Патент на изобретение №2178050

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА РЕШЕТЧАТОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ БАШНИ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ БЛОКА С ВРАЩАЮЩИМСЯ РАБОЧИМ ОБОРУДОВАНИЕМ И РЕШЕТЧАТАЯ МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ БАШНЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к конструкциям башен для размещения радиолокационных антенн, их изготовлению и монтажу. Модули с опорными стойками и боковыми связующими стержнями изготавливают и транспортируют к месту монтажа башни, где в грунте изготавливают ее фундамент. Осуществляют сборку с болтовым креплением нижнего модуля к анкерным стойкам фундамента. Параметры фундамента выбирают с исключением отклонения башни свыше нормативного значения и ее опрокидывания под действием ветра, используя аналитическое соотношение с расстояниями от центра площади парусности и от центра тяжести башни до точки опрокидывания, а также массой башни, массой фундамента и ветровой нагрузкой. Опорные стойки каждого последующего по высоте модуля выполнены с постоянным в пределах модуля моментом сопротивления поперечного сечения, меньшим, чем у предыдущего модуля, а боковые стержни – с моментом сопротивления поперечного сечения, меньшим, чем у опорных стоек того же модуля. Каждый из модулей выполнен с возможностью самостыковки с предыдущим за счет собственного веса. По сравнению с известными решениями обеспечивается меньший расход металлов на изготовление башни, упрощенный и ускоренный ее монтаж, а также повышенная устойчивость. 2 с. и 5 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к пространственным конструкциям башен для размещения радиолокационных антенн, их изготовлению и монтажу и может также найти применение при реализации опорных конструкций для радиотелевизионных антенн, постов наблюдения, ветроэнергетических установок и т. п.

Известен способ изготовления и монтажа решетчатой металлической башни для размещения радиотелевизионных антенн, предусматривающий создание наружной и внутренней поясных сеток с идентичными по всей высоте ячейками (RU 2052055 С1, Е 04 Н 12/08, 10.01.1996).

Известна башня, образованная вертикальными и боковыми стержнями из труб одного и того же диаметра (см. там же).

Недостатки известного способа определяются существенными трудностями и значительной продолжительностью монтажа. Недостатки известной башни проявляются в нерациональном использовании многозвенности и неоправданном завышении материалоемкости, поскольку по данным расчета момент сопротивления вертикальных стержней от основания башни к ее вершине может быть уменьшен, а боковые стержни, не воспринимающие вес конструкции и обеспечивающие только связь вертикальных стержней между собой, могут иметь меньший по сравнению с вертикальными стержнями диаметр.

Наиболее близким к предложенному является способ изготовления и монтажа решетчатой металлической башни, предназначенной для размещения блока с вращающимся рабочим оборудованием, согласно которому изготавливают отдельные конструктивные модули с опорными стойками и боковыми связующими стержнями, а в грунте на месте монтажа башни – ее фундамент с анкерными стойками, транспортируют модули к месту монтажа башни и осуществляют ее сборку с болтовым креплением нижнего модуля к анкерным стойкам фундамента (RU 2075642 C1, F 03 D 11/04, 20.03.1997).

Однако указанный способ характеризуется недостаточно обоснованным выбором параметров фундамента башни. Кроме того, ему опять же свойственны сложность и существенная длительность монтажа башни.

Наиболее близкой к предложенной является решетчатая металлическая башня для размещения блока с вращающимся рабочим оборудованием, содержащая выполненные с опорными стойками и боковыми связующими стержнями конструктивные модули, а также фундамент, анкерные стойки которого прикреплены болтами к нижнему конструктивному модулю (см. там же).

Однако в известной башне, как и ранее, имеют место избыточность в использовании металлов.

Задачей изобретения является устранение перечисленных недостатков, а именно упрощение и укорочение сроков монтажного процесса, обеспечение повышенной устойчивости башни и снижение расхода металлов.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления и монтажа решетчатой металлической башни, предназначенной для размещения блока с вращающимся рабочим оборудованием, согласно которому изготавливают отдельные конструктивные модули с опорными стойками и боковыми связующими стержнями, а в грунте на месте монтажа башни – ее фундамент с анкерными стойками, транспортируют модули к месту монтажа башни и осуществляют ее сборку с болтовым креплением нижнего модуля к анкерным стойкам фундамента, причем параметры фундамента при заданной высоте башни выбирают с исключением отклонения верхней точки башни свыше нормативного значения и ее опрокидывания под действием ветровой нагрузки, – параметры фундамента выбирают из соотношения
(Q₁+Q₂)h1,2P_mH, (1)
где Н и h – расстояния соответственно от центра площади парусности и от центра тяжести башни с рабочим оборудованием и фундаментом до точки опрокидывания, расположенной в одной из вершин основания фундамента;
Q₁ – масса башни с рабочим оборудованием;
Q₂ – масса фундамента;
Р_m – максимальная ветровая нагрузка на башню с развернутым рабочим оборудованием;
для опорных стоек каждого последующего по высоте модуля устанавливают постоянный в пределах модуля момент сопротивления поперечного сечения, меньший, чем у предыдущего модуля, а для боковых стержней – момент сопротивления поперечного сечения, меньший, чем у опорных стоек того же модуля, каждый из модулей выполняют с возможностью центровки и самостыковки с предыдущим за счет собственного веса, при этом модули предварительно собирают в виде законченных жестких конструкций и стыкуют между собой на плоской горизонтальной плите, обеспечивая их центровку относительно вертикальной оси конструкции башни, а затем разбирают и раздельно доставляют на монтажную площадку.

Парусность определяют по площади проекций элементов башни и рабочего оборудования на плоскость, проходящую через центральную ось симметрии диагонально расположенных стоек нормально к максимальной ветровой нагрузке.

Поставленная задача решается также тем, что в решетчатой металлической башне для размещения блока с вращающимся рабочим оборудованием, содержащей выполненные с опорными стойками и боковыми связующими стержнями конструктивные модули, а также фундамент с анкерными стойками, к которым болтами прикреплен нижний конструктивный модуль, при этом параметры фундамента при заданной высоте башни выбраны с исключением отклонения верхней точки башни свыше нормативного значения и ее опрокидывания под действием ветровой нагрузки, в частности из соотношения (1), опорные стойки каждого последующего по высоте модуля выполнены с постоянным в пределах модуля моментом сопротивления поперечного сечения, меньшим, чем у предыдущего модуля, а боковые стержни – с моментом сопротивления поперечного сечения, меньшим, чем у опорных стоек того же модуля, каждый из модулей выполнен с возможностью центровки и самостыковки с предыдущим за счет собственного веса.

Парусность башни соответствует площади проекций элементов башни и рабочего оборудования на плоскость, проходящую через центральную ось симметрии диагонально расположенных стоек нормально к максимальной ветровой нагрузке.

Опорные стойки каждого последующего по высоте конструктивного модуля выполнены из труб с диаметром, меньшим, чем у предыдущего модуля, с сохранением неизменным поперечного сечения в пределах одного модуля.

Боковые стержни каждого модуля выполнены из труб с диаметром, меньшим диаметра опорных стоек того же модуля.

Нижние части опорных стоек каждого модуля выполнены с конусным выступом и ограничительным пояском, а верхние части опорных стоек всех модулей, кроме верхнего, – с полунакладками.

На фиг. 1 представлена в двух проекциях общая схема предложенной башни с фундаментом, подлежащей изготовлению и монтажу по предложенному способу. На фиг. 2 показаны конструкция башни из составных модулей и сочленение модулей башни друг с другом. На фиг. 3 проиллюстрирована центровка модулей башни относительно вертикальной оси ее конструкции при сборке на плоской горизонтальной плите.

На чертежах обозначены: металлическая (наземная) часть 1 башни с вертикальной осью 2, вращающееся оборудование значительной парусности (радиолокационная антенна) 3, анкерные стойки 4-7 (отмечены их центральные оси), бетонный фундамент 8, основание 9 фундамента, поверхность грунта 10, составные модули 11-13 башни, боковые стержни 14-16 (отмечены только три боковых стержня), опорные стойки 17, 18 (отмечены только две опорных стойки), ограничительный поясок 19 и конусный выступ 20 на опорной стойке 17, полунакладки 21 на опорной стойке 18, плоская горизонтальная плита 22 для осуществления центровки модулей 11-13. Кроме того, на фиг. 1 обозначены максимальная ветровая нагрузка Р_m, действующая по диагонали конструктивного четырехугольника на соответствующие опорные стойки башни с рабочим оборудованием, а также точка опрокидывания А, масса башни с рабочим оборудованием Q₁, масса фундамента Q₂ и расстояния Н и h соответственно от центра площади парусности и от центра тяжести башни с рабочим оборудованием и фундаментом до точки опрокидывания, расположенной в одной из вершин основания фундамента.

Допустим, требуется создать конструктивную систему, несущую на высоте, например, 30 м блок с вращающимся элементом – радиолокационной антенной размером, например, 28 м.

Металлическую часть 1 башни рассматривают как жестко закрепленный стержень (консоль), воспринимающий свой вес и вес рабочего оборудования 3 по оси 2 стержня, и выполняют в виде четырехгранной решетчатой конструкции сечением, например, 2,52,5 м с вертикальными опорными стойками из труб.

Предусматривают конструктивную связь металлической части 1 башни с бетонным фундаментом 8. Момент сопротивления поперечного сечения анкерных стоек 4-7 принимают несколько большим, чем момент сопротивления опорных стоек у основания башни. Расчетную массу фундамента 8 с анкерными стойками 4-7 и распределение ее по опорной поверхности принимают по данным расчета с запасом, исключающим под действием ветровой нагрузки отклонение верхней точки (точки закрепления рабочего оборудования 3 значительной парусности) башни 1 свыше нормативного значения и ее опрокидывание под действием максимальной ветровой нагрузки _m.

Металлическую часть 1 башни разбивают по высоте на законченные жесткие конструктивные модули 11-13 размером, например, 102,52,5 м, что позволяет формировать башню высотой, кратной высоте модуля.

Все конструктивные элементы башни принимают согласно данным расчета прочности. Однако при этом уменьшение момента сопротивления поперечного сечения опорных стоек (в частности, 17, 18) от основания башни к ее вершине принимают с сохранением поперечного сечения в пределах модуля, т. е. опорные стойки каждого последующего по высоте модуля выполняют из труб меньшего диаметра. Боковые стержни (в частности, 14-16), обеспечивающие связь опорных стоек между собой, принимают с диаметром, меньшим, чем у опорных стоек.

Нижнюю часть опорных стоек (в частности, 17) модулей выполняют в виде конусного выступа 20 с ограничительным пояском 19, а верхнюю часть опорной стойки (в частности, 18) – с полунакладками 21. Это обеспечивает при монтаже башни центровку и самостыковку последующих вышестоящих модулей за счет их собственного веса с последующим закреплением сваркой.

Модули 11-13 предварительно изготавливают и собирают в виде законченных жестких конструкций и стыкуют между собой на плоской горизонтальной плите 22, обеспечивая центровку модулей 11-13 относительно вертикальной оси 2 пространственной конструкции башни. Далее модули 11-13 расстыковывают и раздельно доставляют на монтажную площадку, где предварительно в грунте изготавливают фундамент 8 с заливкой в нем анкерных стоек 4-7.

На монтажной площадке осуществляется сборка башни. Модуль 11 устанавливается с защемлением в фундаменте 8 путем болтового соединения с анкерными стойками 4-7. Затем устанавливаются модуль 12 на модуль 11 и модуль 13 на модуль 12.

При расчете прочности конструкции башни выбор расстояний Н и h соответственно от центра площади парусности и от центра тяжести башни с рабочим оборудованием 3 и фундаментом 8 до точки опрокидывания А, расположенной в одной из вершин основания фундамента, производится с учетом соотношения (1). Нетрудно убедиться, что в правой части данного соотношения отображен опрокидывающий момент, создаваемой максимальной ветровой нагрузкой P_m, с плечом Н, а в левой части – момент сопротивления, возникающий за счет суммарного веса башни с рабочим оборудованием 3 Q₁ и массы фундамента 8 Q₂ с плечом h. Выбранный по данным расчета коэффициент запаса 1, 2 обеспечивает повышенную надежность эксплуатацию башни в условиях максимальной ветровой нагрузки.

Таким образом, предложенное техническое решение, по сравнению с известными, обеспечивает меньший расход металлов на изготовление башни, упрощенный и ускоренный ее монтаж, а также повышенную устойчивость башни.

Формула изобретения

1. Способ изготовления и монтажа решетчатой металлической башни, предназначенной для размещения блока с вращающимся рабочим оборудованием, согласно которому изготавливают отдельные конструктивные модули с опорными стойками и боковыми связующими стержнями, а в грунте на месте монтажа башни – ее фундамент с анкерными стойками, транспортируют модули к месту монтажа башни и осуществляют ее сборку с болтовым креплением нижнего модуля к анкерным стойкам фундамента, причем параметры фундамента при заданной высоте башни выбирают с исключением отклонения верхней точки башни свыше нормативного значения и ее опрокидывания под действием ветровой нагрузки, отличающийся тем, что параметры фундамента выбирают из соотношения
(Q₁ + Q₂) h 1,2 P_m H, (1)
где Н и h – расстояния соответственно от центра площади парусности и от центра тяжести башни с рабочим оборудованием и фундаментом до точки опрокидывания, расположенной в одной из вершин основания фундамента;
Q₁ – масса башни с рабочим оборудованием;
Q₂ – масса фундамента;
Р_m – максимальная ветровая нагрузка на башню с развернутым рабочим оборудованием,
для опорных стоек каждого последующего по высоте модуля устанавливают постоянный в пределах модуля момент сопротивления поперечного сечения, меньший, чем у предыдущего модуля, а для боковых стержней – момент сопротивления поперечного сечения, меньший, чем у опорных стоек того же модуля, каждый из модулей выполняют с возможностью центровки и самостыковки с предыдущим за счет собственного веса, при этом модули предварительно собирают в виде законченных жестких конструкций и стыкуют между собой на плоской горизонтальной плите, обеспечивая их центровку относительно вертикальной оси конструкции башни, а затем разбирают и раздельно доставляют на монтажную площадку.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что парусность определяют по площади проекций элементов башни и рабочего оборудования на плоскость, проходящую через центральную ось симметрии диагонально расположенных стоек нормально к максимальной ветровой нагрузке.

3. Решетчатая металлическая башня для размещения блока с вращающимся рабочим оборудованием, содержащая выполненные с опорными стойками и боковыми связующими стержнями конструктивные модули, а также фундамент с анкерными стойками, к которым болтами прикреплен нижний конструктивный модуль, при этом параметры фундамента при заданной высоте башни выбраны с исключением отклонения верхней точки башни свыше нормативного значения и ее опрокидывания под действием ветровой нагрузки, отличающаяся тем, что параметры фундамента выбраны из соотношения (1), опорные стойки каждого последующего по высоте модуля выполнены с постоянным в пределах модуля моментом сопротивления поперечного сечения, меньшим, чем у предыдущего модуля, а боковые стержни – с моментом сопротивления поперечного сечения, меньшим, чем у опорных стоек того же модуля, каждый из модулей выполнен с возможностью центровки и самостыковки с предыдущим за счет собственного веса.

4. Башня по п. 3, отличающаяся тем, что ее парусность соответствует площади проекций элементов башни и рабочего оборудования на плоскость, проходящую через центральную ось симметрии диагонально расположенных стоек нормально к максимальной ветровой нагрузке.

5. Башня по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что опорные стойки каждого последующего по высоте конструктивного модуля выполнены из труб с диаметром, меньшим, чем у предыдущего модуля, с сохранением неизменным поперечного сечения в пределах одного модуля.

6. Башня по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что боковые стержни каждого модуля выполнены из труб с диаметром, меньшим диаметра опорных стоек того же модуля.

7. Башня по любому из пп. 3-6, отличающаяся тем, что нижние части опорных стоек каждого модуля выполнены с конусным выступом и ограничительным пояском, а верхние части опорных стоек всех модулей, кроме верхнего, – с полунакладками.

РИСУНКИ