目录
一、工程概况 (1)
1.1设计参数 (1)
1.2结构选型与构件布置 (1)
1.2.1主体结构 (1)
1.2.2平台 (2)
1.2.3天线 (2)
1.2.4馈线、爬梯 (2)
1.2.5基础 (2)
二、荷载计算 (3)
1.1永久荷载 (3)
1.1.1塔身自重 (3)
1.1.2平台自重 (3)
1.1.3天线自重 (3)
1.1.4爬梯和馈线自重 (3)
1.1.5永久荷载计算结果 (3)
1.2横向风荷载计算 (3)
1.2.1基本公式 (3)
1.2.2基本风压 (3)
1.2.3风压高度变化系数 (4)
1.2.4风荷载体形系数 (4)
1.2.5风振系数 (4)
1.2.6平台及栏杆所受风荷载 (5)
1.2.7横向风荷载计算结果 (6)
1.3其他可变荷载 (6)
1.3.1覆冰荷载 (6)
1.3.2地震作用 (6)
1.3.3雪荷载 (6)
1.3.4安装检修荷载 (6)
1.3.5平台活荷载 (7)
1.3.6其他活荷载计算结果 (7)
1.4荷载计算结果 (7)
三、荷载效应组合 (8)
3.1承载能力极限状态 (8)
3.2正常使用极限状态 (8)
3.3荷载分布图 (9)
3.3.1承载能力极限状态荷载分布图 (9)
3.3.2正常使用极限状态荷载分布图 (10)
四、内力计算 (11)
4.1分析方法 (11)
4.2计算模型 (11)
4.3荷载工况 (12)
4.4计算结果 (13)
4.4.1轴力计算结果 (13)
4.4.2剪力计算结果 (14)
4.4.3弯矩计算结果 (15)
五、截面验算 (16)
5.1承载能力极限状态验算 (16)
5.1.1强度验算 (16)
5.1.2稳定验算 (16)
5.2正常使用极限状态验算 (17)
六、连接设计 (18)
6.1连接形式 (18)
6.2螺栓设计 (18)
6.2.1螺栓规格 (18)
6.2.2螺栓在法兰板上的位置 (18)
6.2.3螺栓验算 (18)
6.3法兰板设计 (19)
6.3.1法兰板基本尺寸 (19)
6.3.2法兰板受弯计算方法 (19)
6.3.3法兰板厚度 (20)
6.4加劲肋设计 (21)
6.4.1加劲肋尺寸 (21)
6.4.1加劲肋板焊缝验算 (21)
七、材料统计 (22)
参考文献： (23)
附件：单管塔分析命令流 (24)
附表：单管塔计算表 (33)
表1永久荷载计算表 (33)
表2可变荷载计算表 (34)
表3荷载效应组合计算表 (35)
表4法兰板计算表 (36)
表5加劲肋板计算表 (37)
一、工程概况
1.1设计参数
1.2 结构选型与构件布置
1.2.1主体结构
单管塔塔身总高度为52m，其中塔身结构高度为50m，避雷针高2m；同济大学的黄健等对单管塔的选型进行了研究，本文采用《单管塔的简化设计》提供的公式预估单管塔底径：
式中：：单管塔底径
：塔高，
：风压，
采用变截面圆钢管，底径，取为1600mm，顶部直径600m；根据结构设计高度与荷载情况，按照《高耸结构设计规范》与《钢结构单管通信塔技术规程》中基本条文规定，此单管塔主要结构布置如下：
主体结构如图所示：
1.2.2平台
分别在44m和48m高度处设置两个平台，平台的自重按计。
1.2.3天线
天线采用板状天线，每层6根，每根重量为，挡风面积为。
1.2.4馈线、爬梯
爬梯选择内爬梯，馈线布置在塔筒内部。
1.2.5基础
选择现浇独立板式基础。
二、荷载计算
1.1永久荷载
1.1.1塔身自重
塔身自重考虑法兰板、螺栓、加劲肋，将精确计算的塔身自重乘以系数1.3。
1.1.2平台自重
分别在44m和48m高度处设置两个平台，栏杆采用。平台的自重按计。
1.1.3天线自重
板状天线，每层6根，每根重量为。
1.1.4爬梯和馈线自重
取为。
1.1.5永久荷载计算结果
1.2横向风荷载计算
1.2.1基本公式
根据《钢结构单管通信塔技术规程CECS 236：2008》第4.1.2条规定：作用于单管塔表面单位投影面积上的水平风荷载标准值应按下式计算：
1.2.2基本风压
根据《建筑结构荷载规范GB50009-2001》第7.1.2条以及《钢结构单管通信塔技术规程CECS 236：2008》第4.2.2条规定，基本风压不得小于所以本文的基本风压按照规范取，而非作业规定的。
1.2.3风压高度变化系数
地面粗糙度类别：B类。
相对于z高度处风压高度变化系数按《钢结构单管通信塔技术规程》表4.2.5线性插值取值。
1.2.4风荷载体形系数
根据《钢结构单管通信塔技术规程》第4.2.6条，塔身爬梯在内，为圆形表面光滑的截面：
平台及栏杆体形系数为1.9，迎风面积按正面迎风面积计：
板状通信天线的体形系数为1.3，迎风面积按天线根数乘最大宽度乘长度：
避雷针为圆形表面粗糙的截面：
1.2.5风振系数
根据《钢结构单管通信塔技术规程》第4.2.7条，单管塔的风振系数可按下式确定：
脉动增大系数
根据取值，首先要确定结构的第一自振周期，同济大学的沈之容等人对单管通信塔自振周期进行了研究，参考《钢结构单管通信塔自振基本周期的研究》中的公式：
式中：为塔身高度，；
为塔身斜率
自振周期：
根据《钢结构单管通信塔技术规程》第4.2.7条，注3：计算时，对地面粗糙度B类地区可直接带入基本风压；注2：计算强度时，取，计算变形时，取，查表4.2.7-1得到如下数据。
计算强度时：
计算变形时：
考虑风压脉动和风压高度变化的影响系数
总高度为50m，地面粗糙度类别为B类，查表4.2.7-2：
考虑振型和结构外形的影响系数
根据相对高度和结构顶部和底部的宽度比查表4.2.7-3经过二维线性内插法得到数据。
平台修正系数
无平台处，有平台处，平台在高度方向的范围定为3m。在这个塔中，平台设置在44m和48m处，所以它的影响范围为41m~51m，所以，第6、7、8段的平台修正系数。
1.2.6平台及栏杆所受风荷载
没有平台的地方，迎风面积为单管塔表面单位投影面积，在有平台的地方，要加上平台和栏杆的迎风面积。已知平台栏杆镂空系数为0.3，平台及栏杆体形系数，天线挡风面积为，体形系数。
44m处平台：
44m处天线：
48m处平台：
48m处天线：
1.2.7横向风荷载计算结果
1.3其他可变荷载
1.3.1覆冰荷载
由于没有给定地区，所以该荷载难以计算，根据大量验算分析标明，裹冰荷载组合为非控制组合。在南方地区即使出现了严重寒冷气候也是百年一遇，没有必要为小概率事件增加建造成本。所以，覆冰荷载本文不进行计算。
1.3.2地震作用
地震作用应按铁塔所在地的抗震设防基本烈度进行验算。经验算分析，地震作用组合为非控制组合（铁塔水平控制荷载为风荷载），所有铁塔均可以满足设防烈度为8度要求。
1.3.3雪荷载
由于平台检修活载一般大于雪荷载，故雪荷载不同时考虑。
1.3.4安装检修荷载
单管塔的检修平台承受的安装检修活荷载取。
1.3.5平台活荷载
根据《建筑结构荷载规范GB50009-2001》第4.2.2条，工业建筑楼面（包括工作平台）上无设备区域的操作荷载，包括操作人员、一般工具、零星原料和成品的自重，可按均布活荷载考虑，采用。
所以对于每个平台：
1.3.6其他活荷载计算结果
1.4荷载计算结果
三、荷载效应组合
3.1承载能力极限状态
根据《钢结构单管通信塔技术规程CECS 236：2008》第3.03条规定，单管塔的承载能力极限状态设计应满足由可变荷载效应控制的基本组合表达式：
，，，，
永久荷载乘以分项系数1.2，风荷载乘以分项系数1.4，其他活荷载乘以分项系数1.0，设计值对应列表如下：
3.2正常使用极限状态
根据《钢结构单管通信塔技术规程CECS 236：2008》第3.04条规定，单管塔的正常使用极限状态设计应满足风荷载及地基变形共同作用下结构变形的限制要求：
，，
根据规范要求，计算结构变形时，风荷载频遇值系数，其中，又参考第4.2.7条，水平风荷载标准值公式中的风振系数中的计算参数脉动增大系数的取，由于没给出土壤条件，地质条件良好，不计地基变形，所以，地基变形标准值。
列表如下：
3.3荷载分布图
3.3.1承载能力极限状态荷载分布图
3.3.2正常使用极限状态荷载分布图
四、内力计算
单管塔就结构形式而言是比较简单的实腹式悬臂梁结构，整体刚度较小。当塔身在风荷载作用下发生变形时，顶部平台、天线以及铁塔本身的自重都会对原结构产生附加的作用效应。根据《钢结构单管通信塔技术规程CECS 236：2008》第5.2.1条规定，单管塔的内力变形可按变截面梁单元有限元法进行分析，按坡度来划分单元，考虑效应。
4.1分析方法
采用通用有限元程序ANSYS进行结构分析，以变截面BEAM189单元模拟塔身，计入重力影响，水平风荷载分段加载，以分段中央高度的风荷载作为该段的平均风荷载。打开非线性开关，进行静力计算。
4.2计算模型
塔高50m，避雷针高2m，变截面BEAM189单元模拟单管塔，整个结构划分为52个单元，计算模型如下图所示：
4.3荷载工况
永久荷载乘以分项系数1.2，风荷载乘以分项系数1.4，其他活荷载乘以分项系数1.0，设计值对应列表如下：
计入重力影响，水平风荷载分段加载，以分段中央高度的风荷载作为该段的平均风荷载。
荷载加载情况如下图所示：
4.4计算结果
4.4.1轴力计算结果
轴力图如下所示：
各段列表如下：
剪力图如下所示：
各段列表如下：
弯矩图如下所示：
各段列表如下：
五、截面验算
5.1承载能力极限状态验算
5.1.1强度验算
该钢管塔为压弯构件，根据《钢结构设计规范》第5.2.1条，按照下列公式计算：
经验算，满足设计要求，具体计算情况见附表，列表如下：
容易看出，单管塔截面很容易满足强度要求，富余很大，所以，强度不是单管塔设计的控制因素。
5.1.2稳定验算
根据《钢结构单管通信塔技术规程CECS 236：2008》第5.2.3条规定，
按压弯构件并考虑管壁局部稳定的影响，按下式进行验算：
刚单管塔为Q235钢，，所以。
经验算，满足设计要求，具体计算情况见附表，列表如下：
5.2正常使用极限状态验算
变形验算时，按照 3.3.2正常使用极限状态荷载分布图加载，重新调整ANSYS命令流，计算结果如图所示：
最大位移，满足设计要求。