Опора для размещения оборудования
SUPPORT FOR PLACING OF EQUIPMENT

Изобретение относится к области наземного строительства, в частности, к конструкциям опор и башен для размещения оборудования, требующего высотного закрепления.
К конструкциям подобных сооружений предъявляются особые требования по жесткости, стойкости к ветровым и иным нагрузкам, а также технологические требования, заключающиеся в необходимости прокладки коммуникаций без ослабления конструкции. Кроме того, с учётом размещения данных сооружений, как правило, в городской черте, необходимо обеспечить минимальное визуальное восприятие вертикальных сооружений в плотной городской застройке, скрытую прокладку коммуникаций, минимальную площадь, занимаемую конструкцией, и прочие факторы.
В подобных конструкциях широко применяют полые трубы круглого или многогранного сечения, выполненные из металла, большого сечения и большой толщины, для обеспечения требуемой жесткости и устойчивости. Для придания большей жесткости, внутренняя полость таких труб заполняется, как правило, цементным раствором или иными наполнителями. Такая конструкция имеет большой вес и объем, требует сложной технологии монтажа, занимает большую площадь и выделяется на фоне городской застройки, а также предполагает внешнее размещение кабелей и других коммуникаций, что снижает надежность конструкций и ухудшает внешний вид. Подобные сооружения известны, например, из патентных документов US8593370 Methods of modifying erect concealed antenna towers and associated modified towers and devices therefor (Способы модификации возведенных скрытых антенных башен и связанных с ними модифицированных башен и устройств для их осуществления), опубликован 11.10.2012, RU2613694 Мачта, опубликован 21.03.2017, WO2006005323 TUBULAR STRUCTURE AND METHOD FOR THE MOUNTING THEREOF (ТРУБЧАТАЯ КОНСТРУКЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ МОНТАЖА), опубликован 19.01.2006.
Известно также выполнение конструкции опор и башен из нескольких труб, связанных между собой для создания единой конструкции. Например, подобные конструкции раскрыты в WO2018022307 INTEGRATED CELL SITE SECTOR (СЕКТОР ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЯЧЕЙКИ), опубликован 01.02.2018, ES2779499A1 Reinforcement of the tubular tower by means of a pyramidal truss structure with a triangular base with hollow tube main uprights (Усиление трубчатой башни пирамидальной ферменной конструкцией с треугольным основанием с полыми трубчатыми основными стойками), опубликован 17.08.2020, KR20150105099A TOWER MODULE AND MODULAR WINDMILL TOWER USING OF TOWER MODULE AND WINDMILL TOWER STRUCTURE USING OF TOWER MODULE (БАШЕННЫЙ МОДУЛЬ И МОДУЛЬНАЯ ВЕТРОВАЯ БАШНЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ БАШЕННЫЙ МОДУЛЬ И СТРУКТУРА ВЕТРОВОЙ БАШНИ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ БАШЕННЫЙ МОДУЛЬ), опубликован 16.09.2015. Подобные конструкции также предполагают наружное размещение коммуникаций, что снижает надежность, ухудшает внешний вид, а также усиливает восприятие конструкцией ветровых нагрузок, что может привести к ухудшению устойчивости сооружения и нарушениям работы технологического оборудования, размещенного на них, например, антенн беспроводной связи.
В качестве ближайшего аналога выбрана конструкция по патенту JP4324977B1 «LOAD-CARRYING MATERIAL (ГРУЗОНЕСУЩИЙ МАТЕРИАЛ)», дата публикации 29.10.2009. В известной конструкции опора содержит внешний полый корпус, внутри которого размещено внутреннее усиление, сформированное из множества внутренних труб. Для позиционирования внутренних труб во внешней трубе используют наполнитель, например, наполнитель на основе цемента или вспенивающийся материал, такой как пенополистирол. Известная конструкция предназначена для формирования несущих конструкций для лавиноудержания, противостояния камнепадам и другим подобным воздействиям. Она не предусматривает размещение на ней оборудования и коммуникаций, тем более внутри внешней трубы, и основное требование к ней – стойкость к разрушению при поперечном воздействии. Такая конструкция требует значительных расходов материала, сложна в изготовлении и не подходит для использования в зоне городской застройки.
В отличии от известной конструкции заявленное техническое решение содержит средства позиционирования, выполненные в виде усилительных элементов, внешний корпус выполнен с отверстиями для вывода коммуникаций, а места вывода коммуникаций усилены дополнительно с помощью ребер жесткости.
Технический результат заключается в снижении веса и размера конструкции опоры для размещения оборудования, обеспечивая при этом соблюдение требований по жесткости и несущей способности опоры, включая места технологических разрывов для вывода коммуникаций и подключения оборудования.
Заявленный технический результат достигается тем, что в опоре для размещения оборудования, которая содержит внешний полый корпус и внутреннее усиление, сформированное из трех или более труб, расположенных симметрично оси внешнего корпуса, во внешнем корпусе выполнены отверстия, трубы внутреннего усиления связаны между собой усилительными элементами, а в месте отверстий внешнего корпуса во внутреннем усилении выполнен разрыв с обеспечением жесткости в месте разрыва с помощью ребер жесткости, закрепленных между усилительными элементами. Внешний полый корпус может иметь круглое или многогранное сечение и состоять из нескольких секций, соединенных между собой посредством внутреннего или внешнего фланцевого соединения. Трубы внутреннего усиления могут быть соединены с внутренней поверхностью полого корпуса посредством фиксирующих элементов, а в месте разрыва внутреннего усиления ребра жесткости могут быть дополнительны закреплены к внутренней поверхности внешнего корпуса.
Техническое решение поясняется далее с помощью фигур, на которых условно представлен один из возможных вариантов осуществления.
Фиг. 1 представляет вертикальное сечение фрагмента опоры.
Фиг.2 представляет горизонтальное сечение по линии А-А на фиг.1
Фиг.3 представляет горизонтальное сечение по линии В-В на фиг.1
Фиг.4 представляет общий вид фрагмента внутреннего усиления в месте разрыва.
На фигурах обозначены: 1 - внешний корпус, 2 – трубы внутреннего усиления, 3 – отверстие во внешнем корпусе, 4 – усилительный элемент, 5 – ребра жесткости.
Конструкция опоры для размещения оборудования и варианты осуществления заявленного технического решения описаны далее со ссылками на фигуры. Тем не менее, следует понимать, что описанные варианты осуществления приведены исключительно в качестве примеров, которые могут быть осуществлены в различных формах. Фигуры необязательно приведены в масштабе, и некоторые признаки могут быть увеличены или уменьшены с целью изображения деталей конкретных элементов. Конкретные конструкционные и функциональные особенности, изложенные в настоящем описании, не могут быть истолкованы как ограничивающие, и приведены лишь в качестве наглядного примера для понимания специалистом в данной области техники вариантов возможного осуществления раскрытой сущности технического решения.
Внешний полый корпус (1) опоры может быть выполнен, в частности, из металлических труб круглого или многогранного сечения. Круглые трубы могут быть, например, стальные бесшовные горячедеформированные или электросварные прямошовные. Многогранные трубы внешнего корпуса (1) могут быть получены, например, путем раскроя и сгиба стального листа, с формированием конструкции одинакового диаметра по всей высоте или с уменьшением диаметра в верхней части. Трубы (2) внутреннего усиления могут быть, например, стальные бесшовные или электросварные прямошовные. Возможно выполнение труб (2) внутреннего усиления как круглыми в сечении, так и другой формы, в частности, треугольной.
Для равномерного распределения нагрузки, обеспечения несущей способности и жесткости конструкции, трубы (2) внутреннего усиления расположены симметрично оси внешнего корпуса (1). Для позиционирования труб (2) внутреннего усиления, их надежного крепления внутри корпуса (1) и равномерной передачи нагрузки трубы (2) внутреннего усиления связаны между собой усилительными элементами (4), например, посредством сварного соединения. Дополнительно трубы (2) внутреннего усиления могут быть закреплены, например, посредством сварного соединения к внутренней поверхности внешнего корпуса (1) с помощью фиксирующих элементов, выполненных, в частности, в виде электрозаклепок с заданным шагом.
Усилительный элемент (4) представляет собой, предпочтительно, металлическую пластину такой формы, которая обеспечивает позиционирование труб (2) внутреннего усиления внутри внешнего корпуса (1). Например, как представлено на фиг.2-4, пластина усилительного элемента (4) имеет форму, повторяющую форму и размеры внутреннего сечения внешнего корпуса (1) и выемки, расположенные по сути радиально, на равных расстояниях друг от друга и имеющие форму, соответствующую внешнему диаметру труб (2). Однако возможно и иное исполнение усилительного элемента (4), например, он может быть выполнен в виде пластины с отверстием посредине для размещения труб (2) внутреннего усиления. Отверстие может быть треугольной, квадратной и иной формы, соответствующей количеству и форме труб (2) внутреннего усиления, а также иметь скругленные углы.
Внешний корпус (1) имеет как минимум одно отверстие (3) для вывода коммуникаций и подключения оборудования. Как правило, отверстие (3) расположено в верхней части внешнего корпуса (1). Но опора может содержать отверстие (3) и в нижней части для заведения кабелей и иных коммуникаций внутрь опоры. При симметричном расположении оборудования с нескольких сторон опоры, возможно выполнение нескольких отверстий (3), предпочтительно расположенных симметрично, для вывода коммуникаций с каждой стороны.
В месте, где расположено отверстие (3) внешнего корпуса (1), выполнен разрыв труб (2) внутреннего усиления, таким образом, что каждый участок внутреннего усиления формирует секцию, ограниченную усилительными элементами (4) предпочтительно с двух сторон. Это позволяет размещать коммуникации внутри труб (2) внутреннего усиления. Такое размещение не требует дополнительных отверстий в усилительных элементах (4) для проведения коммуникаций внутри внешнего корпуса (1), что облегчает процесс установки конструкции и оборудования, сохраняет несущую способность конструкции.
Для обеспечения жесткости в месте разрыва труб (2) внутреннего усиления установлены ребра (5) жесткости. Под ребрами жесткости в целях заявленного технического решения следует понимать такой элемент конструкции, который увеличивает её сопротивляемость к нагрузкам и деформациям при воздействии изгибающего момента. Ребра (5) жесткости могут быть выполнены, например, в виде радиально ориентированных металлических пластин или уголков, закрепленных между крайними усилительными элементами (4) каждой секции внутреннего усиления, в частности, посредством сварного соединения. Дополнительно ребра (5) жесткости могут быть закреплены к внутренней поверхности внешнего корпуса (1), например, посредством сварного соединения.
Конструкция опоры может состоять из нескольких секций внешнего корпуса (1), соединенных между собой с помощью фланцевого соединения. Предпочтительно, для уменьшения восприятия ветровых нагрузок, фланцевое соединение выполнено внутренним, но возможно и внешнее фланцевое соединение.
Иллюстративный вариант осуществления заявленного технического решения изложен далее со ссылками на фигуры.
Изготавливают внешний корпус (1) опоры из трубы стальной бесшовной. В частности, для опоры высотой до 20 метров для размещения в 3-м ветровом регионе диаметр трубы внешнего корпуса (1) составляет 325 мм. При изготовлении внешнего корпуса (1) из нескольких секций предпочтительно используют для соединения секций внутреннее фланцевое соединение. Внутренние фланцы соединены с внутренней поверхностью внешнего корпуса (1) при помощи ребер жесткости (косынок). Для заведения коммуникаций внутрь опоры и выведения к оборудованию во внешнем корпусе (1) выполнены отверстия (3).
Изготавливают внутреннее усиление из трех труб (2) электросварных прямошовных, диаметром 108 мм, связанных между собой усилительными элементами (4) с заданным шагом, который выбирают исходя из высоты опоры и параметров размещаемого оборудования. По результатам расчетов, для высоты опоры до 20 метров шаг размещения усилительных элементов (4) составляет 900 мм. В местах, которые соответствуют выполнению отверстий (3) внешнего корпуса (1), во внутреннем усилении выполняют разрыв труб (2), устанавливают торцевые усилительные элементы (4) и обеспечивают жесткость в месте разрыва с помощью ребер (5) жесткости, закрепленных между торцевыми усилительными элементами (4).
Устанавливают внутреннее усиление внутри внешнего корпуса (1) и, при необходимости, дополнительно фиксируют трубы (2) внутреннего усиления к внешнему корпусу (1) фиксирующими элементами, в частности, с помощью электрозаклёпок с шагом 800-1000 мм, шаг рассчитывают и выбирают, исходя из длины опоры. Дополнительно ребра (5) жесткости в месте выполнения отверстий (3) на внешнем корпусе (1) могут быть закреплены к внутренней поверхности внешнего корпуса (1) посредством сварного соединения.
Трубы (2) внутреннего усиления одновременно с обеспечением жесткости всей конструкции обеспечивают внутреннюю прокладку коммуникаций для технологического оборудования, которое будет размещено на опоре. При этом в месте выполнения отверстий (3) во внешнем корпусе (1) сохраняется жесткость конструкции.
Готовую конструкцию опоры устанавливают на фундамент, например, путём закрепления к базовой секции, зацементированной в фундаментной плите. Закрепление к базовой секции может быть также выполнено с помощью фланцевого соединения, как внешнего, так и внутреннего. На установленную опору размещают оборудование, например, антенны, камеры, звуковые оповещатели, датчики контроля и т.п., подключая его к коммуникациям, проведенным внутри труб (2) и выведенных через отверстия (3) внешнего корпуса.
Размещение коммуникаций внутри опоры позволяет снизить риски их повреждения в результате внешнего воздействия или вандальных действий. Кроме того, внешняя поверхность опоры не требует никаких внешних элементов для закрепления коммуникаций, что уменьшает ветровое воздействие на опору. Описанная конструкция опоры характеризуется высокой жесткостью и устойчивостью к ветровым нагрузкам.
Основная доля (95%) расчетных напряжений в подобных конструкциях возникает от воздействия изгибающего момента, вызываемого горизонтальными ветровыми нагрузками. Были проведены расчёты различных конструкций, для разных условий размещения и разных ветровых регионов, в результате которых установлено, что снижается площадь, занимаемая опорой, за счёт возможности использования опор меньшего диаметра для требуемых параметров несущей способности опоры, снижается материалоемкость. Теоретические расчёты были подтверждены рядом экспериментов, в ходе которых установлено соответствие характеристик опоры требованиям, определенным в нормативных документах для III ветрового района с установленным значением снежного покрова 240 кг/м2. По результатам проведенных испытаний было установлено, что напряжения в контролируемом сечении опоры соответствовали ожидаемым расчетным значениям. Результаты проведенных испытаний показали, что несущая способность опоры достаточна для восприятия проектных горизонтальных нагрузок. Горизонтальное перемещение верхней точки опоры под максимальной нагрузкой не превышало 312 мм.
Данное решение также позволяет значительно улучшить визуальное восприятие вертикальных сооружений в плотной городской застройке, связанное с общим уменьшение диаметра. Опора не создает громоздкое визуальное воздействие, несопоставимое с прочими объектами инженерной городской инфраструктуры.