Высотные сооружения из металла окружают нас повсюду: мачты освещения на стадионах и развязках, вышки сотовой связи, прожекторные мачты на промышленных площадках, опоры под антенны, смотровые и пожарные вышки, опоры для трубопроводов и вентиляционных выбросов. Их объединяет одно — главная нагрузка на них приходится не от собственного веса, а от ветра, который действует на высоте с полной силой.
Завод «Рина» изготавливает высотные металлоконструкции для телекоммуникационных компаний, энергетиков, промышленных предприятий и спортивных объектов. В этой статье рассказываем, как выбрать тип сооружения, на что влияет схема, какие нагрузки определяют расчёт и почему для высотных конструкций особенно важна заводская точность и контроль качества сварки.
Классификация высотных сооружений
Башни и вышки
Свободностоящие сооружения, устойчивость которых обеспечивается только жёстким защемлением в фундаменте. Могут быть решётчатыми из уголков или труб, а также сплошностенчатыми многогранными или круглыми. Высота типовых вышек связи — от 20 до 70 м и более.
Мачты на оттяжках
Лёгкий ствол удерживается в вертикальном положении системой стальных канатов, закреплённых в анкерных фундаментах. Мачты значительно легче башен той же высоты, но требуют большой территории под оттяжки и регулярного контроля их натяжения.
Опоры освещения и прожекторные мачты
Отдельно стоящие стойки высотой от 8 до 40 м, несущие светильники или прожекторы. Высокие мачты часто оснащаются мобильной короной, которая опускается лебёдкой для обслуживания светильников без автовышки.
Технологические опоры
Стойки под трубы выбросов, газоходы, молниеприёмники, датчики, камеры видеонаблюдения. Нагрузки и требования определяются технологией конкретного предприятия.
Решётчатые и трубчатые конструкции
Выбор между решётчатой и сплошностенчатой конструкцией — один из первых вопросов проекта.
| Параметр | Решётчатая башня | Многогранная или трубчатая опора | Мачта на оттяжках |
|---|---|---|---|
| Металлоёмкость | Средняя | Выше при той же высоте | Минимальная |
| Площадь под установку | Средняя, база широкая | Минимальная | Максимальная из-за оттяжек |
| Ветровая парусность | Низкая, ветер проходит сквозь решётку | Выше, но сечение меньше | Низкая |
| Внешний вид | Технический | Аккуратный, для городов | Технический |
| Монтаж | Поэлементный или секциями | Быстрый, секциями на фланцах | Требует натяжения и выверки оттяжек |
| Обслуживание | Контроль болтов | Минимальное | Регулярный контроль натяжения |
Решётчатые башни
Трёх- или четырёхгранные конструкции из поясов и решётки. Пояса — уголки, трубы или гнутые профили, решётка — уголки или трубы меньшего сечения. Секции стыкуются на фланцах или накладках. Решётчатые башни — оптимальный выбор для больших высот и тяжёлого оборудования.
Многогранные опоры
Стволы гнутого многогранного сечения, сужающиеся кверху. Изготавливаются на мощных листогибочных прессах, в том числе на прессах с усилием до 2 000 тонн, которые позволяют гнуть длинные элементы из толстого листа. Секции соединяются фланцами или телескопически. Такие опоры компактны и эстетичны, поэтому востребованы в городах.
Нагрузки на высотные сооружения
Ветер
Ветровая нагрузка определяет практически всё: сечения, фундаменты, болты. Расчёт ведётся по СП 20.13330 с учётом ветрового района, типа местности и высоты. Для высотных гибких сооружений учитывается пульсационная составляющая — динамическое воздействие порывов, которое может в разы увеличить усилия по сравнению со статическим расчётом. Для трубчатых опор проверяется ещё и резонансное вихревое возбуждение, при котором ствол начинает раскачиваться поперёк ветра даже при умеренной скорости.
Гололёд
Лёд намерзает на все элементы — пояса, решётку, антенны, кабели. Это увеличивает и вес, и парусность. Для многих районов сочетание гололёда с ветром оказывается определяющим. Толщина стенки гололёда задаётся нормами по району.
Оборудование
Вес антенн, прожекторов, кабельных трасс и площадок обслуживания. Важны не только масса, но и площадь, подверженная ветру. При проектировании вышек связи обычно закладывается запас на будущее оборудование, которое операторы будут добавлять годами.
Требования к деформациям
Для антенн радиорелейной связи важна не только прочность, но и отклонение верха при ветре: если поворот слишком большой, связь теряется. Поэтому жёсткость ствола нередко определяет сечения сильнее, чем прочность.
Фундаменты и анкерные устройства
Высотное сооружение передаёт на фундамент огромный опрокидывающий момент при сравнительно небольшой вертикальной нагрузке.
- Монолитные плитные фундаменты — классическое решение для башен и опор, работающее за счёт веса и размеров подошвы.
- Свайные фундаменты — для слабых грунтов и больших нагрузок. Сваи работают на выдёргивание и вдавливание.
- Фундаменты-оболочки и закладные анкерные блоки — для быстрого монтажа опор освещения.
- Анкерные фундаменты оттяжек — работают на выдёргивание под углом.
Анкерные болты изготавливаются на заводе в виде жёстких блоков с кондуктором, который обеспечивает точное взаимное положение болтов при бетонировании. Ошибка в положении анкеров — одна из самых неприятных проблем на монтаже высотных сооружений.
Изготовление и контроль качества
Высотные сооружения работают на переменные нагрузки от ветра, поэтому особое значение имеет усталостная прочность сварных соединений.
Материалы
Сталь подбирается по ГОСТ 27772 с обязательной ударной вязкостью при отрицательных температурах, так как конструкции работают на морозе. Для поясов и стволов — С345 и выше, для решётки — С255 и С345.
Сварка и контроль
- Сварка выполняется полуавтоматами в среде CO2 и аргоновых смесей по ГОСТ 14771.
- Швы фланцев и стыков стволов проходят ультразвуковой контроль.
- Для ответственных швов — полный провар с разделкой кромок.
- Контролируется плоскостность фланцев, чтобы стыки секций смыкались без зазоров.
Контрольная сборка
Для решётчатых башен выполняется контрольная сборка секций на заводе, чтобы убедиться в совпадении всех отверстий. Лазерная резка и сверление по программе с точностью ±0,1 мм сводят к минимуму доработки.
Защита от коррозии
Для высотных сооружений покрытие — не просто защита, а обеспечение безопасности: ремонтная окраска на высоте дорога и сложна. Поэтому основной способ — горячее цинкование всех элементов, включая болты. Для городских опор и объектов с требованиями к цвету применяется дуплексная система: цинкование плюс порошковая окраска или грунт-эмаль. Верхние участки мачт в зоне аэронавигации окрашиваются маркировочными чередующимися полосами.
Монтаж
- Приёмка фундаментов и проверка положения анкерных болтов.
- Укрупнительная сборка секций на земле.
- Подъём секций автокраном или методом наращивания с помощью монтажной стрелы.
- Выверка вертикальности после каждой секции.
- Контроль натяжения болтов фланцевых соединений.
- Монтаж лестниц, площадок, кабельростов и оборудования.
- Устройство молниезащиты и заземления.
- Для мачт — натяжение оттяжек и выверка ствола.
Безопасность обслуживания
На вышках и мачтах предусматриваются вертикальные лестницы с ограждением или системой страховки, площадки отдыха через каждые 6–10 м, площадки обслуживания у антенн и прожекторов. Все элементы доступа проектируются одновременно с сооружением, а не добавляются потом.
Обследование и модернизация действующих вышек
Многие вышки связи эксплуатируются давно, а операторы продолжают добавлять на них оборудование. Перед размещением новых антенн необходимо поверочное обследование: замер толщин поясов с учётом коррозии, проверка болтовых соединений, вертикальности ствола и состояния фундаментов. По результатам выполняется перерасчёт с новыми нагрузками.
Способы усиления
- Установка дополнительных поясов или накладок на существующие пояса нижних секций.
- Добавление элементов решётки для уменьшения расчётной длины поясов.
- Замена ослабленных болтов на высокопрочные с контролем натяжения.
- Перераспределение антенн по высоте и азимуту для снижения крутящего момента.
- Усиление фундамента пригрузом или дополнительными сваями.
Элементы усиления изготавливаются на заводе по результатам обмеров и монтируются на болтах, без сварки на высоте и без снятия действующего оборудования.
Итоги
Опоры, вышки и мачты — сооружения, где главным противником является ветер, а основным требованием — надёжность на десятилетия. Правильный выбор схемы, расчёт с учётом пульсации и гололёда, качественные фланцевые соединения, горячее цинкование и точные анкерные блоки делают высотную конструкцию безопасной и долговечной.
Завод «Рина» изготавливает решётчатые башни, многогранные опоры и мачты любой высоты. Подробнее о производственных возможностях — в разделе услуг.
Нужны металлоконструкции?
Изготовим и смонтируем по вашим чертежам или разработаем проект с нуля.
Оставить заявку
