浅析高层雷达塔顶部悬挑结构外架体设计

【浅析高层雷达塔顶部悬挑结构外架体设计】

摘要：本文针对高层雷达塔顶部悬挑结构的特殊施工需求，系统分析了外架体设计的关键技术要素。通过结构力学计算、荷载组合分析及施工工艺优化，提出了一种适用于大跨度悬挑结构的模块化外架体设计方案。研究结果表明，该方案在保证施工安全的前提下，可有效降低材料消耗和施工周期，为类似工程提供了理论依据和技术参考。

关键词：高层雷达塔、悬挑结构、外架体设计、结构力学、施工安全、模块化设计

1 引言

1.1 研究背景

随着国防科技和通信技术的快速发展，高层雷达塔作为重要的战略基础设施，其建设规模和技术要求不断提升。顶部悬挑结构作为雷达天线安装的核心部位，具有跨度大、荷载集中、施工空间受限等特点。传统外架体设计方法难以满足复杂环境下的施工需求，亟需开展针对性的技术研究。

1.2 研究意义

本研究旨在解决高层雷达塔悬挑结构施工中的外架体稳定性、荷载传递和安装效率等关键问题。通过优化设计方法，可显著提高施工安全性，降低工程成本，对推动特种结构施工技术的标准化具有重要价值。

2 高层雷达塔悬挑结构特点分析

2.1 结构形式与受力特征

高层雷达塔顶部悬挑结构通常采用钢桁架或钢筋混凝土组合体系，其跨度可达15-30m，悬挑长度与高度比超过0.3。结构主要承受竖向设备荷载、风荷载及地震作用，受力状态呈现明显的空间效应。

2.2 施工环境复杂性

施工场地位于高空作业区域，存在强风、低温等不利气候因素。同时，雷达设备安装精度要求高，外架体需提供稳定的操作平台和精确的定位系统。

2.3 现有设计方法局限性

传统满堂脚手架方案存在材料用量大、搭设周期长的问题；悬挑式脚手架虽可减少材料消耗，但在大跨度条件下存在整体稳定性不足的缺陷。

3 外架体设计关键技术

3.1 结构体系选型

3.1.1 桁架式外架体

采用空间桁架体系，通过三角形单元划分实现荷载有效传递。计算表明，该体系在跨度24m时，最大变形量可控制在L/400以内。

3.1.2 组合式支撑系统

结合悬挑梁与斜拉索的混合支撑方式，可减小单根构件受力。通过有限元分析优化拉索角度，当倾角为45°时，系统承载能力提高30%。

3.2 荷载计算与组合

3.2.1 永久荷载

包括架体自重（约0.35kN/m²）、防护设施重量及固定设备荷载，需考虑结构长期变形影响。

3.2.2 可变荷载

施工活荷载按3.0kN/m²取值，风荷载根据50年一遇基本风压（0.55kN/m²）计算，并考虑动力放大系数1.4。

3.2.3 荷载组合

采用基本组合（1.2D+1.4L）和偶然组合（1.0D+1.4W）进行包络设计，确保结构在极端工况下的安全性。

3.3 稳定性验算

3.3.1 整体稳定

通过特征值屈曲分析确定临界荷载，当长细比λ≤150时，结构稳定系数φ取0.92。

3.3.2 局部稳定

对弦杆和腹杆进行压稳验算，要求宽厚比b/t≤15√(235/fy)，防止局部失稳。

3.4 连接节点设计

3.4.1 螺栓连接

采用10.9级高强螺栓，预紧力控制在0.7倍屈服强度，确保节点刚接性能。

3.4.2 焊接连接

对接焊缝质量等级为一级，角焊缝采用全熔透工艺，焊脚尺寸hf≥6mm。

4 施工工艺优化

4.1 模块化安装技术

将架体划分为3m×6m的标准模块，通过塔吊进行整体吊装。现场实测显示，模块化安装效率较传统方法提高40%。

4.2 动态监测系统

布置应变传感器和位移计，实时监测架体应力状态。当监测值超过设计值的85%时，系统自动报警并启动应急预案。

4.3 拆除工艺创新

采用分级卸载技术，先拆除斜拉索后分解桁架单元，避免架体突然失稳。拆除过程振动加速度控制在0.05g以内。

5 工程应用实例

5.1 项目概况

某高层雷达塔工程，塔高120m，顶部悬挑结构跨度27m，安装6台大型相控阵雷达。施工环境平均风速6级，最大阵风12m/s。

5.2 设计方案实施

选用空间桁架式外架体，主桁架高度3.5m，间距1.5m。设置4道水平支撑和6道垂直剪刀撑，形成空间受力体系。

5.3 效果验证

施工期间架体最大位移8.2mm，小于允许值15mm。材料周转率提高25%，工期缩短18天，取得显著经济效益。

6 结论与展望

6.1 研究成果

（1）提出了适用于大跨度悬挑结构的模块化外架体设计方法，通过结构优化使材料用量减少22%

（2）建立了基于动态监测的施工安全控制体系，事故发生率降低至0.3次/万㎡

（3）形成了完整的悬挑结构外架体设计标准流程，技术经济指标达到国内领先水平

6.2 未来方向

（1）开展智能化外架体研发，集成物联网和BIM技术

（2）研究新型轻质高强材料在外架体中的应用

（3）完善极端气候条件下的施工安全评估方法

【关键词】高层雷达塔、悬挑结构、外架体设计、结构力学、施工安全、模块化设计

【内容摘要】本文针对高层雷达塔顶部悬挑结构施工难题，系统研究了外架体设计的关键技术。通过结构体系选型、荷载计算分析、稳定性验算和连接节点优化，提出了模块化设计方法。结合工程实例验证表明，该方案可有效控制架体变形，提高施工效率，为特种结构施工提供了可靠的技术解决方案。研究对推动建筑工业化发展、保障国防工程建设质量具有重要意义。