Konstrukcje stalowych WIEŻ. Ogólne zasady analiz statyczno-wytrzymałościowych

Wieże stalowe - to wolno stojąca, wspornikowa konstrukcja kratowa o trójkątnym, kwadratowym lub prostokątnym kształcie przekroju albo słup pełnościenny o  przekroju kołowym lub wielobocznym. Rzut pionowy wieży jest zazwyczaj liniowo zbieżny segmentami. Pasy kratownicy wieży nazywamy krawężnikami. Jeżeli wieża w przekroju poprzecznym nie jest trójkątna należy stosować przepony zapewniające geometryczną niezmienność ustroju. Przepony należy stosować nie rzadziej niż co 12-15m , w miejscach przyłożenia sił skupionych ( anteny, galerie widokowe), w każdym załamaniu pasów.

Przeznaczenia:

- antenowe ( telefonia komórkowa, telewizja , przekaźniki itp)

- energetyczne

- konstrukcje wsporcze kominów

-oświetleniowe

-widokowe, dekoracyjne

-odgromowe

Geometria:

Przykładowe segmenty wieży:

Przykładowe wykratowania: Przykładowe przekroje + przepony:

Przykładowe szczegóły połączeń:

Fundament wież projektu się jako stopy lub płyty. Zazwyczaj stosuje się osobne stopy ( bloki kotwiące ) pod każdym krawężnikiem gdyż tego typu rozwiązanie zapewnia większą sztywność konstrukcji niż pojedynczy fundament.

Obciążenia wież stalowych:

• ciężar własny

• obciążenie wiatrem i drgania

• obciążenie użytkowe ( wyposażenie; anteny , nadajniki itp)

• obciążenie termiczne

• obciążenie od oblodzenia ( zwiększa grubość elementów tworzących wieżę a co za tym idzie zwiększa się współczynnik wypełnienia f więc zwiększa się obciążenie od wiatru. Wyznacza się je przy pomocy norm PN-B i zależy ono od rodzaju kształtownika)

• obciążenia sejsmiczne

• szkody górnicze

Eurokod wyróżnia podział wież stalowych ze względu na klasy niezawodności konstrukcji. Wieże w odpowiednich klasach oblicza się z uwzględnieniem właściwych współczynników g_f podanych w normie wieżowej.

Obciążenie wiatrem

Obciążenie wiatrem zależy od

-lokalizacji = strefy wiatrowej

- kategorii terenu

- klasy niezawodności wieży

- Kształtowników z których wykonana jest konstrukcja; płaskościenne , okrągłe (opływ nadkrytyczny) lub okrągłe ( opływ podkrytyczny)

Schematy obciążenia wiatrem zależą od geometrii rzutu pionowego.

Przykład dla wieży o dwóch załamaniach pasów:

Oddziaływanie wiatru na wieże składa się z

- obciążenie średnie

- obciążenie uwzględniając porywy wiatru

Wyznaczając obciążenie wiatrem na wieże dzielimy ją na segmenty obliczeniowe i wyznaczamy współczynnik wypełnienia ściany ( robimy to też w przypadku oblodzenia konstrukcji - wówczas rośnie współczynnik wypełnienia)

Współczynnik wypełnienia f można odczytać nomogramów dla wież trójkątnych, kwadratowych w zależności od współczynnika siły
i rodzaju kształtownika.

Współczynnik siły aerodynamicznej c_f

lub odczytujemy go z nomogramów w zależności od przekroju wieży i współczynnika natarcia wiatru

Współczynnik konstrukcyjny

do jego wyznaczenia potrzebny jest logarytmiczny dekrement tłumienia oraz pierwsza częstość drgań własnych. Pierwszą częstość można wyznaczyć w sposób uproszczony; obciążyć wspornik zastępczy obciążeniem stałym w kierunku poprzecznym i obliczyć strzałkę ugięcia a następnie

Uwaga obciążenie wiatrem lepiej jest obliczać jako intensywność a nie jako siłe tak jak podaje Eurokod.

Uproszczone wymiarowanie konstrukcji:

• Przyjęcie geometrii wieży ; ustalenie wysokości , podziału na sekcje obliczeniowe, ustalenie sposobu wykratowania i ustalenie miejsca w których będą przepony, założenie przekrojów

• Zestawienie obciążeń - jw.

• 
  
  Wyznaczenie zastępczych charakterystyk geometrycznych przekroju
  

• Zastąpienie przestrzennej kratownicy wspornikiem o skokowo zmiennej sztywności

• Wyznaczenie sił wewnętrznych M,V,N jak dla wspornika

• Rozdzielenie obciążenia na kratownicę płaską zgodnie ze schematem:
  
  

• Wyznaczenie sił w poszczególnych prętach
  Krawężniki (pasy)
  , a - średni rozstaw pasów w sekcji, n liczb pasów
  Krzyżulce
  ,
  - kąt nachylenia krzyżulca do poziomu
  Pręty poprzeczne
  
  Przepony
  , gdzie
  - siła ściskająca przeponę.

- przyrost siły poprzecznej między sąsiednimi przeponami.

- siła działająca w krawężniku

• Sprawdzenie SGN jak dla prętów zginanych ze ściskaniem

• Sprawdzenie SGU
  Przemieszczenie poziome wierzchołka
  Kąt obrotu węzła z przymocowaną anteną
  Ugięcia prętów nachylonych pod kątem mniejszym niż
  

---