高聳結構

　　高度較大、橫斷面相對較小的結構，以水準荷載(特別是風荷載)為結構設計的主要依據。根據其結構形式可分為自立式塔式結構和拉線式桅式結構，所以高聳結構也稱塔桅結構。

　　沿革　古代宗教塔是早期的高聳結構，這種紀念性的塔遍佈世界各地。中國歷代曾建有磚、石、木材、生鐵等材料的各種形式的塔，現在尚存的具有代表性的古塔有：西元523年（北魏）建造的河南登封嵩嶽寺磚塔，西元1056年（遼）建造的山西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。（見彩圖）

佛宮寺釋迦塔（應縣木塔），是中國古代木結構佛塔，位於山西應縣，建於1056年

玉泉寺鐵塔，中國現存最高鑄鐵塔，仿木構樓閣式，建於1061年

　　隨著工業技術的發展，出現瞭各種類型的高聳結構。1889年為巴黎博覽會建造瞭舉世聞名的埃菲爾鐵塔（見彩圖），塔高300米，當時隻供遊覽和美化城市用；1921年後在塔頂裝設瞭無線電天線和電視天線，總高度為321米。

法國埃菲爾鐵塔

　　20世紀隨著無線電廣播和電視事業的發展，世界各地建造瞭大量較高的無線電塔和電視塔。電力、冶金、石油、化工等企業也建造瞭很多高聳結構，如輸電線路塔、石油鉆井塔、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瞭電信塔、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，但防銹要求較高、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（圖1）。這種結構以桅式體系為基礎，在桿身纖繩結點處設置水平剛性撐桿和上下層纖繩連接，纖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（圖2），總高370米，下部為100米的圓筒形鋼筋混凝土塔，上部為270米的用四層纖繩拉到地面的鋼管桅桿。也有在塔頂上佈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，塔頂處裝有大平臺，上面設三座對稱佈置64米高、三層纖繩的小桅桿、纖繩均錨固在大平臺上，形成獨特的燭臺式結構。

　　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、風荷載體型系數和風振系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風壓沿高度變化。則取決於地表面粗糙度。一般按指數或對數規律計算。③風荷載體型系數。它和構件外形有密切關系，圓形構件的體型系數比其他形狀為小。④風振系數。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，風振系數越大；材料阻尼越大，則風振系數越小。因此，高塔的風振系數比低塔大；鋼筋混凝土塔的風振系數比鋼塔小。在計算高聳結構的基礎時可用較小的風振系數，因為結構本身有消振作用。

　　設計原則　因主要荷載是風荷載，要註意降低結構的風阻力。例如采用圓形構件，以減小體型系數；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，必須設置航標和避雷系統。

　　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，在塔頂和沿高佈置一些紅燈，作為夜航的標志。

　　② 避雷系統。塔頂設置避雷針，通過塔身和接地線把雷電引到基礎下面土壤中。

　　建立在山頂或巖石上的高聳結構，還必須把接地線引到山下或半山的水池中。對特別高的塔，還要在塔頂以下佈置一些水平避雷針，以防橫向雷擊，在塔底周圍要佈置地線網，使雷電有效地引入地下。