УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ К ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ НАГРУЗКАМ

Устройство относится к области наземного строительства, в частности, к цоколям и держателям для столбов, а именно, к устройствам для повышения устойчивости вертикальных конструкций к горизонтальным, в том числе, 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. Притом 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.
Известен «Способ повышения несущей способности свайной опоры» (описание изобретения к патенту РФ №2619964; МПК: E02D 37/00, 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 также «Способ усиления опоры линии электропередачи» (описание изобретения к патенту РФ №2435917; МПК: Е04Н 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.
Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является существенное повышение сопротивляемости вертикальных конструкций неограниченной высоты к горизонтальным, в основном, ветровым нагрузкам при минимальном расстоянии до дополнительной опоры или нескольких дополнительных опор от основания конструкции, что особенно важно в сложных ландшафтных условиях, на пересеченной местности и в труднодоступных местах.
Техническую задачу решают за счет того, что в устройство для повышения устойчивости вертикальной конструкции к горизонтальным нагрузкам, включающее дополнительную опору, первый опоясывающий элемент и соединяющие их косые тяги, 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 дополнительных опоясывающих элементов снабжены боковыми плечами, каждый (n+1)-ый опоясывающий элемент соединен косыми тягами с боковыми плечами n-го опоясывающего элемента, боковые плечи опоясывающих элементов последовательно соединены тягами с боковыми плечами опоясывающих элементов, расположенных ниже, причем боковые плечи первого дополнительного опоясывающего элемента закреплены посредством прямых тяг на дополнительных опорах, а угол α между вертикальной осью конструкции и косыми тягами составляет от 20 до 70 градусов. При величинах угла α, соответственно, менее 20 и более 70 градусом сопротивляемость конструкции разрушающим нагрузкам резко падает.
Ввиду того, что вертикальные конструкции, как правило, имеют переменное сечение за счет переменного диаметра (ширины), опоясывающие элементы могут быть выполнены разъемными с возможностью их крепления на необходимой высоте усиливаемой конструкции. Будучи затянутым на определенной высоте, опоясывающий элемент под тяжестью всей конструкции остается неподвижным.
Плечи опоясывающих элементов, как правило, расположены горизонтально, т.к. в этом случае обеспечивается оптимальная передача момента нагрузки от усиливаемой конструкции на дополнительную опору, но могут быть расположены и под углом до 10 градусов от горизонтальной плоскости. При дальнейшем отклонении плеч от горизонтали возможность сопротивления конструкции разрушающим нагрузкам резко снижается.
Решение технической задачи происходит за счет формирования устройства в виде охватывающих конструкцию совокупности треугольников, образованных вертикальными и косыми тягами, плечами опоясывающих элементов и фрагментами самой вертикальной конструкции, заключенными между соседними опоясывающими элементами, и являющихся «жесткими» фигурами. При этом полученное устройство придает вертикальной конструкции дополнительную устойчивость, передавая, посредством вертикальных и косых тяг, момент нагрузки с любой точки усиленной конструкции на дополнительную опору (опоры).
На фиг. 1 приведено схематическое изображение вертикальной конструкции и устройства для повышения его устойчивости.
Устройство для повышения устойчивости вертикальной конструкции 1 к горизонтальным нагрузкам F, включает дополнительную опору 2, первый опоясывающий элемент 3(I), соединяющие их косые тяги 4(I), а также дополнительные расположенные друг над другом на расстоянии L N опоясывающих элементов 3(N), где N - натуральное целое число от 1 до N, при этом первый опоясывающий элемент 3(I) и N-1 дополнительных опоясывающих элементов 3(N), кроме верхнего, снабжены боковыми плечами 5(N), каждый n-ый опоясывающий элемент 3(N), где n - натуральное целое число от 1 до N, соединен косыми тягами 4(N) с боковыми плечами (n-1)-го опоясывающего элемента, боковые плечи 5(N) опоясывающих элементов 3(N) последовательно соединены прямыми тягами 6(N) с боковыми плечами 5(N) опоясывающих элементов 3(N), расположенных ниже, причем боковые плечи 5(I) первого опоясывающего элемента 3(I) связаны посредством прямых тяг 6(N) с дополнительной опорой 2, а угол α между вертикальной осью Z конструкции 1 и косыми тягами 4(I) и 4(N) составляет от 20 до 70 градусов.
Опоясывающие элементы 3(I), 3(N) могут быть выполнены разъемным с возможностью затяжки вокруг вертикальной конструкции 1 на заданной высоте.
Плечи 5(N) опоясывающих элементов 3(I), 3(N) могут быть расположены с погрешностью в пределах ± 10 градусов от горизонтали.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является возможность увеличения сопротивления вертикальных конструкций неограниченной высоты к ветровым нагрузкам в сложных ландшафтных условиях, на пересеченной местности и в труднодоступных местах, за счет установки дополнительной опоры на достаточно близком расстоянии от основания конструкции. При этом не требуется доставка большого количества дополнительных стройматериалов, поскольку в каждом случае дополнительная опора (или система дополнительных опор) может быть выполнена в соответствии с текущими условиями.