桅式结构

构造:桅式结构由纤绳、杆身和基础组成。

纤绳:纤绳层数一般随桅杆高度增大而加多，纤绳结点间距以使杆身长细比等于80~100左右为宜,可等

距或不等距布置。不等距布置时，宜从下到上逐层加大间距，使杆身各层应力大致相等，结构较为经济。一般每层按等交角布置三根或四根纤绳，其倾角为30°~60°，以45°较好。同一立面内所有纤绳可相互平行，每根纤绳有一地锚基础;或交于一点，共用一地锚基础。纤绳常用高强镀锌钢丝绳，用花篮螺丝预加应力，以增强桅杆的刚度和整体稳定性。

杆身:按材料可分为钢、木和钢筋混凝土结构。钢结构杆身常采用单根钢管或组合构件，单根钢管可用无缝钢管或卷板焊接钢管。组合构件为三边形或四边形空间桁架结构(图2)。 其弦杆和腹杆由角钢、圆钢、钢管或薄壁型钢制成,其中圆形截面风阻较小,采用较多。对于四边形截面的桅杆要每隔一定高度布置横膈，以防截面变形。组合构件之间常用焊接以简化构造。为了便于制造、运输和安装，杆身可划分成若干等长度的标准节段，节段两端用法兰盘或拼接板相互连接。节段长度根据所用材料、施工和经济条件确定。木结构杆身采用单根圆木或组合木构件，用拼接钢板连接。钢筋混凝土结构采用离心式灌筑的预制管柱构件，以法兰盘连接。 桅式结构

基础:基础分杆身下面的中央基础和固定纤绳的地锚基础。中央基础为圆的或方的阶梯形基础，承受杆身传来的力。地锚基础承受纤绳拉力，有重力式、挡土墙式和板式。重力式地锚依靠结构自重抵抗纤绳拉力，耗用材料较多。挡土墙式地锚埋入地下，依靠自重、水平板上的土重，以及竖向墙板上的被动土压抵抗纤绳拉力。板式地锚深埋土中，由与纤绳同向的拉杆和垂直于拉杆的钢筋混凝土板组成，地锚受拉时，板上产生被动土压抵抗纤绳拉力。这种地锚比较经济。在岩石地基中，地锚基础做成锚桩形式。

桅杆结构是高次超静定的空间体系，杆身为承受轴向压力和横向力的弹性支 座连续梁(见梁的基本理论)，纤绳为斜拉于杆身的预应力柔索，纤绳与杆身连接的结点形成非线性支座，受力较为复杂。常用的桅杆静力计算方法有两种:弹性支座连续梁法和矩阵位移法。

弹性支座连续梁法 一种简化的方法。纤绳与杆身分别独立计算，利用每层纤绳的变形协调条件和结点平衡条件，分别计算各层纤绳拉力，结点位移和结点刚度。然后按多跨弹性支座连续梁计算杆身，利用各结点支座的连续条件和平衡条件计算结点弯矩、结点反力和结点位移，再用结点反力重新计算每层纤绳，重复上述计算直至两次计算结果接近为止。这种方法只适用于纤绳对称布置的结构。

矩阵位移法 适用于纤绳任意布置的桅杆。这种方法考虑空间荷载、纤绳结点的非线性特征、杆身轴向变形和扭转变形的影响，用矩阵位移法建立正则方程。可把纤绳结点间的杆身作为梁单元，或把空间桁架的杆件作为杆单元，建立单元刚度矩阵，纤绳也作为特殊的有横向荷载的杆单元。这两种方法都能反映纤绳和杆身的共同作用，满足其变形的连续条件。后者较精确，但计算工作量也较大。此外，还可考虑大位移的影响，对刚度矩阵不断作出修正，得到更为精确的结果。采用矩阵位移法时，一般需编制标准程序，用电子计算机计算。

在风荷载或地震作用下，杆身和纤绳都发生振动，两者相互影响，使桅杆形成一个复杂的动力体系。桅杆的自振周期和相应的振型，可按多自由度体系考虑空间振动进行计算，即将每层纤绳质量归并到该层结点上，与杆身合成一个集中质量，按力法或位移法列出桅杆自由振动方程，使方程的系数行列式为零，求得自振频率和相应的振型曲线。

刚度和稳定 桅杆的刚度应根据工艺要求确定，根据静力计算得到的桅杆结点最大水平位移，一般不超过结点所在高度的百分之一。

桅杆的稳定分局部稳定和整体稳定。局部稳定包括组合构件中压杆的稳定，单根钢管筒壁的压屈稳定，纤绳结点间杆身的偏心受压稳定等;局部稳定可依靠选用合适的横截面得到保证。整体稳定有两种计算方法:①将杆身作为多跨弹性支座压弯杆件，以结点位移为未知数，推导出结点平衡方程组，其系数是轴向力函数。使方程组的系数行列式为零，从而求出桅杆整体稳定的临界力，临界力与实际力的比值为安全系数。一般情况下，安全系数不小于1.5~2.5。由于杆身的轴向力与外荷载不成正比关系，此法有一定误差。②以前述矩阵位移法为基础，在解方程组时，以大于1的系数k乘外荷载作用在桅杆上，如迭代过程收敛，说明桅杆在这种荷载作用下保持整体稳定。然后，再逐步增大k值,直到迭代过程发散为止。发散前一次的k值,就是桅杆整体稳定安全系数。

桅杆的整体稳定与杆身纵向力和结点刚度有关，纵向力过大或结点刚度不足，容易失稳。一些工程实践证明:桅杆丧失整体稳定的原因,大多是结点刚度偏小,特别是中间结点刚度不足，造成杆身弯曲而产生附加弯矩，从而导致整体失稳。若增加纤绳初应力，虽然能提高结点刚度，但同时会增加杆身纵向力。因此，每一个桅杆结构方案都要通过分析比较，才能找出最合适的加强整体稳定和改善结构受力的措施。