塔体结构、塔体结构的安装方法及信号塔与流程

本发明涉及建筑结构设计领域，特别是涉及塔体结构、塔体结构的安装方法及信号塔。

背景技术：

信号塔是通信运营商所建立的一种用于传输无线信号的装置。随着通讯技术的推广与普及，城市对通讯信号覆盖率的要求越来越高，而构建室外通讯基站信号塔是实施覆盖广范围区域的无线通讯网络的必要条件。

传统的信号塔主要有钢塔、多边形钢管塔、圆锥形单管塔等结构体系。为了保证基本的承载力和稳定性，信号塔通常包含较多构件且结构复杂，这导致塔身不通透容易承受多余的风阻，且复杂的构造也提升了制造成本、延长了施工工期；此外，传统结构形式的信号塔本身的承载力和稳定性不够高，无法抵御较强的台风、地震等气象地质灾害。

技术实现要素：

基于此，有必要针对信号塔的塔体结构复杂，且承载力和稳定性不高的问题，提供一种改进的塔体结构、塔体结构的安装方法及信号塔。

一种塔体结构，包括：

塔体，包括多个上下连接的桁架结构层；

每个所述桁架结构层定义一个上表面和一个下表面，所述上表面和所述下表面形状尺寸相同且在水平面的投影以预设角度旋转错开；所述上表面和所述下表面之间环绕设有桁架侧壁，所述桁架侧壁包括多根连接杆，所述连接杆相对于垂直方向倾斜设置，且所述连接杆的两端分别连接至所述上表面和所述下表面的边缘；相邻的两个所述桁架结构层中上方的桁架结构层的下表面与下方的桁架结构层的上表面重合。

上述塔体结构，至少具有以下有益的技术效果：

(1)整个塔体包含的构件较少，桁架结构层内部无任何腹杆构件，塔身较为通透，减少了承受的风阻，提升了抗倾覆的性能；

(2)塔体由多个桁架结构层重复堆叠而成，模块式的组合方式可以实现批量化生产，利用单个模具一次性制作多根桁架杆件后重复拼接为桁架结构层，多个桁架结构层最终堆叠组装成型即可，从而节约了多次开模的费用，降低了制造成本；重复拼接式的操作简单快捷，极大地缩短了施工工期。

(3)由于桁架结构层包含的上表面和下表面形状尺寸相同且在水平面的投影以预设角度旋转错开，桁架侧壁包括倾斜设置的多根连接杆，同时相邻的两个桁架结构层中上方的桁架结构层的下表面与下方的桁架结构层的上表面重合，使得塔体整体形成了扭转折线形空间桁架。其中，倾斜设置的多根连接杆在空间上可以抵抗沿塔体轴向的压缩及拉伸，从而可以承受竖直方向的重载荷，并且倾斜设置的连接杆也有较强的抵抗扭转功能，从而整体的扭转折线形态提升了塔体的抗轴向载荷以及抵抗扭转的能力；相邻的桁架结构层之间的表面可以增强整体结构的抵抗弯曲形变和抗径向压缩性能，从而使整个塔体形成纵横联接的整体，具有较好的强度、刚度和承载力，即使建设高度较大也能够保证稳定。经反复计算与实际检验，整体在风荷载、地震作用下的层间位移满足规范有关的规定限值，满足正常使用极限状态验算；震动条件下，结构最大变形与高度比满足规范要求，塔体结构可以始终保持弹性状态，具有足够的稳定性。

(4)塔体呈螺旋扭转折线状可以增加建筑整体的观赏性，使得塔体从不同角度观察会呈现不同的立面效果。同时，旋转布置可使结构整体的风荷载体型系数自上而下均匀布置，更有利于结构的抗风性能。

(5)桁架结构层包含的上表面和下表面形状尺寸相同，组装时直接使上方的桁架结构层的下表面与下方的桁架结构层的上表面重合并采用螺栓连接、焊接等方式将两个表面连接起来即可，吊装时不需要反复对中，只需要按照上表面和下表面的形状尺寸拼接即可，节约了施工时间，极大方便了各个桁架结构层的堆叠安装。

在其中一个实施例中，所述上表面和下表面为等边三角形，且上表面的中心与下表面的中心之间的连线垂直于水平面；所述桁架侧壁包括六个分壁，所述分壁皆由所述上表面的任一顶点分别与所述下表面的两个顶点通过所述连接杆连接以形成等腰三角形。

在其中一个实施例中，所述上表面和所述下表面分别由水平框架围成。

在其中一个实施例中，还包括平台，所述平台设在相邻的所述桁架结构层之间。

在其中一个实施例中，所述平台包括支撑板及设于所述支撑板下方的平台梁。

在其中一个实施例中，所述桁架结构层所包含的桁架杆件为钢杆，所述钢杆表面涂覆防腐涂层。

在其中一个实施例中，所述桁架杆件之间通过螺栓连接。

一种塔体结构的安装方法，包括如下步骤：

(1)使用桁架杆件拼接成多个桁架结构层，使桁架结构层的上表面和下表面形状尺寸相同且在水平面的投影以预设角度旋转错开，所述上表面和所述下表面之间设置桁架侧壁；

(2)将多个所述桁架结构层从下至上依次吊装,使上下相邻的两个所述桁架结构层中上方的桁架结构层的下表面与下方的桁架结构层的上表面重合，形成塔体结构。

塔体由多个桁架结构层重复堆叠而成，模块式的组合方式有利于实现批量化生产；利用单个加工模具可以一次性制作多根桁架杆件，然后重复拼接为桁架结构层，多个桁架结构层最终堆叠组装成型成为塔体结构，从而节约了多次开模的费用，降低了制造成本；重复拼接式的操作简单快捷，缩短了施工工期。

桁架结构层包含的上表面和下表面形状尺寸相同，组装时直接使上方的桁架结构层的下表面与下方的桁架结构层的上表面重合并采用螺栓连接、焊接等方式将两个表面连接起来即可，吊装时不需要反复对中，只需要按照上表面和下表面的形状尺寸拼接即可，节约了施工时间，极大方便了各个桁架结构层的堆叠安装。

一种信号塔，包括升降机构、天线架构以及以上任一实施例所述的塔体结构，所述升降机构自下而上设于所述塔体结构内，所述天线架构设于所述塔体结构的顶端。

在其中一个实施例中，所述升降机构包括并排设置的楼梯及电梯。

在其中一个实施例中，所述楼梯为螺旋上升式楼梯。

附图说明

图1为本发明一实施例的塔体结构的三维透视图；

图2为图1的塔体结构中的桁架结构层的结构示意图；

图3为图1的塔体结构中的平台的平面布置图；

图4为本发明一实施例的信号塔的立体示意图。

图中：10、塔体，100、桁架结构层，101、上表面，102、下表面，100a、水平框架，300、平台，310、支撑板，320、平台梁，120、桁架侧壁，121、连接杆，20、升降机构，210、楼梯，220、电梯，30、天线架构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。本领域普通技术人员将认识到，在不背离由随附的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对本文所描述的各种实施例作出变化和改进。此外，为了清楚和简洁起见，可能省略对熟知的功能和构造的描述。

应当理解的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1和图2所示，本发明一实施例中，提供一种塔体结构，包括塔体10，塔体10包括多个上下连接的桁架结构层100；每个桁架结构层100定义一个上表面101和一个下表面102，上表面101和下表面102形状尺寸相同且在水平面的投影以预设角度旋转错开；上表面101和下表面102之间环绕设有桁架侧壁120，桁架侧壁120包括倾斜设置的多根连接杆121，连接杆121相对于垂直方向倾斜设置，且连接杆121的两端分别连接至上表面101和下表面102的边缘；相邻的两个桁架结构层100中上方的桁架结构层100的下表面102与下方的桁架结构层100的上表面101重合。

需要说明的是，本实施例中的桁架侧壁120是由连接杆121围成的表面镂空的结构形式，从而减小塔体结构的外表面积，使承受的风阻明显变小。

本实施例中，塔体结构整体包含的构件较少，桁架结构层100整体内部无任何腹杆构件，塔身较为通透，减少了承受的风阻，提升了抗倾覆的性能。

塔体10由多个桁架结构层100重复堆叠而成，模块式的组合方式可以实现批量化生产，利用单个模具一次性制作多根桁架杆件后重复拼接为桁架结构层100，多个桁架结构层100最终堆叠组装成型即可，从而节约了多次开模的费用，降低了制造成本；重复拼接式的操作简单快捷，极大地缩短了施工工期。

由于桁架结构层100包含的上表面101和下表面102形状尺寸相同且在水平面的投影以预设角度旋转错开，桁架侧壁120包括倾斜设置的多根连接杆121，同时相邻的两个桁架结构层100中上方的桁架结构层100的下表面102与下方的桁架结构层100的上表面101重合，使得塔体10整体形成了扭转折线形空间桁架。其中，倾斜设置的多根连接杆在空间上可以抵抗沿塔体轴向的压缩及拉伸，从而可以承受竖直方向的重载荷，并且倾斜设置的连接杆也有较强的抵抗扭转功能，从而整体的扭转折线形态提升了塔体10的抗轴向载荷以及抵抗扭转的能力；相邻的桁架结构层100之间的表面可以增强整体结构的抵抗弯曲形变和抗径向压缩性能，可以承受一定的横向风荷载，整体上使塔体10形成纵横联接的结构，具有较好的强度、刚度和承载力，即使建设高度较大也能够保证稳定。经反复计算与实际检验，整体在风荷载、地震作用下的层间位移满足规范有关的规定限值，满足正常使用极限状态验算；震动条件下，结构最大变形与高度比满足规范要求，塔体结构可以始终保持弹性状态，具有足够的稳定性。

塔体10呈螺旋扭转折线状可以增加建筑整体的观赏性，使得塔体10从不同角度观察会呈现不同的立面效果。同时，旋转布置可使结构整体的风荷载体型系数自上而下均匀布置，更有利于结构的抗风性能。

本实施例中，组装时直接将上方桁架结构层100的下表面102置于下方桁架结构层100的上表面101并采用螺栓、焊接等方式将两个桁架结构层100连接起来即可，吊装时不需要反复对中，只需要按照上表面101和下表面102的形状尺寸拼接即可，节约了施工时间，极大方便了各个桁架结构层100的堆叠安装。

继续参考图2，在一些实施例中，上表面101和下表面102为等边三角形，且上表面101的中心与下表面102的中心之间的连线垂直于水平面；桁架侧壁120包括六个分壁，分壁皆由上表面101的任一顶点分别与下表面102的两个顶点通过连接杆121连接以使分壁形成等腰三角形。

本实施例中，每个桁架结构层100皆形成空间八面体。空间八面体形式规范，其中分壁上的连接杆121与水平面形成一定的夹角，形成等腰三角形的分壁在空间上可以对称抵抗轴向压缩及拉伸，从而可以承受更多竖直方向的重载荷，并且相对于垂直方向倾斜设置的连接杆121也有较强的抵抗扭转功能；空间八面体的上表面101和下表面102在空间上可以抗径向压缩及径向拉伸，等边三角形的上表面101和下表面102也具有较强的抗形变能力，在有强风的恶劣环境下能够承受风荷载避免塔体10呈弯曲状态，整体上空间八面体的桁架结构使塔体10形成纵横联接的结构，能增强塔体10的整体尤其是塔体10上部的结构稳定性。上述形式使得塔体10能够承受地震发生时横波和纵波分别产生的横向振动和纵向振动，全面提升了整体在各个方向上的抗震能力，稳定性良好。

经计算复核，本实施例的塔体结构在初始缺陷考虑塔身在x方或y方向有1‰的倾斜率的情况下，前三阶屈曲模态对应的荷载因子分别为8.13、8.63、10.25，表明塔身整体具有良好的屈曲性能；塔体结构在考虑二阶非线性效应的重力荷载和水平荷载组合下构件应力比小于0.9，结构满足承载力极限状态验算。在罕遇地震作用下的分析结果表明：塔体结构顶部最大水平变形与高度比为1/132，高度方向为1/113，满足规范要求，表明在罕遇地震作用下塔体结构所有构件均可保持弹性状态，具有足够的稳定性。

在一些实施例中，上表面101和下表面102分别由水平框架100a围成。水平框架100a可以使结构简化，保证塔体结构整体内部不含有任何腹杆构件，使塔身更加通透，减少风阻。在其他一些实施例中，上表面101和下表面102可以分别是一块面板，或者是平面支架，此处不作限制。

参考图3，在一些实施例中，还包括平台300，设在相邻的桁架结构层100之间。平台300可以为人们观光以及工人维修提供支撑，增加了塔体10的功能性。可以理解地，在其他一些实施例中，可以不包括平台，并不影响本发明的功能的正常实现。

优选的，平台300包括支撑板310及设于支撑板310下方的平台梁320。平台梁320对支撑板310有一定的支撑作用，进一步强化了平台300整体抵抗形变的能力和稳定性，使得平台300能够更好地承受风荷载和抵抗地震带来的影响。

在一些实施例中，桁架结构层100包含的各个桁架杆件为钢杆，钢杆表面涂覆防腐涂层。钢杆可以保证桁架结构层100的强度和刚度，涂覆防腐涂层后可以延长桁架杆件的使用寿命，也能够避免快速腐蚀引发安全事故。

在一些实施例中，桁架杆件之间通过螺栓连接，螺栓连接方便快捷，方便了塔体结构的快速安装和拆卸。当然，在其他一些实施例中，桁架杆件可以通过铆接或焊接的方式连接在一起，此处不作限制。

本发明另一实施例中，提供一种塔体结构的安装方法，包括如下步骤：

(1)加工桁架杆件，可选用钢杆，且在钢杆表面涂覆防腐涂层；

(2)将桁架杆件拼接形成多个桁架结构层100，使桁架结构层100的上表面101和下表面102形状尺寸相同且在水平面的投影以预设角度旋转错开，上表面101和下表面102之间环绕设置包括倾斜设置的多根连接杆121的桁架侧壁120，具体地，可将工厂统一加工的桁架杆件运至施工现场，在施工现场将桁架杆件直接拼接形成桁架结构层100；

(3)将各桁架结构层100从下至上依次吊装,使上下相邻的两个桁架结构层100中上方的桁架结构层100的下表面102与下方的桁架结构层100的上表面101重合，最终形成塔体结构。

塔体10由多个桁架结构层100重复堆叠而成，模块式的组合方式有利于实现批量化生产；利用单个加工模具可以一次性制作多根桁架杆件，然后重复拼接为桁架结构层100，多个桁架结构层100最终堆叠组装成型成为塔体结构，从而节约了多次开模的费用，降低了制造成本；重复拼接式的操作简单快捷，极大地缩短了施工工期。

桁架结构层100包含的上表面101和下表面102形状尺寸相同，组装时直接使上方的桁架结构层100的下表面102与下方的桁架结构层100的上表面101重合并采用螺栓连接、焊接等方式将两个表面连接起来即可，吊装时不需要反复对中，只需要按照上表面101和下表面102的形状尺寸拼接即可，节约了施工时间，极大方便了各个桁架结构层100的堆叠安装。

参考图4，本发明再一实施例中，提供一种信号塔，包括塔体结构、升降机构20及天线架构30，升降机构20自下而上设于塔体结构内，天线架构30设于塔体结构的顶端，通过天线架构30可直接收发无线电信号。

参考图4及图3，在一些实施例中，升降机构20包括并排设置的楼梯210及电梯220。楼梯210便于人们以步行的方式上下，电梯220提高了升降的便捷性，楼梯210及电梯220并排布置为人们到达塔顶提供了更多选择。在一些实施例中，楼梯210可以为螺旋上升式楼梯。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。