Високі прожекторні щогли 30–42 м: конструкція, фундаменти й монтаж

Які щогли нашого ряду потрапляють у діапазон 30–42 м

У цьому діапазоні працюють три ряди. Щогли ПМК з мобільною короною мають у типовому ряду висоти 30, 35 і 40 м, щогли ПМВ зі світлом на 360° мають 30 і 34 м, а щогли ПМО з нахиленою короною для спортивних об’єктів починаються від 25 м і за каталогом сягають 55 м, на замовлення можуть бути будь-якої висоти.

Висоти 42 м у типових рядах немає. Таку щоглу розраховуємо й виготовляємо за індивідуальним завданням, у ряду ПМО. Ряди ПМ (12–20 м) і ПМТ (16–20 м) до цього діапазону не доходять.

Чим ряди відрізняються призначенням і кутом світла, описано в статті Яку прожекторну щоглу обрати, а приклад щогли ПМВ-30 із закладною — у статті Прожекторна щогла 30 м. Тут про інше: що змінюється, коли щогла стає вищою за тридцять метрів.

Секції й стики: що додається з висотою

Для перевезення стовбур виготовляють із секцій завдовжки не більше 12 м. Для щогли 30 м це не менше трьох секцій, для 42 м не менше чотирьох. Кожен стик є окремим вузлом, який розраховують і виконують, а не просто місцем, де закінчується одна труба й починається інша.

Секції з’єднують телескопічно або на фланцях. Телескопічний стик тримається на заклинюванні: секції входять одна в одну й на землі стягуються домкратами чи лебідкою до заданого напуску, який контролюють за міткою на секції. Так збирають і високі флагштоки, докладніше в статті про збірку високого флагштока.

У фланцевому стику болти ставлять високоміцні й затягують контрольованим моментом, зазорів між фланцями не лишають. Шви приварювання фланців виконують із повним проваром і перевіряють неруйнівним контролем, найчастіше ультразвуком. Який стик обрати, вирішує розрахунок, а місце під короною і нахилену секцію перевіряють окремо.

Довжина секції пов’язана ще й із цинкуванням: ванна нашого цеху має розміри 13 000 × 1 600 × 3 200 мм, тож секція завдовжки 12 м у неї проходить. Поперечний переріз нижньої секції разом із фланцем теж має вміститися у ванну; це враховують, коли добирають діаметр основи й розмір опорного фланця.

Вітер, момент і відхилення вершини

Момент в основі росте швидше за висоту. У ряді ПМ за вітрового тиску 500 Па й майже однакової допустимої площі приладів (2,53 м² для 12 м і 2,67 м² для 20 м) висота зростає в 1,7 раза, а згинальний момент в основі з 63,21 до 153,63 кН·м, тобто в 2,4 раза. Вище тридцяти метрів цей розрив тільки збільшується.

На спортивних щоглах 35–42 м із десятками прожекторів моменти в основі вимірюють тисячами кН·м. У відомих проєктних рішеннях таких щогл це приблизно від 2000 до 2700 кН·м, що у 13–18 разів більше, ніж у ПМ-20. Порівняння умовне, бо схеми й набори обладнання різні, але порядок величини видно.

Ряд ПМ, каталог «Конструкції для зовнішнього освітлення» (2023): тиск 500 Па, Caer = 1, тип місцевості III, маса обладнання 180 кг. Q — поперечна сила, M — момент в основі. Для щогл 30–42 м навантаження дає розрахунок під ваш вітровий район і набір прожекторів.

Динаміка, ожеледь і зсув вершини

Окремо перевіряють динамічну дію вітру. Висока гнучка щогла коливається від поривів, тому норми навантажень вимагають окремого динамічного розрахунку пульсаційної складової, коли споруда досить гнучка. Ожеледь додає ваги й вітрової площі, тож розрахунок ведуть і на сполучення вітру з ожеледдю.

Друге питання: зсув вершини. Прожектори націлені на майданчик під заданим кутом, і відхилення верху під вітром змінює освітленість. Допустиме відхилення задає світлотехнічне завдання або виробник прожекторів. Значення з таблиць для каркасних будівель на гнучку щоглу автоматично не переносять: у статті про граничні прогини за ДСТУ Б В.1.2-3:2006 розібрано, чого стандарт не охоплює.

Корона: стаціонарна, мобільна чи нахилена

На висоті 30–42 м вибір корони впливає на конструкцію більше, ніж на 12–20 м. Стаціонарна корона нерухомо стоїть на верхній секції, і прилади обслуговують зі щогли. У ПМВ майданчик обслуговування несе до 16 прожекторів по периметру. Мобільна корона ПМК опускається лебідкою: прожектори міняють і юстирують на землі, спецтехніка не потрібна.

У мобільної корони вага корони з прожекторами визначає лебідку й канат, а хід у 30–40 м означає довгий канат і довге спускання, під час якого вітер розгойдує корону. Корона рухається, а блискавкоприймач і струмовідвід мають лишатися надійно з’єднаними: про це в статті про прожекторну щоглу з блискавкоприймачем.

Нахилена корона щогл ПМО відхиляє верхню секцію від вертикалі в бік майданчика, і прожектори стоять уздовж нахиленої площини. Вага корони діє з ексцентриситетом, і це додає момент у нахиленій секції та на її фланці. У відомому прикладі такої щогли заввишки близько 42 м верхня секція нахилена на 15° від вертикалі.

Нахилену корону збирають із прожекторами на землі, піднімають краном окремо від стовбура й садять на фланець верхньої секції. Щоб посадка не потребувала підгонки на висоті, на фланці передбачають напрямні штирі.

Драбина, майданчики й доступ до приладів

На щоглах ПМВ і ПМО до приладів піднімаються драбиною з огорожею, на підйомі є майданчики відпочинку; у ПМО замість огорожі може бути стаціонарна страхувальна система. Нижня частина драбини має люк, що замикається на замок, а ревізійний люк стовбура замикається на болт із секретом. Наявність драбини на щоглі будь-якої серії узгоджують із замовником під час оформлення замовлення, а щоглу без драбини обслуговують з вишки.

На 35–40 м підйом з інструментом є роботою на висоті, і виконують її під час заміни та юстирування прожекторів. Тому вибір між драбиною й мобільною короною, яку опускають на землю, на цих висотах стає одним із перших питань до замовника. Щогли ПМК драбини не мають.

Драбина з огорожею, майданчики й кабельні лотки додають стовбуру вагу та вітрову площу, і їх вводять у розрахунок так само, як прожектори.

Блискавкозахист, заземлення й сигнальне фарбування

Щогла заввишки 30–42 м є найвищим предметом на майданчику, і найімовірніше, саме її уражатиме блискавка. У щоглах ПМВ блискавковідвід входить у конструкцію; зону захисту, переріз струмовідводу й заземлювач розраховують окремо. Основи розібрано в статтях Блискавкозахист щогл і веж та Сталева щогла як блискавкоприймач і струмовідвід.

Поблизу аеродромів секції фарбують у червоно-білий сигнальний колір. Вимоги до фарбування й загороджувальних вогнів залежать від відстані до аеродрому, і їх варто з’ясувати у відповідного органу авіаційного нагляду до замовлення, а не під час приймання.

Анкери й фундамент: що росте разом із висотою

Кільце анкерів росте разом із моментом. У ряді ПМВ від 20 до 34 м кількість анкерів зростає з 16 до 20, а діаметр з М36 до М42; для кожної висоти є своя фундаментна закладна.

Анкерів у кільці багато, і положення кожного має збігатися з отвором у фланці: болти ставлять на двох кондукторах і перевіряють до бетонування. На високій щоглі фланець на місці не підганяють, бо відхилення анкерів переходить у відхилення вертикалі всього стовбура. Деталі розібрано в статтях про фундаментні закладні і анкерні болти.

Тип фундаменту визначає ґрунт, а не висота. На міцному ґрунті трапляється ступінчата плита. У відомому прикладі багатогранної прожекторної щогли близько 30 м така плита має розмір 8 × 8 м, заглиблена приблизно на 3,5 м, на неї йде близько 94 м³ бетону. Для щогли близько 42 м розміри плити в плані лишилися тими самими, а змінилися кільце анкерів (32 болти М48 для 30 м, 40 болтів М48 для 42 м) і армування.

На слабких насипних і водонасичених ґрунтах плиту замінюють палями. В іншому прикладі, багатогранної вежі близько 32 м, це дев’ять буронабивних паль діаметром 600 мм і завдовжки 7 м під залізобетонним ростверком 4,2 × 4,8 м; момент в основі там близько 275 т·м (приблизно 2700 кН·м), рівень підземних вод на глибині 1,15–2,10 м.

Це порядок величин, а не рекомендація: тип і розміри фундаменту дає лише проєкт за результатами вишукувань. Проєкт фундаменту виконуємо за окремим замовленням і за окрему оплату, або лише передаємо навантаження на фундамент, і проєктує його замовник. Що саме передавати, розібрано в статті Фундамент під колону, щоглу чи опору, а загальна логіка типів фундаментів у статті Фундаменти для щогл, веж і опор ЛЕП.

Про крен: кожна тисячна частка крену фундаменту дає на вершині щогли 42 м зміщення 42 мм, до якого додається прогин самого стовбура. Тому допустимий крен фундаменту має сказати той, хто задає точність наведення прожекторів, і вписати його в завдання на фундамент.

Підйом і монтаж щогли

Щоглу 30–42 м піднімають за проєктом виконання робіт (ПВР), який складає монтажна організація. У ньому визначено автокран за вантажопідйомністю на потрібному вильоті, схему стропування, тимчасове розкріплення й небезпечну зону. Монтаж у нас виконує партнерська будівельна компанія.

Стропи кладуть вище центру ваги. Вантаж спершу піднімають на 200–300 мм, щоб перевірити стропування й гальма крана. Люди під вантажем і біля канатів лебідок не перебувають, а роботи на висоті ведуть за нарядом-допуском і зі страхувальним спорядженням.

Межу за вітром, за якою підйом зупиняють, задають паспорт крана й ПВР. Найчутливіша до вітру операція: підйом корони з прожекторами.

Покриття й обслуговування

Щогли захищає гаряче цинкування. Для ПМВ товщина покриття становить 80–120 мкм, а розрахунковий термін служби щогли 40 років.

На високій щоглі найбільше уваги потребують стики й анкери. Болти фланців і анкерні гайки за потреби підтягують після першого періоду експлуатації, бо цинк обтискається. Оглядають також цинк на фланцях і біля землі, люк, драбину та болт заземлення.

Огляд щогли, що вже працює, з оцінкою стану виконуємо як окрему послугу: технічне обстеження. Ознаки зносу металевих опор розібрано в статті про знос і огляд металевих опор.

Що надіслати для розрахунку

Щоб розрахувати щоглу 30–42 м, потрібні:

• висота й тип корони: стаціонарна, мобільна чи нахилена;
• кількість прожекторів, їхні розміри й маса (або паспорт);
• місце будівництва: від нього залежать вітровий район і ожеледь;
• чи потрібні драбина й майданчики обслуговування;
• відстань до аеродрому, якщо вона невелика;
• звіт вишукувань, якщо він уже є, і хто проєктує фундамент: ми чи ви.

Повний перелік є в статті Як замовити опори й щогли. Креслення КМ і КМД розробляємо як послугу проєктування КМ і КМД, щоглу виготовляємо на виробництві металоконструкцій.

Нормативи й чинність

Навантаження й впливи на щоглу визначають за ДБН В.1.2-2:2006 «Навантаження і впливи. Норми проектування» (за даними реєстру Мінрозвитку чинний, зі змінами № 1 і № 2). Конструкції розраховують за ДБН В.2.6-198:2014 «Сталеві конструкції. Норми проектування» (чинний, зі зміною № 1). Основи й фундаменти проєктують за ДБН В.2.1-10:2018 «Основи і фундаменти будівель та споруд. Основні положення». Охорону праці під час монтажу регулює ДБН А.3.2-2:2009 «Охорона праці і промислова безпека у будівництві».

Стаття не замінює розрахунку щогли, проєкту фундаменту й проєкту виконання робіт. Чинну редакцію кожного документа звіряйте перед посиланням у проєкті.