Вежа у вигляді просторової ферми

Корисна модель відноситься до будівництва сталевих ґратчастих веж і може бути використаний при проектуванні й будівництві опорних конструкцій для радіотелевізійних антен, антенно-фідерного встаткування зв'язку, постів спостереження, вітроенергетичних установок і т.п. Відомо, що немає ні однієї сучасної галузі промисловості, що тим або іншим способом не залежала від існування й успішної експлуатації таких пристроїв, як баштові спорудження. Витрати матеріалів і засобів на виготовлення, монтаж і установку висотних споруджень, що служать для підтримки проводів або апаратури, досягають величезних розмірів, а радіус їхньої взаємодії з навколишнім простором багатьох кілометрів [Соколов А.Г. Опори ліній електропередач. - М.: Держ. вид-во з літ-ри по будівництву, архітектурі й будівельним матеріалам, 1961, 170 с.; Павловський В.Ф., Кондра М.П. Сталеві вежі (проектування й монтаж). - Київ: Будівельник, 1979, 200 с.]. Найпоширенішою є конструкція вежі, геометрична схема якої вписується у фігуру, утворену ламаною лінією навколо вертикальної осі. У будь-якому перетині лежить правильний багатокутник. Вежа складається з пірамідальних або призматичних секцій зі сполученими підставами. Вежа такої конструкції може мати три, чотири, шість, вісім і більше граней. При реалізації вежі будь-якої конструкції неодмінно виникає завдання з однієї сторони мінімізувати витрати на виготовлення, монтаж і установку, а з іншого боку, забезпечити надійність конструкції. Відома ґратчаста вежа, що включає нижню пірамідальну й верхню призматичну частини, виконані із секцій, і має в місці їхнього з'єднання рівні геометричні розміри в плані [див. опис до авт. св. СРСР №737610, М. кл. Е04Н12/08, опубл. 30.05.80], у якій верхній пояс пірамідальної частини виконаний рознімним для пропуску секцій призматичної частини, при цьому між нижньою й верхньою частинами встановлена призматична вставка з горизонтальними гранями, паралельними граням вежі, а в крапках з'єднання кожної пари граней вставки розміщені вертикально розташовані стрижні, причому у вставці виконані отвори для кріплення монтажного елемента, який сприймає перекидаючий момент, що діє на верхню частину вежі, що висувається. Описана вище конструкція вежі забезпечує мінімум робіт на висоті, великий фронт робіт на землі, потребує мінімальну кількість оснащення, має можливість виконання монтажу в умовах стиснутої площадки. В остаточному підсумку, знижуються трудомісткість і строки монтажу, підвищується його якість, зменшується вартість конструкції. Однак використання такої конструкції вимагає багаторазового використання піднімального крана, що не сприяє зменшенню складальної площадки, а розміщення додаткових елементів металоконструкції збільшує металоємність вежі в цілому. Відома також пірамідальна ґратчаста вежа, що має на ребрах піраміди пояса й на гранях - стрижні ґрати, які поярусно утворюють трапецеподібні панелі, обмежені ділянками поясів і вузлами стрижнів ґрати [див. опис до патенту РФ №2165505, М. кл. Е04Н12/08, опубл. 20.04.01], у якій з'єднані по висоті панелі згруповані в пари з однаковою довжиною поясів і в геометрично подібні пари, причому до пари сусідніх панелей, що мають однакову довжину ділянок поясів, знизу примикає панель, геометрично подібна нижньої панелі зазначеної пари, а зверху панель геометрично подібна до верхньої панелі зазначеної пари, а до пари сусідніх геометрично подібних панелей знизу примикає панель, що має ту ж довжину поясів, що й в нижньої панелі подібної пари, а зверху панель, що має ту ж довжину поясів, що й у верхній панелі подібної пари. Технічним результатом описаного вище конструктивного рішення є підвищення уніфікації довжин поясів (у два рази в порівнянні з аналогічною вежею, що має геометрично подібні розміри), а також підвищення уніфікації вузлових з'єднань (в 2 рази в порівнянні з аналогічною вежею, що має модульну розбивку панелей). Однак така конструкція вежі припускає основний метод монтажу вежі методом нарощування поелементно або посекційно за допомогою самопересувного крана або блоками з декількох секцій автокраном великої вантажопідйомності, що на сьогоднішній день є дорогим і незручним через обмежену кількість таких кранів із супутніми складностями роботи монтажників на висоті. Найбільш близькою по призначенню, технічній сутності й результату, що досягають, при використанні є вежа у вигляді просторової ферми, що має форму зрізаної піраміди, що містить прямолінійні пояси із труб із фланцями, які з'єднані між собою за допомогою жорстких розпірок із полуфасонками по кінцях [див. Соколов А.Г. Опори ліній електропередач. - М.: Днрж. вид-во з літ-ри по будівництву, архітектурі й будівельним матеріалам, 1961, с. 79, мал. 57 і 59]. Попередньо напружені розкоси були виконані із круглої сталі й мали натяжні муфти (тальрепи). Попередньо напружені розкоси прикріплені одним кінцем до фасонок, які приварені до поясів у фланців, а другим кінцем через тальреп у середній крапці жорсткої розпірки, куди сходяться всі чотири розкоси даної панелі. Просторова ферма мала три прямолінійних пояси із труб, вісімнадцять нижніх панелей мали довжину 8 м, вищерозташовані панелі - 4м. Кожна відправна марка пояса кінчалася фланцем. Розпірки мали по кінцях полуфасонки, які при монтажі затискували між двома суміжними фланцями, які з'єднують за допомогою болтів. Гнучкі розкоси прикріплювали до фасонок, приварених до поясів у фланців. У двох нижніх панелях розкоси виконувалися твердими з метою рівномірного розподілу зусиль на фундаменти. Вежа мала висоту 205м, а у випадку будівлі опор меншої висоти пропонувалося будувати їх із відповідної кількості вищерозташованих секцій, але при цьому в одній або двох нижніх панелях установлювати жорсткі розкоси. Описана вище вежа мала достатню кількість уніфікованих деталей, що дозволяло знизити витрати на виготовлення таких веж. Однак при зборці на землі в блоки або секції, а при монтажі на висоті ще складніше виконати сполучення в один вузол і під один болт відразу чотирьох елементів (два суміжних фланця, а між ними дві полуфасонки розпірок). При цьому обслуговування й регулювання попередньо напружених дворізьбовими тальрепами розкосів може виконуватися тільки зі спеціального підвісного оснащення. Крім того, варто враховувати, що попередній натяг розкосів припускає незначну зміну лінійних розмірів, а тому використання двосторонніх тальрепів недоцільно, оскільки їхнє виготовлення іноді виявляється неможливим через рідко застосовуваний нарізний інструмент із лівим різьбою. Зазначені вище обставини, а також складність і незручності при монтажі приводять до підвищення ваги металоконструкцій, до підвищення вартості монтажу й конструкції в цілому. Тому метою пропонованого технічного рішення є зниження витрат на виготовлення й монтаж просторової ферми, що має форму зрізаної піраміди. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення вежі у вигляді просторової ферми, у якій, внаслідок виконання секцій вежі з наростаючим по висоті числом панелей, згрупованих у блоки з однаковою довжиною трубчастих поясів, виконання розкосів прутковими із круглої сталі, закріплення одного кінця кожного розкосу на верхній привареній до пояса біля фланця фасонці однієї панелі, виконання другого кінця розкосу з можливістю переміщення щодо осі розкосу шляхом натягу за допомогою однобічного різьбового натяжного елемента, закріпленого на нижче установленій фасонці протилежному пояса тієї ж панелі., забезпечується технічний ефект, який полягає в тім, що конструкція кожної трапеції або прямокутника в панелі, надалі всій грані, а потім у зібраній секції й вежі в цілому стає попередньо напруженою й жорсткою. За рахунок збільшення жорсткості конструкції в цілому забезпечується можливість зборки й монтажу в горизонтальному положенні на землі з подальшим перекиданням у вертикальне положення повністю зібраної вежі, утримуючи конструкцію в одній крапці при висоті вежі 70 м і більше. Крапка підйому може здійснюватися на довжині, наприклад, 30-35 метрів, що абсолютно неприпустимо на конструкціях без попередньої напруги (вони просто зламаються під власною вагою). Поставлена задача вирішується тим, що у відомій вежі у вигляді просторової ферми, що має форму зрізаної тригранної піраміди, що містить прямолінійні пояси із фланцями, з'єднані між собою за допомогою жорстких розпірок із фасонками по кінцях, згідно корисної моделі, секції вежі зібрані з наростаючим по висоті числом панелей, згрупованих у блоки з однаковою довжиною трубчастих поясів, і прутковими із круглої сталі розкосами, при цьому один кінець кожного розкосу закріплений на верхній привареній до пояса біля фланця фасонки однієї панелі, а другий кінець виконаний з можливістю переміщення відносно осі розкосу шляхом натягу за допомогою однобічного різьбового натяжного елемента, закріпленого на нижче встановленої фасонки протилежному пояса тієї ж панелі. Згідно корисної моделі, розкоси будь-якої панелі, починаючи із другої, виконані навхрест один з одним через усю панель і мають попередній натяг. Згідно корисної моделі, нижня секція виконана тригранної із двома рядами панелей, причому нижній ряд панелей виконаний напіврозкісним. Згідно корисної моделі, кількість панелей у блоці по висоті вежі змінюється від двох до чотирьох. Згідно корисної моделі, другий кінець кожного розкосу виконаний із різьбою, за допомогою гайок зафіксований на траверсі, прикріпленій до фасонки, що встановлена внизу у протилежному пояса тієї ж панелі. Згідно корисної моделі, другий кінець кожного розкосу, виконаний із різьбою, проходить через отвір у траверсі. Згідно корисної моделі, на другому кінці кожного розкосу прикріплена траверса з отвором, а на фасонці, що встановлена у протилежному пояса тієї ж панелі, закріплений одним кінцем прутковий стрижень, що має на другому кінці різьблення й гайки. Згідно корисної моделі, другий кінець пруткового стрижня, закріпленого на фасонці, установленій у протилежному пояса тієї ж панелі, виконаний із різьбою, проходить через отвір у траверсі. Згідно корисної моделі, розпірки виконані з кутиків. Як видно із викладу сутності рішення, що заявляють, воно відрізняється від прототипу, і, отже, є новим. Відомі вузли перетинання розкосів [див. Павловський В.Ф., Кондра М.П. Сталеві вежі (проектування й монтаж). - Київ: Будівельник, 1979. с. 30-33.]. До основних вузлів, від якості й кількості яких багато в чому залежить надійність конструкції, її металоємність, зручність зведення й вартість вежі, відносять і вузли розміщення й перетинання розкосів. Пропоноване рішення принципово відрізняється від відомих тим, що дозволяє, як відзначено вище, вести зборку й монтаж у горизонтальному положенні на землі з подальшим перекиданням у вертикальне положення повністю зібраної вежі, утримуючи конструкцію в одній крапці при висоті вежі 70 м. Крапка підйому може здійснюватися на довжині 30-35 метрів, що абсолютно неприпустимо на конструкціях без попередньої напруги, (вони просто зламаються під власною вагою). Пропоноване рішення промислово придатне і було використане при спорудженні базових станцій Н-70 м мобільного зв'язку в Кіровоградській області, Новгородківський район, с. Тарасівка Бобринецького району, с. Куколовка й с. Красносел'є Александрівського району й ін. на основі робочого проекту ЗАТ «Український мобільний зв'язок» по стандарту GSM-900. Конструкція вежі у вигляді просторової ферми представлена на кресленнях. Фіг.1 Схема вежі. Фіг.2 Схема секції із двох панелей. Фіг.3 Вузол фланцевий і двох розкосів. Фіг.4 Вузол розпірки й двох розкосів. Фіг.5 Перший варіант натяжного вузла. Фіг.6 Другий варіант натяжного вузла. Вежа у вигляді просторової ферми (фіг.1), має форму зрізаної піраміди, містить прямолінійні пояси 1 із фланцями 2, пояси з'єднані між собою за допомогою жорстких розпірок 3, виконаних з кутиків і закріплених по кінцях на фасонках 4, 5 (фіг.3, 4). Секції вежі зібрані по дві-чотири панелі, згруповані в блоки з однаковою довжиною трубчастих поясів 1 і виконані із прутковими розкосами 6, що йдуть навхрест, при цьому один кінець кожної пари пруткових розкосів 6 закріплений на верхніх фасонках 4 або 5, які приварені або до пояса біля фланця однієї панелі, або до пояса в крапці поділяючої його на панелі. Другий кінець виконаний із можливістю переміщення щодо осі розкосу 6 шляхом натягу за допомогою однобічного різьбового натяжного елемента, закріпленого на фасонці 7, установленій над фланцями протилежному пояса тієї ж панелі, або на фасонці 5. Варіант 1 (фіг.5). Один кінець розкосу 6 має фасонку 8 для зчленування з фасонкою 7. Другий кінець розкосу 6 виконаний із різьбою, за допомогою гайок 9 зафіксований на траверсі 10 з отвором, привареної до фасонки 11, що встановлена у протилежному пояса тієї ж панелі на фасонці 5 або 7. Другий кінець розкосу 6 проходить через отвір у траверсі 10. Перший варіант використають при виготовленні конструкції із чорного металу з наступним нанесенням на неї антикорозійної фарби. Варіант 2 (фіг.6). Один кінець розкосу 12 має фасонку 8 для зчленування з фасонкою 4 або 5. На другому кінці розкосу 12 прикріплена траверса 13 з отвором, а на фасонках 4 або 5, які встановлені у протилежному пояса тієї ж панелі на фасонці 14, закріплений одним кінцем прутковий стрижень 15, що має на другому кінці різьбу й гайки. Другий кінець пруткового стрижня 15, закріпленого на фасонках 4 або 5 за допомогою фасонки 14, установлених у протилежному пояса тієї ж панелі, виконаний із різьбою і проходить через отвір у траверсі 13. Другий варіант використають при виготовленні конструкції з оцинкованого чорного металу. У проекті виконаний розрахунок вежі Н=70,50м на всі види навантаження, власну вагу металоконструкцій опори й антенного встаткування, на вітрове навантаження з урахуванням впливу пульсацій вітрового потоку. Розрахункова температура найбільш холодної п'ятиденки при забезпеченості 0,98 прийнята -20°С. Антенна опора вирішена у вигляді вежі висотою Н=70,50м. Конструктивно вежа виконана із двох частин: - нижньої від відмітки 0,000 до відмітки 60,500 - усічена пірамідальна, тригранна, ґратчаста з розміром сторони в плані верхньої підстави 1350,00мм і нижньої 7600,00мм; - верхньої від відмітки 60,500 до відмітки 70,500 - призматична, тригранна, ґратчаста з розміром сторони в плані 1350,00мм. У поперечному перерізі вежі є діафрагми, розташовані відповідно до Сніп 11-23-81* п.16.17*. Вежа виконана з окремих елементів, які з'єднані між собою за допомогою болтів. Пояси виконані з гарячедеформованих труб довжиною 10,00м і зістикуваних між собою за допомогою фланцевих з'єднань. Ґрати вежі між відмітками 0,00 і 5,00 - напіврозкісна (фіг.1), розкоси 16 трубчастого перерізу, розпірка з одиночного кутика. Ґрати вежі між відмітками 5,00 і 70,00 - хрестові, розкоси попередньо напружені із круглої пруткової сталі, розпірки з одиночних кутиків. У вежі передбачені (на фіг.не показані) сходи-драбини з кошиковим огородженням, через 10,00 м площадки для відпочинку під час підйому. На площадках передбачене огородження. Площадки й стійки огородження прикріплені до конструкції вежі на болтах. Горизонтальні елементи огородження прикріплені до стійок огородження на монтажному зварюванні. Застосування попередньо напружених круглих пруткових розкосів замість традиційно застосовуваних жорстких кутикових або трубчастих, полегшує конструкцію вежі до 15%, а в порівнянні із чотиригранними вежами аналогічної висоти до 40%. При висоті вежі 70 м із кутиковими поясами, жорсткими кутиковими розпірками й розкосами необхідної несучої здатності можлива до застосування тільки чотиригранна конструкція, вага якої коливається в межах 21,5 до 24тн. Аналогічної висоти вежа тригранної конструкції із трубчастими поясами, кутиковими розпірками й попередньо напруженими розкосами здатна нести ті ж навантаження, а в ряді випадків і переважаючі навантаження, важить до 14тн, що становить 60% від ваги веж із кутиковими жорсткими розкосами. При цьому вежа не втрачає жорсткості конструкції, й забезпечує стійкість до пульсуючих вітрових навантажень, у тому числі й до коливань навколо осі, відхилення яких не можуть перевищувати більше 0,5% при роботі радіорелейних систем зв'язку.