单管塔在城市通信系统中的应用
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中国新技术新产品 2009 NO.21 China New Technologies and Products
信息技术
单管塔在城市通信系统中的应用
巩玉发 郭 妍 （辽宁工程技术大学 建筑与工程学院，辽宁 阜新 123000）
摘 要：通过对通信塔设计现状及发展的研究，发现单管塔这一结构形式在我国城市建设中具有良好的发展前景。本文介绍单管塔 设计原理，并结合算例进行了具体的分析和总结。 关 键 词 ：通信塔；结构形式；单管塔；设计
面积仅为其他结构形式的 1/4 左右，对于土地资 源日益紧张的城市，单管通信塔具有很好的运 用空间。
图 3 单管塔节段横向法兰螺栓计算 参考文献
[1] GB50136-2006 高耸结构设计规范 [2] JB50017-2003 钢结构设计规范 [3] 沈之容、王肇民.钢结构通信塔设计与施工.北 京机械出版社.2006 [4] 王肇民.马人乐.塔式结构.北京科学出版社. 2004 [5] 王肇民 高耸结构的发展与展望. 特种结构. 2000.1-17
满足这一条件时，单管塔的最大应力不会超过
其屈服强度。同时因单管塔实际是一薄壁壳体
结构，径厚比满足 D/f燮100× 235 ，即可保证单 f
管塔的局部稳定。
在选型设计时，单管塔的底部直径、顶部直
径及工艺要求决定着单管塔结构的最大位移，
根据单管塔顶部平台构造需求，顶部直径尺寸
一般在 600mm 左右，那么单管塔底部直径尺寸
4.5 在坐标转换软件中，计算（或录入）四
个参数，打开 ebp、not 文件进行转换。
4.6 将文本格式新 *.ebp 文件转换为二进
制格式 *.ebp 文件：⑴ 在 Uedit32.exe 软件中
（说明：上面两个图形对应点坐标显示不
打 开 *.ebp 文 件 并 全 部 复 制 ； ⑵ 打 开
从上表可以得知，本批控制点符合要求， 是很精准确，是因为不能进行精确定位捕
焊缝将折板卷筒焊成一个节段，安装时上节段
从外面套入下节段即可。重要的是，多边形截面
可以很好的防止塔身扭转。
3.2 单管塔选型设计
单管塔是一种实腹式的悬臂结构，它的特
点是圆管形截面、直上直下、长细比很大，因此
塔身刚度相对很柔，结构设计是由结构刚度控
制的。按照 《高耸结构设计规范》（GB50136-
2006）规定，塔顶最大位移不超过塔高的 1/100。
连接构造简单，加工安装方便，容易控制质量。 形桁架塔（角钢塔和钢管塔）
但因角钢回转半径较小，较其他形式，有过多不 塔高 60m，塔底宽度至少要
受力辅助杆件，造成过大的风弯矩，使用钢量和 6m，可见单管塔的建设场地
基础造价相对较大。在城市建设中，基础占地面 很小。同时单管塔形式多样，
积较大是其最不利的因素。
对于圆形单管塔，主要依靠内 部法兰盘连接，法兰螺栓的计算、法 兰盘的尺寸、厚度等都在很大程度 上影响着单管塔的稳定性和安全 性。
如图 3,假定内法兰平面内有一 定的刚性，受弯后仍保持一平面，则
法兰盘上各螺栓受力大小与 x 轴距 离成正比:
(4)
是用大型液压机折成的竖向折板，一般为12~16
边形，依据单管塔直径大小，可能有 1~2 条竖向
4.8 坐标转换实例：
点前 6 位，y 坐标为小数点前 6 位。而本项目
5 结束语
本文以湖州和孚镇长超村（原为集镇）为 最终坐标系统采用 1980 西安坐标系，坐标位
本文给出了采用四参数进行平面坐标转
例进行坐标转换：
数要求 x 坐标为小数点前 7 位，y 坐标为小数 换的理论与方法，提供了瑞得地籍数据库坐
(5)
式中 N1、N2、N3— ——各个螺栓 内力；
X1、X2、X3—— —螺栓所在位置距 y 轴距离。
而后根据(3)及(4)可知：
(6)
整理得到：
(7) 在实际设计和应用中，内法兰的螺丝一般 都是对称布置的，两颗螺栓至塔中心的角度为 ， 沿螺栓圆周线均匀分布，则最大内力法兰螺栓 计算公式为：
(8) 式中 M1— ——作用在法兰盘平面上的弯矩； Φ— ——螺栓群圆周线直径；ζ— ——系数，按表 1-1 取值。 3.3 计算实例 在西安某地需建造一圆形单管通信塔，高 45m，有两层平台，标高分别为 37.5m 和 42.5m， 平台直径为 4000mm，挂移动天线，基本风压 w0=0.55kN/m2。 单管塔的各项尺寸。根据圆形单管塔所在 城市的基本风压及单管塔的高度，采用斜率 1.6%的单管塔，其顶径为 600mm，同时参照具体 构造尺寸如下表 2、表 3 所示。 单管塔各层弯矩（表 4） 根据单管塔的各层尺寸，依照《高耸结构设 计规范》（GB50136-2006）及《钢结构设计规范》 可得到单管塔各层弯矩数据。 此单管塔满足验算要求，可见单管塔构造 简单，设计方便，基础占地面积很小。 小结 单管通信塔是新兴的通信塔形式，构件简 一、便于机械化和批量生产、现场安装方便、结 构形式可塑性强，尤其同等条件下，单管塔占地
平方公里。转换前的图形如下：
[2] rdms5.0 参考手册
[3] 高春艳，安剑 等.《visual basic 程序开发
范例宝典》
4.8.2 四参数计算结果：
作 者 简 介 ：卢建青(1977~)，男，广东饶平 人，助理工程师，现主要从事地理信息的数据 建库及软件开发工作。
- 16 - 中国新技术新产品
早期通信塔设计主要沿袭广播电视塔的形 信塔形式之一。单管塔斜率一般为 1.2%~1.7%， 时上下节段首尾相叠即可。
式，故四边形角钢塔是应用最为广泛和长久的 若塔高 60m，塔顶直径取 0.5~0.6m，则塔底直径
插节连接的单管塔平截面为多边形，构件
通信塔。其采用造价低廉的角钢作为受力构件， 为 1.22~1.62m，而一般四边
荷载，其验算公式为：
(2)
式中 N、Mx— ——作用在计算构件段的轴心 压力（N）和弯矩（N·m）；
An、Wnx--单管塔净截面积和净截面抗弯
模量。
w0— ——基本风压（KN/m）2 其验算稳定公式为：
…… 因没有变形，作用于法兰盘平 面 y 轴的弯矩 My 与各螺栓力 Ni 绕 y 轴力矩之和相平衡，有：
4.4 通过坐标转换软件检测控制点的可
后的图形如下：
靠性并计算转换四参数、分析转换残差、输出
可靠控制点坐标列表：⑴进入控制点检测软
件，在文件中新建一个控制点工程文件；⑵引
入坐标旧新对照表文本文件，进行四参数计
算；计算中最大残差不得大于 0.05m，大于
0.05m 的控制点需分析后剔除，并重新计算；
⑶输出可用控制点;⑷输出计算结果。
系统中的适用范围及应用程度有所改变。
系统）系统，标志数字蜂窝通信系统已经取替了 是用横向卷板卷成的圆锥形筒体；用纵向焊缝
2 通信塔形式及特点
微波通信系统。相应的对通信塔结构位移限制 焊牢，再用横向焊缝将 2m 左右长度的筒体拼装
2.1 四边形角钢塔
的放宽，使单管塔这一结构形式有机会成为通 成一个节段，在筒体两端装上内法兰，实际安装
1 引言
方式，构造更具优越性的钢管塔。塔柱和横杆采
3 单管塔
21 世纪，全球通信事业正式迈入 3G 通信 用钢管，甚至可用柔性交叉腹杆，而不必采用再
3.1 单管塔选型
时代。我国主要采用四边形角钢塔、四边形钢管 分式腹杆，在很大程度上减少了用钢量。但底部
单管塔是由许多相同斜率锥形圆筒（或多
塔、单管塔三种通信塔形式。同时，出于绿化、环 根开（边宽）与高度比取 1/5~1/8 较经济，基础占 边形筒），长度 5~10m 的节段首尾相接拼装起来
中国新技术新产品
- 17 -
(1)
式中 D—单管塔底径 （m）；H—塔高（m）；
W0—基本风压（KN/m）2 。
值得注意的是，此式仅适应于塔高 25-60m
的单管塔，对于低塔式（1）略为保守。实际计算
时可按照构造要求设计，用验算公式检验，如满
足即可应用。
对于单管塔筒身，结构自重引起的压力和
风荷载引起的剪力和弯矩是单管塔承受的主要
美观大方，利于环保和美化
2.2 四边形钢管塔
环境。故单管塔在用地受限、
针对角钢塔单个构件回转半径较小的缺 风压较小、交通条件较好的
a）内法兰连接
b）插节连接
点，人们用无缝钢管代替角钢，用法兰盘式连接 城市里大受青睐。
图 1 单管塔连接形式
控制点列表。
4.8.3 计算残差分析：
按照前面所述方案进行坐标转换，转换
4.8.1 长超控制点列表如下：
点 前 6 位 。 因 此 x 坐 标 需 要 先 加 大 数 标转换的技术流程，解决实际生产遇到的技
3000000，再进行坐标转换。
术难题，可供类似项目参考。
本次以湖州市和孚镇长超村“Hale Waihona Puke Baidu-63-1”街
参考文献
坊为例进行空间数据库坐标转换，面积约 0.6 [1] 瑞得城镇地籍数据处理工具 4.0 参考手册
的将起着重要作用。
如 图 2， 依 据 《高 耸 结 构 设 计 规 范》
（GB50136-2006）计算单管塔的风荷载，将塔全
高分成 8 段，根据节段长度和节段平均直径计
算塔身迎风面积，用平台实际挡风面积乘以 0.3
的镂空系数以计算平台迎风面积。将计算结果
进行线性拟合可得单管塔底径方程式：
D=0.017H+1.4w0+0.2
信息技术
中国新技术新产品 2009 NO.21
China New Technologies and Products
(3)
式中 A、Wlx— ——单管塔毛截面 面积、毛截面抗弯模量；φx — ——弯 矩作用平面内轴心受压构件稳定系 数 ；NEx— ——参 数 ，NEx = EA/(1.1 )； βmx—— —弯矩作用平面内构件等效 弯矩系数。
Checkedit.exe 软件，新建文本并进行粘贴, 保 四参数可以使用。
捉。）
存替换原 *.ebp 文件。
4.8.4 空间数据库坐标转换试验：
实践证明，采用本方案进行湖州地籍数
4.7 将 ebp/ebf/att/not 文件整理入库。
原数据库采用的坐标位数 x 坐标为小数 据库坐标转换方法可行，达到预期目标。
保、城市景观建设等方面的需要，人们希望通信 地面积较大的缺点仍没有较好的改善。
的。塔身节段间的连接可采用内法兰形式和插
塔不再是单一、冰冷的面孔，各种以环保为主题
2.3 单管塔
节式两种（图 1）。
的实验性设计，使上述三种通信塔在城市通信
1991 年德国首次部署 GSM（全球移动通信
内法兰连接的单管塔平截面为圆形，构件
信息技术
单管塔在城市通信系统中的应用
巩玉发 郭 妍 （辽宁工程技术大学 建筑与工程学院，辽宁 阜新 123000）
摘 要：通过对通信塔设计现状及发展的研究，发现单管塔这一结构形式在我国城市建设中具有良好的发展前景。本文介绍单管塔 设计原理，并结合算例进行了具体的分析和总结。 关 键 词 ：通信塔；结构形式；单管塔；设计
面积仅为其他结构形式的 1/4 左右，对于土地资 源日益紧张的城市，单管通信塔具有很好的运 用空间。
图 3 单管塔节段横向法兰螺栓计算 参考文献
[1] GB50136-2006 高耸结构设计规范 [2] JB50017-2003 钢结构设计规范 [3] 沈之容、王肇民.钢结构通信塔设计与施工.北 京机械出版社.2006 [4] 王肇民.马人乐.塔式结构.北京科学出版社. 2004 [5] 王肇民 高耸结构的发展与展望. 特种结构. 2000.1-17
满足这一条件时，单管塔的最大应力不会超过
其屈服强度。同时因单管塔实际是一薄壁壳体
结构，径厚比满足 D/f燮100× 235 ，即可保证单 f
管塔的局部稳定。
在选型设计时，单管塔的底部直径、顶部直
径及工艺要求决定着单管塔结构的最大位移，
根据单管塔顶部平台构造需求，顶部直径尺寸
一般在 600mm 左右，那么单管塔底部直径尺寸
4.5 在坐标转换软件中，计算（或录入）四
个参数，打开 ebp、not 文件进行转换。
4.6 将文本格式新 *.ebp 文件转换为二进
制格式 *.ebp 文件：⑴ 在 Uedit32.exe 软件中
（说明：上面两个图形对应点坐标显示不
打 开 *.ebp 文 件 并 全 部 复 制 ； ⑵ 打 开
从上表可以得知，本批控制点符合要求， 是很精准确，是因为不能进行精确定位捕
焊缝将折板卷筒焊成一个节段，安装时上节段
从外面套入下节段即可。重要的是，多边形截面
可以很好的防止塔身扭转。
3.2 单管塔选型设计
单管塔是一种实腹式的悬臂结构，它的特
点是圆管形截面、直上直下、长细比很大，因此
塔身刚度相对很柔，结构设计是由结构刚度控
制的。按照 《高耸结构设计规范》（GB50136-
2006）规定，塔顶最大位移不超过塔高的 1/100。
连接构造简单，加工安装方便，容易控制质量。 形桁架塔（角钢塔和钢管塔）
但因角钢回转半径较小，较其他形式，有过多不 塔高 60m，塔底宽度至少要
受力辅助杆件，造成过大的风弯矩，使用钢量和 6m，可见单管塔的建设场地
基础造价相对较大。在城市建设中，基础占地面 很小。同时单管塔形式多样，
积较大是其最不利的因素。
对于圆形单管塔，主要依靠内 部法兰盘连接，法兰螺栓的计算、法 兰盘的尺寸、厚度等都在很大程度 上影响着单管塔的稳定性和安全 性。
如图 3,假定内法兰平面内有一 定的刚性，受弯后仍保持一平面，则
法兰盘上各螺栓受力大小与 x 轴距 离成正比:
(4)
是用大型液压机折成的竖向折板，一般为12~16
边形，依据单管塔直径大小，可能有 1~2 条竖向
4.8 坐标转换实例：
点前 6 位，y 坐标为小数点前 6 位。而本项目
5 结束语
本文以湖州和孚镇长超村（原为集镇）为 最终坐标系统采用 1980 西安坐标系，坐标位
本文给出了采用四参数进行平面坐标转
例进行坐标转换：
数要求 x 坐标为小数点前 7 位，y 坐标为小数 换的理论与方法，提供了瑞得地籍数据库坐
(5)
式中 N1、N2、N3— ——各个螺栓 内力；
X1、X2、X3—— —螺栓所在位置距 y 轴距离。
而后根据(3)及(4)可知：
(6)
整理得到：
(7) 在实际设计和应用中，内法兰的螺丝一般 都是对称布置的，两颗螺栓至塔中心的角度为 ， 沿螺栓圆周线均匀分布，则最大内力法兰螺栓 计算公式为：
(8) 式中 M1— ——作用在法兰盘平面上的弯矩； Φ— ——螺栓群圆周线直径；ζ— ——系数，按表 1-1 取值。 3.3 计算实例 在西安某地需建造一圆形单管通信塔，高 45m，有两层平台，标高分别为 37.5m 和 42.5m， 平台直径为 4000mm，挂移动天线，基本风压 w0=0.55kN/m2。 单管塔的各项尺寸。根据圆形单管塔所在 城市的基本风压及单管塔的高度，采用斜率 1.6%的单管塔，其顶径为 600mm，同时参照具体 构造尺寸如下表 2、表 3 所示。 单管塔各层弯矩（表 4） 根据单管塔的各层尺寸，依照《高耸结构设 计规范》（GB50136-2006）及《钢结构设计规范》 可得到单管塔各层弯矩数据。 此单管塔满足验算要求，可见单管塔构造 简单，设计方便，基础占地面积很小。 小结 单管通信塔是新兴的通信塔形式，构件简 一、便于机械化和批量生产、现场安装方便、结 构形式可塑性强，尤其同等条件下，单管塔占地
平方公里。转换前的图形如下：
[2] rdms5.0 参考手册
[3] 高春艳，安剑 等.《visual basic 程序开发
范例宝典》
4.8.2 四参数计算结果：
作 者 简 介 ：卢建青(1977~)，男，广东饶平 人，助理工程师，现主要从事地理信息的数据 建库及软件开发工作。
- 16 - 中国新技术新产品
早期通信塔设计主要沿袭广播电视塔的形 信塔形式之一。单管塔斜率一般为 1.2%~1.7%， 时上下节段首尾相叠即可。
式，故四边形角钢塔是应用最为广泛和长久的 若塔高 60m，塔顶直径取 0.5~0.6m，则塔底直径
插节连接的单管塔平截面为多边形，构件
通信塔。其采用造价低廉的角钢作为受力构件， 为 1.22~1.62m，而一般四边
荷载，其验算公式为：
(2)
式中 N、Mx— ——作用在计算构件段的轴心 压力（N）和弯矩（N·m）；
An、Wnx--单管塔净截面积和净截面抗弯
模量。
w0— ——基本风压（KN/m）2 其验算稳定公式为：
…… 因没有变形，作用于法兰盘平 面 y 轴的弯矩 My 与各螺栓力 Ni 绕 y 轴力矩之和相平衡，有：
4.4 通过坐标转换软件检测控制点的可
后的图形如下：
靠性并计算转换四参数、分析转换残差、输出
可靠控制点坐标列表：⑴进入控制点检测软
件，在文件中新建一个控制点工程文件；⑵引
入坐标旧新对照表文本文件，进行四参数计
算；计算中最大残差不得大于 0.05m，大于
0.05m 的控制点需分析后剔除，并重新计算；
⑶输出可用控制点;⑷输出计算结果。
系统中的适用范围及应用程度有所改变。
系统）系统，标志数字蜂窝通信系统已经取替了 是用横向卷板卷成的圆锥形筒体；用纵向焊缝
2 通信塔形式及特点
微波通信系统。相应的对通信塔结构位移限制 焊牢，再用横向焊缝将 2m 左右长度的筒体拼装
2.1 四边形角钢塔
的放宽，使单管塔这一结构形式有机会成为通 成一个节段，在筒体两端装上内法兰，实际安装
1 引言
方式，构造更具优越性的钢管塔。塔柱和横杆采
3 单管塔
21 世纪，全球通信事业正式迈入 3G 通信 用钢管，甚至可用柔性交叉腹杆，而不必采用再
3.1 单管塔选型
时代。我国主要采用四边形角钢塔、四边形钢管 分式腹杆，在很大程度上减少了用钢量。但底部
单管塔是由许多相同斜率锥形圆筒（或多
塔、单管塔三种通信塔形式。同时，出于绿化、环 根开（边宽）与高度比取 1/5~1/8 较经济，基础占 边形筒），长度 5~10m 的节段首尾相接拼装起来
中国新技术新产品
- 17 -
(1)
式中 D—单管塔底径 （m）；H—塔高（m）；
W0—基本风压（KN/m）2 。
值得注意的是，此式仅适应于塔高 25-60m
的单管塔，对于低塔式（1）略为保守。实际计算
时可按照构造要求设计，用验算公式检验，如满
足即可应用。
对于单管塔筒身，结构自重引起的压力和
风荷载引起的剪力和弯矩是单管塔承受的主要
美观大方，利于环保和美化
2.2 四边形钢管塔
环境。故单管塔在用地受限、
针对角钢塔单个构件回转半径较小的缺 风压较小、交通条件较好的
a）内法兰连接
b）插节连接
点，人们用无缝钢管代替角钢，用法兰盘式连接 城市里大受青睐。
图 1 单管塔连接形式
控制点列表。
4.8.3 计算残差分析：
按照前面所述方案进行坐标转换，转换
4.8.1 长超控制点列表如下：
点 前 6 位 。 因 此 x 坐 标 需 要 先 加 大 数 标转换的技术流程，解决实际生产遇到的技
3000000，再进行坐标转换。
术难题，可供类似项目参考。
本次以湖州市和孚镇长超村“Hale Waihona Puke Baidu-63-1”街
参考文献
坊为例进行空间数据库坐标转换，面积约 0.6 [1] 瑞得城镇地籍数据处理工具 4.0 参考手册
的将起着重要作用。
如 图 2， 依 据 《高 耸 结 构 设 计 规 范》
（GB50136-2006）计算单管塔的风荷载，将塔全
高分成 8 段，根据节段长度和节段平均直径计
算塔身迎风面积，用平台实际挡风面积乘以 0.3
的镂空系数以计算平台迎风面积。将计算结果
进行线性拟合可得单管塔底径方程式：
D=0.017H+1.4w0+0.2
信息技术
中国新技术新产品 2009 NO.21
China New Technologies and Products
(3)
式中 A、Wlx— ——单管塔毛截面 面积、毛截面抗弯模量；φx — ——弯 矩作用平面内轴心受压构件稳定系 数 ；NEx— ——参 数 ，NEx = EA/(1.1 )； βmx—— —弯矩作用平面内构件等效 弯矩系数。
Checkedit.exe 软件，新建文本并进行粘贴, 保 四参数可以使用。
捉。）
存替换原 *.ebp 文件。
4.8.4 空间数据库坐标转换试验：
实践证明，采用本方案进行湖州地籍数
4.7 将 ebp/ebf/att/not 文件整理入库。
原数据库采用的坐标位数 x 坐标为小数 据库坐标转换方法可行，达到预期目标。
保、城市景观建设等方面的需要，人们希望通信 地面积较大的缺点仍没有较好的改善。
的。塔身节段间的连接可采用内法兰形式和插
塔不再是单一、冰冷的面孔，各种以环保为主题
2.3 单管塔
节式两种（图 1）。
的实验性设计，使上述三种通信塔在城市通信
1991 年德国首次部署 GSM（全球移动通信
内法兰连接的单管塔平截面为圆形，构件