广播电视塔新型钢走梯的设计与分析

马思明，崔广龙，朱悦，邱晖

（中广电广播电影电视设计研究院，北京100045）

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。

图1 广播电视塔新型钢走梯整体结构布置示意图

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。

图3 中心井架应力比分布云图

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1/2 000，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 模态分析

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。

图4 两个走梯位移云图

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。