Определение величины ветровой нагрузки

Сбор нагрузок

В соответствии с СП 16.13330.2017 нагрузки разделяются на постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые).

В антенных устройствах и опорах к постоянным нагрузкам относятся: а) масса постоянных частей несущих конструкций и фундаментов; б) масса оборудования, элементов и помещений, без которых не может функционировать данное сооружение; в) масса механизмов, приводящих в движение антенные устройства, и автоматических устройств, управляющих их движением; г) воздействие предварительного напряжения элементов конструкций; д) масса и давление грунта.

К длительным нагрузкам относятся: а) масса частей сооружений, которые в процессе эксплуатации могут изменяться (временные площадки, лестницы, перегородки и др.); б) масса оборудования, которое в процессе эксплуатации может изменять положение или может модернизироваться; в) средние скорости ветра, при которых возможно возникновение колебаний сооружений в целом или его отдельных частей; г) инерционные силы, возникающие при вращении или перемещении сооружения или его частей, если вращение или перемещение непрерывны при их эксплуатации.

К кратковременным нагрузкам относятся: а) ветровые максимальной интенсивности; б) обледенение; в) изменение температуры в пределах одних суток, а также изменение температуры от солнечной радиации; г) осадки (снег, дождь, отложение пыли); д) инерционные при быстрых вращениях или перемещениях сооружений; е) от массы людей, инструментов, временного оборудования; ж) возникающие при перевозке и возведении сооружений; з) воздействия подвесного подъемно-транспортного оборудования.

К особым нагрузкам и воздействиям относятся: а)сейсмические и взрывные воздействия; б) вызываемые неисправностью или поломкой оборудования (например, отказ от работы автоматических устройств, регулирующих усилия в антенных полотнах; одностороннее тяжение проводов вследствие обрыва или опускания антенн и др.); в) неравномерность осадки основания.

Расчет

При расчете мачту расчленяют на ствол и оттяжки. Вначале мачту рассматривают как систему однопролетных балок, шарнирно опертых в местах крепления вант, находящихся под воздействием ветра в направлении одной из оттяжек.

На мачту при ее эксплуатации постоянно действуют: силы веса ствола , оттяжек , а также усилия от предварительного натяжения оттяжек в каждом  -м узле мачты:

где  - индекс, указывающий на положение узла крепления оттяжки к стволу мачты;

- площадь поперечного сечения оттяжки;

 - монтажное напряжение в оттяжках данного яруса

при рассматриваемой температуре;

 - число оттяжек данного яруса в плане;

- угол наклона хорд оттяжек к стволу.

Мачты высотой более 500 м обязательно проверяют на зональное воздействие ветра. Предотвращение колебаний оттяжек мачт выбором соответствующих параметров в настоящее время невозможно вследствие изменчивости многих параметров оттяжек и воздействий. Поэтому при конструировании необходимо использовать апробированные способы предотвращения колебаний, а расчет деталей крепления оттяжек мачт к стволу проводить на выносливость.

Сбор нагрузок

В соответствии с СП 16.13330.2017 нагрузки разделяются на постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые).

В антенных устройствах и опорах к постоянным нагрузкам относятся: а) масса постоянных частей несущих конструкций и фундаментов; б) масса оборудования, элементов и помещений, без которых не может функционировать данное сооружение; в) масса механизмов, приводящих в движение антенные устройства, и автоматических устройств, управляющих их движением; г) воздействие предварительного напряжения элементов конструкций; д) масса и давление грунта.

К длительным нагрузкам относятся: а) масса частей сооружений, которые в процессе эксплуатации могут изменяться (временные площадки, лестницы, перегородки и др.); б) масса оборудования, которое в процессе эксплуатации может изменять положение или может модернизироваться; в) средние скорости ветра, при которых возможно возникновение колебаний сооружений в целом или его отдельных частей; г) инерционные силы, возникающие при вращении или перемещении сооружения или его частей, если вращение или перемещение непрерывны при их эксплуатации.

К кратковременным нагрузкам относятся: а) ветровые максимальной интенсивности; б) обледенение; в) изменение температуры в пределах одних суток, а также изменение температуры от солнечной радиации; г) осадки (снег, дождь, отложение пыли); д) инерционные при быстрых вращениях или перемещениях сооружений; е) от массы людей, инструментов, временного оборудования; ж) возникающие при перевозке и возведении сооружений; з) воздействия подвесного подъемно-транспортного оборудования.

К особым нагрузкам и воздействиям относятся: а)сейсмические и взрывные воздействия; б) вызываемые неисправностью или поломкой оборудования (например, отказ от работы автоматических устройств, регулирующих усилия в антенных полотнах; одностороннее тяжение проводов вследствие обрыва или опускания антенн и др.); в) неравномерность осадки основания.

Расчет

При расчете мачту расчленяют на ствол и оттяжки. Вначале мачту рассматривают как систему однопролетных балок, шарнирно опертых в местах крепления вант, находящихся под воздействием ветра в направлении одной из оттяжек.

На мачту при ее эксплуатации постоянно действуют: силы веса ствола , оттяжек , а также усилия от предварительного натяжения оттяжек в каждом  -м узле мачты:

где  - индекс, указывающий на положение узла крепления оттяжки к стволу мачты;

- площадь поперечного сечения оттяжки;

 - монтажное напряжение в оттяжках данного яруса

при рассматриваемой температуре;

 - число оттяжек данного яруса в плане;

- угол наклона хорд оттяжек к стволу.

Мачты высотой более 500 м обязательно проверяют на зональное воздействие ветра. Предотвращение колебаний оттяжек мачт выбором соответствующих параметров в настоящее время невозможно вследствие изменчивости многих параметров оттяжек и воздействий. Поэтому при конструировании необходимо использовать апробированные способы предотвращения колебаний, а расчет деталей крепления оттяжек мачт к стволу проводить на выносливость.

Определение величины ветровой нагрузки

Ветровую нагрузку следует определять как сумму средней w_m и пульсационной w_p составляющей. Нормативная величина ветровой нагрузки:

w = w_m + w_p

Нормативная величина средней составляющей ветровой нагрузки определяется по стандартной формуле:

w_m = w₀ ∙ k ∙ c

где w₀ — нормативное значение ветрового давления; k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте; с — аэродинамический коэффициент.

При этом используется аэродинамический коэффициент для решетчатых башен, определяемый по формуле:

C_t = C_x(1+η)k₁

где C_x — аэродинамический коэффициент отдельно стоящей плоской решетчатой конструкции,

η — коэффициент, учитывающий давление ветра на подветренную грань.

k₁ — коэффициент, зависящий от контура поперечного сечения и направления ветра.

При определении аэродинамического коэффициента решетчатой конструкции C_t принимается, что направление ветра всегда перпендикулярно грани башни:

Рис. 1. Направления ветра по отношению к башне при определении C_t

Таким образом, при определении C_t коэффициент C_x всегда определяется в предположение воздействия ветра на грань, а соответственно AC_k — площадь контура грани вне зависимости от угла атаки ветровой нагрузки.

Переход к аэродинамическому коэффициенту C_t при действии ветра на диагональ осуществляется умножением C_t, вычисленного для грани, на коэффициент k₁=1.2.