Антенные опоры на крышах зданий: конструкция и крепление к покрытию

Чем крыша отличается от земли

В башне на земле нагрузку принимает фундамент, а за ним грунт. Фундамент подбирают под опору: момент от ветра, вертикальная сила и сдвиг известны, грунт изучен изысканиями (см. Проектирование башен связи).

На крыше роль фундамента играет здание. Оно уже стоит, его конструкции рассчитаны на собственный вес, снег, оборудование на покрытии и людей, и запаса под новую опору может не быть. Поэтому порядок обратный: сначала выясняют, что выдержит покрытие, и под это подбирают опору, а не наоборот.

Есть ещё одно отличие. Ветровое давление растёт с высотой над землёй, и верх опоры на крыше высокого здания стоит в более сильном потоке, чем такая же опора внизу. У края и угла крыши поток местами ещё и ускоряется. Поэтому момент в основании крышной опоры может быть больше, чем кажется по её собственной высоте.

Из чего состоит опора на крыше

Состав тот же, что и у башни на земле (см. Типы башен связи): ствол из секций, опорная плита внизу, площадка, лестница, кронштейны под антенны, молниеприёмник. Отличие в том, что каждый элемент здесь весит на покрытии, поэтому лишнего металла не закладывают.

Какие нагрузки берут в расчёт

Нагрузки те же, что и для башни на земле: ветер на ствол и на антенны, гололёд, собственный вес опоры и оборудования, а также люди на площадке и монтаж. Ветер действует с любой стороны, а гололёд добавляет вес на антеннах, кабелях и кронштейнах и увеличивает площадь, на которую давит ветер. Для антенно-мачтовых устройств ДБН требует учитывать гололёдно-ветровую нагрузку, подробнее в статье Высота мачты и башни связи.

Для расчёта нужны исходные данные: район по ветру и по гололёду, тип местности, высота верхней точки оборудования над землёй (не над крышей), площадь оборудования под ветром и его масса.

Результат расчёта — три величины в основании опоры для каждого сочетания нагрузок. Вертикальная сила сжимает покрытие под плитой. Поперечная сила стремится сдвинуть плиту по покрытию. Изгибающий момент от ветра сжимает покрытие под одним краем плиты и вырывает анкеры с противоположного, а поскольку ветер меняет направление, анкеры рассчитывают по всему кругу. Именно эти три величины передают проектировщику здания.

Как опору крепят к покрытию

Способ выбирают по конструкции покрытия и по тому, можно ли сверлить плиту. Ниже четыре основных варианта; в конкретном проекте они могут сочетаться.

Где опора проходит сквозь кровлю

На лёгких покрытиях из стального профилированного настила нагрузку не передают на сам настил: её доводят до прогонов, ферм и колонн. Если опорная плита ложится на настил, под ней ставят вспомогательную раму, а уже она опирается на несущие элементы.

Там, где ствол или рама пересекает гидроизоляцию, узел согласуют с проектом кровли: плиту поднимают на стакан или подставку, гидроизоляцию заводят на неё. Узел нужно сделать так, чтобы гидроизоляцию можно было восстановить, не снимая опору.

Что проверяет проектировщик здания

Опорные реакции опоры — исходные данные для проверки здания, а не её результат. Проектировщик здания смотрит, выдержат ли конструкции новую нагрузку, и обычно проверяет следующее:

• плиту покрытия: общий изгиб от новой сосредоточенной точки и местные эффекты под опорной плитой, то есть вырыв анкеров и продавливание;
• колонны и стены, на которые опирается покрытие: прирост осевых сил от момента, передаваемого вниз;
• фундаменты и основание под ними: дополнительное давление и неравномерную осадку, особенно у старых зданий;
• поворот и прогиб покрытия: отклонение верхушки опоры складывается из её собственного прогиба и поворота основания, а допустимое значение задаёт производитель антенн;
• фактическое состояние конструкций: коррозия арматуры, трещины, износ, потому что расчёт ведут по тому, что есть, а не по тому, что было в проекте.

Чертежи КМ и КМД опоры и опорного узла разрабатываем мы: проектирование КМ и КМД, изготовление опоры, плит и рам: изготовление металлоконструкций. Проверку и, при необходимости, усиление конструкций здания выполняет проектировщик здания, а мы передаём нагрузки в основании для всех сочетаний. Состояние покрытия и несущих конструкций оценивает техническое обследование, которое выполняется как отдельная услуга. Монтаж выполняет партнёрская строительная компания.

Молниезащита и заземление

Крышная опора обычно самая высокая точка здания, поэтому молния бьёт прежде всего в неё. На здании молниезащита может уже быть, и новая опора меняет картину: её ствол или отдельный токоотвод соединяют с системой молниезащиты здания и её заземлителем. Каким путём пойдёт ток от верхушки до земли и как выравнивают потенциалы между опорой, конструкциями здания и экранами кабелей антенн, определяет проект молниезащиты.

Что делает сама конструкция опоры: ствол как токоотвод, стыки секций, молниеприёмник на верхушке. Это описано в статье Молниезащита башни связи, заземление разобрано в статье Заземление опор, а стальная мачта как молниеприёмник рассмотрена в статье Стальная мачта как молниеприёмник и токоотвод.

Анкерное крепление на неровной плите, под слоем цинка или краски не стоит считать надёжным электрическим соединением без проверки. Лучше предусмотреть отдельную перемычку с проверкой сопротивления.

Цинкование и защита от коррозии

Опору, опорную плиту, раму и крепёж на крыше обычно защищают горячим цинкованием: горячее цинкование. На крыше потом труднее ухаживать за покрытием, поэтому цинкуют до монтажа.

Есть две крышные особенности. У опорной плиты застаивается вода, поэтому узел проектируют так, чтобы она стекала и не стояла на фланце. А там, где оцинкованная сталь касается кровли или других металлов, смотрят на гальваническую пару: например, контакт цинка с медью коррозионно опасен. Зону, где после сверления или сварки повреждён цинк, ремонтируют на месте.

Что передать для расчёта

Для подбора опоры и узла крепления понадобится:

• адрес здания (для ветрового и гололёдного районов), высота здания и высота верха опоры над покрытием;
• перечень антенн: количество, размеры, масса, высота подвеса;
• чертежи или эскизы покрытия: тип плиты или настила, толщина, шаг колонн и прогонов, место, где можно ставить опору;
• результаты обследования покрытия, если оно было;
• способ, которым можно поднять секции на крышу, и можно ли сверлить покрытие.

Чего нет, оставьте пустым: уточним в ходе работы.

Нормативы и действительность

Решения согласовывают с действующими редакциями этих документов (с изменениями): нагрузки и воздействия по ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования», стальные конструкции по ДБН В.2.6-198:2014 «Стальные конструкции. Нормы проектирования», железобетонные конструкции покрытия и узел анкеров в бетоне по ДБН В.2.6-98:2009 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения», надёжность и конструктивную безопасность по ДБН В.1.2-14:2018 «Общие принципы обеспечения надёжности и конструктивной безопасности зданий и сооружений», молниезащиту по ДСТУ EN 62305-3:2021.