下端固定、上端自由的高聳構築物。以自重及水準荷載為結構設計主要依據。

  構造 按材料分主要有:鋼塔、鋼筋混凝土塔、預應力混凝土塔、木塔和磚石塔。

  鋼塔 常作成空間桁架(圖1)或空間剛架,立面為上小下大的斜線形、曲線形或折線形。橫斷面形狀有三角形、正方形、六邊形、八邊形或其他多邊形。塔的底盤寬度直接影響塔的的外觀造型、結構剛度、自振周期以及基礎受力。當剛度要求較嚴或地基強度較差時,應采用較大的底盤寬度。在一般情況下,塔斷面的邊數越少,耗用鋼材也越少,但當塔頂工藝設備有較大的迎風面時,其風荷載以及由此引起的風力矩對塔計算起控制作用,則塔身的邊數多少對鋼材用量影響不大。塔架腹桿形式有單斜桿式、交叉斜桿式、K式和再分式等(圖2)。其中交叉斜桿又有剛性和柔性之分,柔性斜桿可預加拉力或不預加拉力。預加拉力斜桿的長細比不受限制,能使結構緊湊、剛度大、耗鋼量小,因此采用較多。

  鋼塔構件一般采用鋼管、角鋼、圓鋼及其組合構件。鋼管風阻小、剛性好、造型美觀、節約鋼材,但造價較貴。圓鋼取材方便,擋風面積小,並可組合成剛度較大的三邊形或四邊形構件,以減少長細比,增加穩定性。但組合構件構造復雜、維修麻煩。塔架構件之間的連接可用法蘭盤連接或直接焊接。除三邊形斷面的塔架外,需每隔一定高度(特別是在塔柱變坡處)設置水平橫膈,以保證橫斷面的幾何形狀不變。橫膈也有剛性和柔性之分,柔性交叉橫膈常預加拉力。

  鋼塔的基礎一般在每個塔腳下設一獨立的鋼筋混凝土基礎,為平衡塔腳水平推力和加強整個基礎的剛度及穩定,各獨立基礎間常用地梁連接。小型塔可做成整體基礎,即整個塔下設置一個平板基礎或環形基礎。當地基較差時,常用樁基礎。對於巖石地基,多用巖錨基礎。

  鋼筋混凝土塔 主要有:構架式、圓筒式或其他形式。構架式多用預制的離心灌築鋼筋混凝土管或預應力混凝土管,用法蘭盤、預埋件焊接或鋼筋焊接成空間桁架或空間剛架,其外形與鋼塔類似。也可在現場灌築成空間剛架。圓筒形或多邊形塔多用滑升模板施工,沿高度采用不同坡度,形成斜線形、曲線形立面。鋼筋混凝土塔的鋼筋可在豎向和環向預加應力,使結構緊湊、耗鋼量小、剛度大並能防止筒壁開裂。圓筒壁厚由計算確定。為瞭減少溫度應力,以壁厚較薄為好,但施工要求壁厚不小於120毫米。壁厚一般自上而下逐漸增大,可均勻變化或分段變化。較薄的筒壁多采用單層配筋,豎向鋼筋靠近筒壁外側放置;環向鋼筋配置在豎向鋼筋的外側。較厚的筒壁則需雙層配筋,內外兩層鋼筋之間用箍筋或S形鋼筋固定。對預應力混凝土高塔,宜采用高標號混凝土和高強鋼筋或鋼絞線。

  鋼筋混凝土塔基礎形式有圓板基礎、環形基礎、錐殼基礎、樁基礎等,多用鋼筋混凝土和預應力混凝土做成。圓板基礎適用於小型塔。錐殼基礎可省混凝土,但需多用鋼筋和人工,在地基較差或有地震的地區,最好采用樁基礎。

  荷載計算 見高聳結構。

  靜力計算 構架式塔 可采用近似的平面法或精確的空間法計算。

  平面法。將塔上荷載分解到各個平面桁架或平面剛架上。平面桁架用數解法或圖解法求出各桿件內力。平面剛架用反彎點法或考慮側移的彎矩分配法計算內力。然後把內力組合得到桿件總內力。由於在平面法中把空間結構簡化成平面結構,忽略瞭塔面折角和桿件間變形協調關系,誤差較大。

  空間法。分為簡化空間桁架法、分層空間桁架法、整體空間桁架法和整體空間剛架法。①簡化空間桁架法。最為簡捷。計算斜桿時假定塔架橫斷面在水平荷載作用下隻有水平位移而沒有轉角,橫斷面位移後周邊不變形,並始終保持為一平面,各塔柱內力與距塔中心距離成正比,這樣就簡化瞭斜桿與塔柱之間的變形協調關系,可根據力學平衡條件建立方程式求出桿件內力。②分層空間桁架法。也采用瞭橫斷面位移後周邊不變形並保持為一平面的假定,每一層獨立地按照超靜定空間體系解算,根據變形協調關系和力學平衡條件列方程組,最後求出桿件內力。③整體空間桁架法。以桿件為單元,用矩陣位移法或矩陣力法建立正則方程,解出各結點間相對位移或桿件內力,適用於任意區段數、任意邊數、任意腹桿形式、任意結構外形的塔架,並可編制標準計算程序,由電子計算機解算。④整體空間剛架法。也以桿件為單元,用矩陣位移法或矩陣力法建立正則方程,解算剛架桿件的內力。空間法考慮瞭荷載的空間作用、桿件變形協調關系和力學平衡條件,能較正確地反映塔的受力情況,得到比較精確的結果。

  圓筒式塔 按偏心受壓構件計算,並需考慮筒壁內外溫差或單側日照溫差影響,驗算其溫度應力。此外,還要計算筒壁在風荷載和溫度作用下的裂縫。由於鋼筋混凝土塔自重較大,計算彎矩時應考慮塔的水平位移引起豎向荷載偏心的影響。對於較高的或在地震區的磚石塔,為瞭提高其抗裂性能,常在筒壁中設置鋼筋或在外表面設置環形鋼箍。

  動力計算 塔在風荷載或地震作用下引起的振動,可按多自由度體系求其自振周期和相應的振型曲線。將塔劃分成若幹節段,每一節段作為一個質點,按力法或位移法列出多質點的自由振動方程,使方程的系數行列式為零,求得各個頻率值及其振型曲線(見結構振動)。在地震作用下,可分別計算各個振型的地震內力,然後組合成各桿件或各斷面的地震遇合內力。

  剛度和穩定 塔架剛度根據工藝要求確定,塔頂最大水平位移一般不應超過塔高的百分之一。若塔頂有較大的豎向荷載,或塔身長細比較大,則需驗算整體穩定。此外,還需驗算桿件的局部穩定。在計算基礎時,要考慮整個塔的傾覆穩定和滑移穩定(見結構穩定)。

  施工方法 鋼塔一般在工廠預制,在工地整體安裝或分散安裝。鋼筋混凝土塔一般在現場灌築,也可用預制構件現場安裝。磚石結構多為現場砌築。

  整體安裝 將工廠預制的構件運至安裝點附近地面上臥拼。如塔體較小,可直接用起重機或把桿起吊就位。如塔體較大,則用卷揚機和把桿、鋼繩、滑輪將平放的塔架繞鉸支座豎起來。這種方法由於把拼裝工作放到地面或低空進行,桿件的連接可用焊接,可節約法蘭盤連接所耗鋼材,但需要增加安裝設備和施工費用。

  分散安裝 利用附在塔上的起重機,將桿件逐根或逐段吊裝,桿件采用法蘭盤連接。這種方法的高空工作量大,但設備簡單、費用較省。

  鋼筋混凝土塔施工 構架式鋼筋混凝土塔可用預制構件整體安裝或分散安裝,也可采用現場灌築方法。圓筒式鋼筋混凝土塔常采用滑升模板或翻模現場灌築,也可用預制鋼筋混凝土塊現場組裝。