基本介紹
簡介,沿革,材料,型式,荷載,設計原則,相關資料,發展,展望,
簡介
沿革
古代宗教塔是早期的高聳結構，這種紀念性的塔遍布世界各地。中國歷代曾建有磚、石、木材、生鐵等材料的各種形式的塔，尚存的具有代表性的古塔有：公元 523年（北魏）建造的河南登封嵩岳寺磚塔，公元1056年（遼）建造的山西應縣佛宮寺釋迦木塔，公元1061年（北宋）建造的湖北荊州玉泉寺鐵塔。
隨著工業技術的發展，出現了各種類型的高聳結構。1889年為巴黎博覽會建造了艾菲爾鐵塔，塔高300米，1921年後在塔頂裝設了無線電天線和電視天線，總高度為321米。
20世紀隨著無線電廣播和電視事業的發展，世界各地建造了大量較高的無線電塔和電視塔。電力、冶金、石油、化工等企業也建造了很多高聳結構，如輸電線路塔、石油鑽井塔、煉油化工塔、風動機塔、排氣塔、水塔、煙囪等。在郵電、交通、運輸等部門中也興建了電信塔、導航塔、航空指揮塔、雷達塔、燈塔等。此外，還有衛星發射塔、跳傘塔和環境氣象塔等。
材料
古代塔多用磚、石、木材、生鐵建造，現代塔則多用鋼、鋼筋混凝土及預應力混凝土結構，高度較小的可用砌體結構。鋼結構塔輕巧美觀，可由工業化生產，但防鏽要求較高、維護費用較大。鋼筋混凝土塔抗大氣腐蝕性能較好。筒形鋼筋混凝土塔可保護內部管線、設備，免受大氣影響和風雪侵襲，但由於自重大，需設較強的基礎。現場灌築鋼筋混凝土塔的質量和造價取決於施工技術水平，對施工季節還有選擇性。
型式
除塔式和桅式兩大類型之外，還有檣桿塔。這種結構以桅式體系為基礎，在桿身縴繩結點處設定水平剛性撐桿和上下層縴繩連線，縴繩相當於塔架中預加拉力的塔柱和斜桿，水平剛性撐桿相當於塔架的橫桿；因此，兼有桅桿省鋼、塔架占地小、結構緊湊的特點。
塔式結構和桅式結構也可混合使用，如荷蘭洛皮克電視電信塔，總高370米，下部為100米的圓筒形鋼筋混凝土塔，上部為270米的用四層縴繩拉到地面的鋼管桅桿。也有在塔頂上布置幾座小型桅桿的結構，如美國舊金山電視塔,總高298米，下部為 234米高的三角形斷面的塔，塔頂處裝有大平台，上面設三座對稱布置64米高、三層縴繩的小桅桿、縴繩均錨固在大平台上，形成獨特的燭台式結構。
荷載
包括自重、設備重、風荷載、地震作用等。風荷載是高聳結構的主要荷載，設計時需要當地風力的可靠數據。基本風壓值、沿高度變化風壓、風荷載體型係數和風振係數是風荷載計算的重要參數。①基本風壓值。它是通過統計20～50年一遇、10～20分鐘平均或瞬時最大風速來確定的。對於一些特別重要的高聳結構，必須提高其風速統計年限，例如一般結構考慮30年一遇的風速，電視塔要求考慮50年或100年一遇的風速,對於建築在山間盆地或山口、谷口的高聳結構，則要按實際情況適當調整風壓值。②風壓高度變化係數。風壓高度變化係數取決於地表面粗糙度。一般按指數或對數規律計算。③風荷載體型係數。它和構件外形有密切關係，圓形構件的體型係數比其他形狀為小。④風振係數。用它來考慮由於脈動風壓引起的動力作用，其值的大小和高聳結構的自振周期以及材料阻尼有關。自振周期越長,風振係數越大;材料阻尼越大，則風振係數越小。因此，高塔的風振係數比低塔大；鋼筋混凝土塔的風振係數比鋼塔小。在計算高聳結構的基礎時可用較小的風振係數，因為結構本身有消振作用。
設計原則
因主要荷載是風荷載，要注意降低結構的風阻力。例如採用圓形構件，以減小體型係數；簡化構造，以減小迎風面積；進行方案比較，選取最優尺寸。計算時必須考慮在各種最不利的荷載組合下結構的強度和剛度，驗算結構的穩定，以確保結構安全。
由於高聳結構高度大，必須設定航標和避雷系統。
① 航標。沿高聳結構的高度方向塗刷紅白相間或黃黑相間的油漆，使飛行員在日間能迅速辨認。同時，在塔頂和沿高布置一些紅燈，作為夜航的標誌。
② 避雷系統。塔頂設定避雷針,通過塔身和接地線把雷電引到基礎下面土壤中。
建立在山頂或岩石上的高聳結構，還必須把接地線引到山下或半山的水池中。對特別高的塔，還要在塔頂以下布置一些水平避雷針，以防橫向雷擊，在塔底周圍要布置地線網，使雷電有效地引入地下。
相關資料
發展
我國高聳結構發展很快，許多電視塔、輸電塔、微波通訊塔和其他用途的塔桅結構蜂擁而起，科研工作也突飛猛進。例如高塔的風荷載和風振的理論和實驗研究，塔桅結構的非線性靜、動力計算、高聳結構的振動控制等等都有很大進展，這些科研項目來自工程實踐，其研究成果又用於指導設計，促進生產，提高了高聳結構設計和施工質量。
展望
國際上高聳結構的高度尚停留在600m左右，有人擬設計高度800m甚至1000m的高塔。這種高度更高(相對柔度更大的高聳結構，高空風荷載的動力反應及其振動控制將更為複雜。國際上高聳結構的發展，除了高空風荷載研究之外，比較重視結構失效和疲勞問題的研究。許多桅桿結構曾因此而倒塌，過去失效結構的實例應是最好的實體試驗，為設計標準提供最直接的經驗和借鑑，上述研究和實驗將是未來高聳結構研究的重要課題。
