УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ К ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ НАГРУЗКАМ

Устройство относится к области наземного строительства, в частности, к держателям для столбов, а именно к устройствам для повышения устойчивости вертикальных конструкций к горизонтальным, в частности, ветровым нагрузкам.
Вертикальные конструкции, испытывая горизонтальные нагрузки, в частности, ветровые, склонны к усталостным деформациям и разрушению. Обычно это происходит на высоте нижней трети. Поскольку заменить конструкцию целиком зачастую не представляется возможным, используют различные способы ее усиления и поддержки.
Традиционно, для закрепления конструкций в вертикальном положении используют либо оттяжки (подкосы), и тогда конструкция называется «мачта», либо массивный фундамент, и тогда конструкция называется «башня» или «вышка». В первом случае конструкция является «гибкой» и устойчива к горизонтальным нагрузкам за счет напряжения оттяжек. Во втором случае конструкция является «жесткой» и сопротивляется горизонтальным нагрузкам за счет устойчивости собственного материала к деформации. В первом случае проблема заключается в том, что оттяжка эффективна только в том случае, если угол между ней и закрепляемой конструкцией (верхний угол) составляет не менее 30 градусов; это значит, что минимальное расстояние от мачты, на котором оттяжка эффективно работает, составляет немногим более половины от высоты, на которой она закреплена. При том, что современные конструкции мачтового типа могут достигать 150 метров, эффективное расстояние до основания оттяжки может составлять около 50 метров, что не всегда осуществимо. Как следствие, опоры мачтового типа сильно ограничены по высоте либо прочности. Во втором случае повышение прочности конструкции осуществляют увеличением ее массогабаритных характеристик, что влечет соответствующее увеличение фундамента.
«
ИзвестенСпособ повышения несущей способности свайной опоры» (описание изобретения к патенту РФ №2619964; МПК: E02D37/00, дата публикации: 10.03.2016), включающий увеличение верхней опорной поверхности сваи посредством выемки вокруг укрепляемой сваи опоры в радиусе от 1,5 до 2,5 наружного диаметра сваи глубиной, равной толщине устраиваемого железобетонного слоя, в которой монтируют армирующий каркас, заливают выемку бетоном, устанавливают после затвердевания бетона металлическую опорную конструкцию с усиливающими ребрами, которую жестко соединяют с надземным участком сваи. Способ требует большого количества дополнительных стройматериалов и малоэффективен из-за заведомо небольшой высоты закрепления усиливающих ребер.
«
Известен Способ усиления опоры линии электропередачи» (описание изобретения к патенту РФ №2435917; МПК: E04H 12/00, E02D 27/42, дата публикации: 25.06.2010),включающий оттяжки или подкосы, которые крепят к хомуту, расположенному выше ослабленной зоны опоры, и к винтовым сваям, заглубленным в грунт, а хомут устанавливают с упругой кольцевой прокладкой между ним и опорой. Поскольку эффективное расстояние от усиливаемой опоры до вспомогательной составляет не менее 50% высоты закрепления хомута, то данный способ либо требует достаточно большого пространства для размещения оттяжек, что не всегда возможно, либо ограничен по высоте закрепления хомута.
«
Известно также Устройство для повышения устойчивости вертикальной конструкции к горизонтальным нагрузкам» (описание полезной модели к патенту РФ №190430; МПК: E04H 12/22, дата публикации: 01.07.2019), включающее дополнительную опору, первый опоясывающий элемент и соединяющие их косые тяги, отличающееся тем, что в него дополнительно включены расположенные друг над другом на расстоянии L N опоясывающих элементов, где N - натуральное целое число от 1 до N, при этом первый опоясывающий элемент и N-1 дополнительных опоясывающих элементов, кроме верхнего, снабжены боковыми плечами, каждый n-ый опоясывающий элемент, где n - натуральное целое число от 1 до N, соединен косыми тягами с боковыми плечами (n-1)-го опоясывающего элемента, боковые плечи опоясывающих элементов последовательно соединены тягами с боковыми плечами опоясывающих элементов, расположенных ниже, причем боковые плечи первого опоясывающего элемента закреплены посредством прямых тяг на дополнительной опоре, а угол α между вертикальной осью конструкции и косыми тягами составляет от 20 до 70 градусов.
Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является повышение сопротивляемости вертикальных конструкций к горизонтальным, в основном, ветровым нагрузкам при минимальном расстоянии до дополнительных вертикальных опор от центральной оси конструкции, что особенно важно в сложных ландшафтных условиях, на пересеченной местности и в труднодоступных местах.
Техническую задачу решают за счет того, что устройство для повышения устойчивости вертикальной конструкции к горизонтальным нагрузкам, включающее, расположенные друг над другом на расстоянии L  N опоясывающих элементов, где N - натуральное целое число от 1 до N, причём N-1 опоясывающих элементов, кроме верхнего, снабжены боковыми плечами, каждый n-ый опоясывающий элемент, где n - натуральное целое число от 1 до N,  соединен раскосами с боковыми плечами (n-1)-го опоясывающего элемента, расположенного ниже, а угол α между вертикальной осью конструкции и раскосами составляет от 20 до 70 градусов,дополнительно снабжено, по меньшей мере, тремя вертикальными жёсткими опорами, соединенными с соответствующими боковыми плечами, при этом между двумя парами вертикальных опор, имеющих одну общую вертикальную опору, установлены горизонтальные и наклонные - под углом к горизонтали от 1 до 70 градусов перемычки, образующие систему треугольников, а боковые плечи опоясывающих элементов, раскосы и перемычки выполнены жёсткими.
Решение технической задачи происходит за счет формирования устройства в виде охватывающих конструкцию совокупности треугольников, образованных самой вертикальной конструкцией, дополнительными вертикальными опорами, плечами опоясывающих элементов, и косыми тягами, являющихся «жесткими» фигурами. При этом полученное устройство придает вертикальной конструкции устойчивость, передавая момент нагрузки с любой точки усиленной конструкции на дополнительные вертикальные опоры.
На фиг.1 показан общий вид вертикальной конструкции и устройства для повышения его устойчивости.
На фиг.2 приведено схематическое изображение элементов устройства, выполненных между вертикальной конструкцией и дополнительными вертикальными опорами.
На фиг.3 приведен один из вариантов установки перемычек между дополнительными вертикальными опорами.
L
Устройство для повышения устойчивости вертикальной конструкции 1 к горизонтальным нагрузкам F включает расположенные друг над другом на расстоянии   N опоясывающих элементов 2, где N - натуральное целое число от 1 до N. N-1 опоясывающих элементов 2, кроме верхнего, снабжены боковыми плечами 3. Каждый n-ый опоясывающий элемент 2, где n - натуральное целое число от 1 до N,  соединен раскосами 4 с боковыми плечами 3 (n-1)-го опоясывающего элемента 2. Угол α между вертикальной осью конструкции и раскосами 4 составляет от 20 до 70 градусов. Устройство также содержит, по меньшей мере, три дополнительных вертикальных жёстких опоры 5, соединенные с соответствующими боковыми плечами 3, при этом между двумя парами вертикальных опор 5, имеющих одну общую вертикальную опору 5′, установлены горизонтальные и наклонные - под углом к горизонтали от 1 до 70 градусов перемычки 6, образующие систему треугольников, при этом боковые плечи 3 опоясывающих элементов 2, раскосы 4 и перемычки 6 выполнены жёсткими. Плечи 3 опоясывающих элементов 2 могут быть расположены с погрешностью в пределах ± 10 градусов от горизонтали.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является возможность увеличения сопротивления вертикальных конструкций к ветровым нагрузкам в сложных ландшафтных условиях, на пересеченной местности и в труднодоступных местах, за счет установки дополнительных вертикальных опор в количестве не менее трёх на достаточно близком расстоянии от основания конструкции. При этом не требуется доставка большого количества дополнительных стройматериалов, поскольку в каждом случае дополнительные опоры могут быть выполнены в соответствии с текущими условиями. Кроме того, пространство между вертикальными опорами не соединённых перемычками может быть использовано для доступа к оборудованию, установленному в верхней части конструкции.