一种新型广电工程乡镇台站发射塔塔基支撑装置的结构设计构想

李阳兴 冯 勇 杨 睿 黄芷郡 王永才

广西在乡镇台站发射塔的塔基支撑装置中的投入使用，无论是工程应用的规模、材料材质还是经费，都不能与二三级台站所使用的发射塔相提并论。故在发射塔的使用及材料材质的使用上，均以常规乡镇台站的正常米数、规格材质以及抗风抗灾性能来看待，不对具体的规格数据进行详细阐述说明。本文以广西崇左市乡镇台站发射塔为例，探讨一种新型广电工程乡镇台站发射塔塔基支撑装置的结构设计。

一、崇左市乡镇台站发射塔的现状

广西崇左市位于我国西南部，与越南接壤，因此在乡镇台站的战略部署及广播电视覆盖布控上的投入使用是相对较多的。经过工作调研及实地走访，崇左市的乡镇台站无线播发信号为小功率输出的VHF广播信号和UHF数字电视信号。乡镇台站因对覆盖面及覆盖范围要求较小，故在天线的投入使用上采用的是单偶极子FM调频天线和UHF一层四面电视天线。这两大品种的天线对发射塔的负重承载和铁塔塔基的抗风抗灾系数等指标要求都是较低的。所以，在选择使用发射塔的塔基支撑装置时，通常会结合耗材、经费、海拔情况、地质情况等多种因素后，因地制宜地建造不同类型的乡镇台站发射塔。

二、崇左市乡镇台站塔基样式及其支撑装置优缺点

崇左市的乡镇台站在充分考虑所处的地理环境位置、发射塔的搭建高度及经费情况后，通常以支撑、抗风、爬梯这三方面为侧重点去着手建造发射塔。其大体塔基样式分为三管自立塔、拉线杆塔、独管塔三种。

三管自立塔（如图1所示）俗称三角塔，其主材料为钢管，辅材料为角钢，角钢朝塔心安装。其优点在于以下四方面。一是采用无缝钢管作为塔柱材料，使得风荷载系数小，抗风能力强。二是架设方便，通过钢管这一主材料和角钢/钢筋辅材料来维持结构稳定性，将塔柱外连法兰盘后用螺栓来受力受拉，进一步对其固定，降低被破坏的概率。三是发射塔占地面积小，并且采用三叶式伐板来进一步加强爬塔稳定性；四是三角型的镂空布置相对于其他塔型有着一定的风荷载变化优势，让风荷载曲线线条流畅且不易倒塌。其缺点在于以下三方面。一是材料耗费较多。相较于独管塔、拉线杆塔这两种发射塔，三管自立塔耗费的材料为其他塔型的几倍，尤其是当自立塔的搭建层高过高时，所需的材料及考虑因素会更多。二是维护检查投入的精力相对较大，因其辅助材料为角钢/钢筋焊接，故在爬塔及维护时无论是防锈检查还是除锈喷漆，工程任务量相对繁重。三是没有考虑雨水排水等问题，雨水会顺着管塔管脚直接汇集在塔脚螺栓处或地面硬化处，进而研磨螺栓或渗透入地下，对装置底部进行锈蚀。

图1 三管自立塔俯视图

拉线杆塔（如图2所示）通过一根主钢材作为塔基，起到支撑作用，杆塔主杆左右两端均焊接爬塔所需的爬钉，杆塔本身承担垂直压力和天线重力，并通过在塔头或塔身位置安装对称拉线以稳固支撑杆塔。拉线杆塔的优点如下。一是由于杆塔带有拉线，杆底可根据实际铁塔高度考虑是否使用深埋式，机械性能相对良好。二是主杆杆高运用率高，档距较大，在爬塔上更容易进行爬塔维护。三是拉线能够较好地抗击风暴袭击和外力的冲击，三角式结构具有稳定性。四是相较于三角塔和独管塔，拉线杆塔能最大限度地节约钢材。五是拉线杆塔作为发射塔，其工程量较小，能够在特殊的地质上搭建，故是最易建成的乡镇台站发射塔类型之一。其缺点如下。一是拉线杆塔具有承重局限性。由于其投入的材料及成本相对于其他塔型成本较低，若未能对拉线杆塔进行改造升级，那么在未来增加频道和增加天线时，则需要考虑较多铁塔因素。二是占地使用面积较大。拉线杆塔需通过多角度的拉点进行拉线加固，所以在占地使用面积上相对于其他类型铁塔较大。三是拉线及主杆受到日晒雨淋及排水等影响，在主杆及拉线的防锈除锈、损耗等方面维护成本较大。四是在积水排水问题上也没有得到有效缓解。

图2 拉线杆塔主视图和左视图

独管塔（如图3所示）为通气管道状的铁塔样式，其整塔材料为钢板，底段直径远大于顶段，整体厚度相差规格不低于2mm，并在塔身一定高度以上焊接双路爬钉，焊接爬钉间距与拉线杆塔相同。独管塔的优势如下。一是深埋式安装，其抗风暴袭击和抗外力的冲击性能强。二是占地使用面积小，因其单独的铁塔结构与三角塔、拉线杆塔结构样式差距大，是三种铁塔样式中占地使用面积最小的。三是维护成本低，维检人员仅需对爬钉及地面法兰盘螺栓处进行防锈除锈处理即可。四是独管塔整体呈现效果简单大方，且由于深埋式安装建造，所以在后期的节目频道增加及天线负重上无需考虑过多因素。其缺点如下。一是由于独管塔为无缝隙式单管加上深埋式安装，无论是在材质的成本及运输成本、建造成本还是工程量考虑上均远大于其他铁塔。二是由于独管塔为单管的通气管道样式，故排水性能较差于前二者，所有排水均通过独管塔表面冲刷流通到塔底，无论是法兰盘螺栓处还是地面显露的装置底部，均容易被积水严重锈蚀。

图3 独管塔俯视图

三、总体设计思路

无论是三管自立塔、拉线杆塔还是独管塔，均符合国家钢结构设计规范和塔桅设计规程，其结构性能安全可靠，能够有效解决乡镇台站的无线播发问题。但美中不足是，各铁塔均存在一定的积水排水问题，以及较为繁琐的铁塔法兰盘处、螺栓处的防锈镀锌、刷漆维检问题。为了进一步深挖塔基支撑装置的最大价值，将降损和支撑有效结合起来，减少乡镇台站发射塔支撑装置的维护成本，笔者设计构思了一种新型广电工程乡镇发射塔支撑装置。

（一）结构设计来源及功能构思

通过下乡巡检、实地调研和文献资料的查阅，结合大型发射塔和乡镇台站发射塔的塔基支撑装置维护情况，笔者从维检、实用等思路出发，拟设计一款新型广电工程乡镇台站使用的发射塔支撑装置。在结合耗材、资金等经济基础前提下，将发射塔支撑功能和排水、防锈等利害因素有机结合起来，通过人为干预来降低、削弱发射塔在建成后的损耗程度，从而进一步降低在发射塔维护成本方面的支出。新型广电工程乡镇台站发射塔支撑装置的设计思路，一是来源于商品房雨天屋顶的排水管道解决楼顶楼面滴水及排水问题，城市下水管道排水系统解决路面积水问题，从而设想出解决雨天雨水冲刷铁塔问题和底面法兰盘螺栓处、塔基地底积水问题；二是结合家装的螺丝暗槽设计来进一步衍生出螺栓“暗处”安装，进一步缓解其生锈、滑牙等现象，从而降低维检频次和喷漆镀锌频率。

（二）主体结构设计

首先，通过一面支撑板将地面与支撑装置底部隔离，降低雨水与塔基底部的直接冲刷频次。其次，通过连通槽的开口设计，进一步缓解表面积水排水问题。再次，将螺栓等关键节点隐藏至暗处，使其不受雨水侵蚀，降缓其锈蚀、滑牙的概率，降低维护经费。最后，通过支撑板及支撑面的部分增高，再给防锈上一层保险，即哪怕乡镇台站地面积水，因为人为增高水平面，也无法造成螺栓锈蚀问题。主体结构设计是从多角度、多方位入手，避免雨水与装置底部、螺栓的接触，最大限度地缓解发射塔维检、喷漆的成本。

塔基支撑装置如图4所示，各标号明细如下：1.地面，指代水平面；2.支撑柱，起到一定的支撑高度作用；3.支撑板，起到一层阻挡雨水冲刷的作用；4.连通槽，支撑板开口沟槽，便于标号6连接件的安装、标号7钢丝绳的安装和雨水排放；5.辅助支撑角钢，用于主体支撑杆的辅助支撑作用；6.连接件，连接件主要起到螺栓固定作用；7.钢丝绳，便于加固及雨水依附顺流；8.挂钩，用于钢丝绳调节及加固作用；9.挂件，直连地面起到加固作用；10.发射塔主体支撑杆，塔杆一定米数上附有爬钉。

图4 新型广电工程乡镇发射塔支撑装置的示意图

标号4的连通槽底部放大图和详细示意图如图5所示。该示意图阐述了以下两点：一是在连通槽的周边一定间隔距离处开设有螺纹孔；二是连通槽的卡槽开设具有一定的参数槽口规格，能够将适中的标号6连通件和标号7钢丝绳穿过其中，满足功能需求。在标号6连通件通过标号4连通槽的底部后，先是通过卡件来对辅助角钢进行一次卡扣固定上锁后，再通过螺栓对标号3的支撑板螺纹孔进行固定，上锁达到二次卡扣的目的。此外，标号7的钢丝绳经由连通槽下拉至地面进行加固，达到三层的固防处理。

图5 标号4的连通槽底部放大图和详细示意图

标号6连通件的详细图如图6所示。该连通件包括：固定板61，第一连接板62，安装孔63，第二连接板64。标号6连通件的功能使用说明如下。发射塔主体支撑杆的底端与固定板61顶部侧进行固定连接，固定板61的底部固定连接有第一连接板62，第一连接板62的底端插入标号4连通槽并且延伸至标号3支撑板的底部。同时，第一连接板62的底端开设有安装孔63，固定板61的一侧固定连接有第二连接板64并开有螺纹孔。标号6连通件的要求是，第一连接板62与标号4连通槽的大小适配，安装孔63能够与卡件大小适配，第二连接板64的孔洞能够伸入标号7钢丝绳。卡件的一端能够通过安装孔63且延伸至第一连接板62的外部，且卡件的底部左右两侧均设置有螺栓，螺栓的顶端延伸至所述螺纹孔的内部。

图6 标号6连通件的详细图

（三）新型发射塔支撑装置功能说明

1.加固与排水

新型发射塔塔基支撑装置主要通过主体支撑杆来进行承重，四条起辅助支撑作用的角钢从四个方面对主杆进行加固，具有增强负重及抗风抗灾的功能，再通过钢丝绳对辅助支撑角钢进行拉绳加固，起到对负重及支撑进行二次加固的功效，达到双保险作用。除却加固，当雨天雨水冲刷到主杆时，通过主杆对辅杆的水流流向一分为四，达到了排水引流作用，再通过辅杆的钢丝绳拉线，又对辅杆进行二次排水分流，致使发射塔在暴雨天能够得到一定程度的排水引流，缓解雨水冲刷和塔基底部的雨水腐蚀渗透。

2.防锈与维检

由于新型发射塔塔基支撑装置通过地面的四条支撑柱及支撑板对辅助角钢的底面进行人为物理抬高，通过支撑板对主支撑杆的地面进行雨水挡雨处理，能较大程度地避免雨水汇集和研磨支撑板及底部锈蚀。除此之外，辅助角钢的螺栓安装方式为螺杆在上螺母在下，不需要在喷漆除锈与清理维护发射塔基底的工作上花费较大的时间和精力。再加上螺栓安装高度进行了人为的物理抬高，此时如果乡镇台站的发射塔地面积水，也不会对螺栓产生较大影响。支撑板的连通槽开口，也为支撑板顶面的积水排水起到一定疏流作用，进一步减少维检工作量。

3.占地面积及爬架说明

新型发射塔从某种意义上来说属于拉线杆塔的二次升级版，整体在占地面积及土地使用上远小于拉线杆塔，在实际的占地面积使用设想中，用地规模远小于拉线杆塔，小于三管塔，大于独管塔。而在爬架爬塔的功能上，新型发射塔塔基支撑装置与目前乡镇台站发射塔的爬钉安装方式相同，均在一定的高度上焊接嵌入爬钉，确保爬塔维检天线工作得以完成。

四、新型发射塔支撑装置与传统发射塔支撑装置的比对

表1 乡镇台站发射塔支撑装置建造对比

通过对传统发射塔支撑装置与新型发射塔支撑装置的建造因素进行综合对比（如表1），可以从费用、耗材及施工工程量的三个经济层面看出，新型塔通过低费用、低耗材以及较小的工程量来进一步优化广电工程在乡镇台站发射塔的精力、人力、物力的投入，降低生产成本，节省精力。在实际使用过程中，结合抗风抗灾、占地面积使用率及排水能力和维检程度，能有效地缓解目前发射塔可能会存在的安全隐患问题，也能解决目前部分乡镇台站发射塔存在的安装难度问题。本实用新型发射塔支撑装置构思结构完整，安全性能好，建造成本低且安装方便，符合“新型发射塔支撑装置”的要求。

五、结语

在乡镇台站发射塔支撑装置的建造中，因为台站建站多、投入使用时间长，故在使用利用率、后期维护检修成本方面，应尽可能多地从降低开支、降低人力/精力成本等方面加以考虑。在发射塔支撑装置的设计及使用中，除支撑装置本身的主体结构形式、外观涂复、防雨耐腐蚀等因素，更需考虑体积、重量、安装等别的因素，保证发射塔支撑装置不但要安装可靠，更要考虑拆卸方便。总之，只有综合考虑多方面因素并结合科技创新，从多角度去思考设计，才能构思设计出一款符合广电工程标准化、现代化、智慧化、一体化的乡镇台站发射塔支撑装置。