牙等現(xiàn)象，從而降低維檢頻次和噴漆鍍鋅頻率。

（二）主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

首先，通過一面支撐板將地面與支撐裝置底部隔離，降低雨水與塔基底部的直接沖刷頻次。其次，通過連通槽的開口設(shè)計(jì)，進(jìn)一步緩解表面積水排水問題。再次，將螺栓等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)隱藏至暗處，使其不受雨水侵蝕，降緩其銹蝕、滑牙的概率，降低維護(hù)經(jīng)費(fèi)。最后，通過支撐板及支撐面的部分增高，再給防銹上一層保險(xiǎn)，即哪怕鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站地面積水，因?yàn)槿藶樵龈咚矫?，也無法造成螺栓銹蝕問題。主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是從多角度、多方位入手，避免雨水與裝置底部、螺栓的接觸，最大限度地緩解發(fā)射塔維檢、噴漆的成本。

塔基支撐裝置如圖4所示，各標(biāo)號(hào)明細(xì)如下：1.地面，指代水平面；2.支撐柱，起到一定的支撐高度作用；3.支撐板，起到一層阻擋雨水沖刷的作用；4.連通槽，支撐板開口溝槽，便于標(biāo)號(hào)6連接件的安裝、標(biāo)號(hào)7鋼絲繩的安裝和雨水排放；5.輔助支撐角鋼，用于主體支撐桿的輔助支撐作用；6.連接件，連接件主要起到螺栓固定作用；7.鋼絲繩，便于加固及雨水依附順流；8.掛鉤，用于鋼絲繩調(diào)節(jié)及加固作用；9.掛件，直連地面起到加固作用；10.發(fā)射塔主體支撐桿，塔桿一定米數(shù)上附有爬釘。

圖4 新型廣電工程鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)射塔支撐裝置的示意圖

標(biāo)號(hào)4的連通槽底部放大圖和詳細(xì)示意圖如圖5所示。該示意圖闡述了以下兩點(diǎn)：一是在連通槽的周邊一定間隔距離處開設(shè)有螺紋孔；二是連通槽的卡槽開設(shè)具有一定的參數(shù)槽口規(guī)格，能夠?qū)⑦m中的標(biāo)號(hào)6連通件和標(biāo)號(hào)7鋼絲繩穿過其中，滿足功能需求。在標(biāo)號(hào)6連通件通過標(biāo)號(hào)4連通槽的底部后，先是通過卡件來對(duì)輔助角鋼進(jìn)行一次卡扣固定上鎖后，再通過螺栓對(duì)標(biāo)號(hào)3的支撐板螺紋孔進(jìn)行固定，上鎖達(dá)到二次卡扣的目的。此外，標(biāo)號(hào)7的鋼絲繩經(jīng)由連通槽下拉至地面進(jìn)行加固，達(dá)到三層的固防處理。

圖5 標(biāo)號(hào)4的連通槽底部放大圖和詳細(xì)示意圖

標(biāo)號(hào)6連通件的詳細(xì)圖如圖6所示。該連通件包括：固定板61，第一連接板62，安裝孔63，第二連接板64。標(biāo)號(hào)6連通件的功能使用說明如下。發(fā)射塔主體支撐桿的底端與固定板61頂部側(cè)進(jìn)行固定連接，固定板61的底部固定連接有第一連接板62，第一連接板62的底端插入標(biāo)號(hào)4連通槽并且延伸至標(biāo)號(hào)3支撐板的底部。同時(shí)，第一連接板62的底端開設(shè)有安裝孔63，固定板61的一側(cè)固定連接有第二連接板64并開有螺紋孔。標(biāo)號(hào)6連通件的要求是，第一連接板62與標(biāo)號(hào)4連通槽的大小適配，安裝孔63能夠與卡件大小適配，第二連接板64的孔洞能夠伸入標(biāo)號(hào)7鋼絲繩?？囊欢四軌蛲ㄟ^安裝孔63且延伸至第一連接板62的外部，且卡件的底部左右兩側(cè)均設(shè)置有螺栓，螺栓的頂端延伸至所述螺紋孔的內(nèi)部。

圖6 標(biāo)號(hào)6連通件的詳細(xì)圖

（三）新型發(fā)射塔支撐裝置功能說明

1.加固與排水

新型發(fā)射塔塔基支撐裝置主要通過主體支撐桿來進(jìn)行承重，四條起輔助支撐作用的角鋼從四個(gè)方面對(duì)主桿進(jìn)行加固，具有增強(qiáng)負(fù)重及抗風(fēng)抗災(zāi)的功能，再通過鋼絲繩對(duì)輔助支撐角鋼進(jìn)行拉繩加固，起到對(duì)負(fù)重及支撐進(jìn)行二次加固的功效，達(dá)到雙保險(xiǎn)作用。除卻加固，當(dāng)雨天雨水沖刷到主桿時(shí)，通過主桿對(duì)輔桿的水流流向一分為四，達(dá)到了排水引流作用，再通過輔桿的鋼絲繩拉線，又對(duì)輔桿進(jìn)行二次排水分流，致使發(fā)射塔在暴雨天能夠得到一定程度的排水引流，緩解雨水沖刷和塔基底部的雨水腐蝕滲透。

2.防銹與維檢

由于新型發(fā)射塔塔基支撐裝置通過地面的四條支撐柱及支撐板對(duì)輔助角鋼的底面進(jìn)行人為物理抬高，通過支撐板對(duì)主支撐桿的地面進(jìn)行雨水擋雨處理，能較大程度地避免雨水匯集和研磨支撐板及底部銹蝕。除此之外，輔助角鋼的螺栓安裝方式為螺桿在上螺母在下，不需要在噴漆除銹與清理維護(hù)發(fā)射塔基底的工作上花費(fèi)較大的時(shí)間和精力。再加上螺栓安裝高度進(jìn)行了人為的物理抬高，此時(shí)如果鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站的發(fā)射塔地面積水，也不會(huì)對(duì)螺栓產(chǎn)生較大影響。支撐板的連通槽開口，也為支撐板頂面的積水排水起到一定疏流作用，進(jìn)一步減少維檢工作量。

3.占地面積及爬架說明

新型發(fā)射塔從某種意義上來說屬于拉線桿塔的二次升級(jí)版，整體在占地面積及土地使用上遠(yuǎn)小于拉線桿塔，在實(shí)際的占地面積使用設(shè)想中，用地規(guī)模遠(yuǎn)小于拉線桿塔，小于三管塔，大于獨(dú)管塔。而在爬架爬塔的功能上，新型發(fā)射塔塔基支撐裝置與目前鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔的爬釘安裝方式相同，均在一定的高度上焊接嵌入爬釘，確保爬塔維檢天線工作得以完成。

四、新型發(fā)射塔支撐裝置與傳統(tǒng)發(fā)射塔支撐裝置的比對(duì)

表1 鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔支撐裝置建造對(duì)比

通過對(duì)傳統(tǒng)發(fā)射塔支撐裝置與新型發(fā)射塔支撐裝置的建造因素進(jìn)行綜合對(duì)比（如表1），可以從費(fèi)用、耗材及施工工程量的三個(gè)經(jīng)濟(jì)層面看出，新型塔通過低費(fèi)用、低耗材以及較小的工程量來進(jìn)一步優(yōu)化廣電工程在鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔的精力、人力、物力的投入，降低生產(chǎn)成本，節(jié)省精力。在實(shí)際使用過程中，結(jié)合抗風(fēng)抗災(zāi)、占地面積使用率及排水能力和維檢程度，能有效地緩解目前發(fā)射塔可能會(huì)存在的安全隱患問題，也能解決目前部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔存在的安裝難度問題。本實(shí)用新型發(fā)射塔支撐裝置構(gòu)思結(jié)構(gòu)完整，安全性能好，建造成本低且安裝方便，符合“新型發(fā)射塔支撐裝置”的要求。

五、結(jié)語

在鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔支撐裝置的建造中，因?yàn)榕_(tái)站建站多、投入使用時(shí)間長(zhǎng)，故在使用利用率、后期維護(hù)檢修成本方面，應(yīng)盡可能多地從降低開支、降低人力/精力成本等方面加以考慮。在發(fā)射塔支撐裝置的設(shè)計(jì)及使用中，除支撐裝置本身的主體結(jié)構(gòu)形式、外觀涂復(fù)、防雨耐腐蝕等因素，更需考慮體積、重量、安裝等別的因素，保證發(fā)射塔支撐裝置不但要安裝可靠，更要考慮拆卸方便?？傊挥芯C合考慮多方面因素并結(jié)合科技創(chuàng)新，從多角度去思考設(shè)計(jì)，才能構(gòu)思設(shè)計(jì)出一款符合廣電工程標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化、智慧化、一體化的鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)站發(fā)射塔支撐裝置。