Высота мачты и башни связи: как её определить и какую конструкцию выбрать

От чего зависит высота мачты или башни

Высоту не выводят из радиуса покрытия по формуле: радиоинженер оператора задаёт высоты центров антенн, а проектировщик добавляет запас под верх сооружения и проверяет нагрузки. Что на неё влияет:

• зона покрытия: что должно попасть в зону действия — посёлок, трасса или участок; дальность прямой видимости растёт примерно как квадратный корень из высоты, поэтому вдвое более высокая антенна не даёт вдвое большего радиуса;
• рельеф: на возвышенности ту же зону иногда покрывает более низкая башня, а в низине нужна более высокая;
• препятствия: здания, лесополосы, кроны деревьев; радиорелейная трасса должна проходить над ними с запасом, достаточным для первой зоны Френеля, а рост деревьев и новую застройку стоит учесть заранее;
• число и уровни антенн: каждый оператор занимает отдельный уровень, расстояние между уровнями задаёт радиоинженер; свободные уровни выгоднее заложить сразу;
• верх сооружения: над самой высокой антенной нужно место под молниеприёмник и огни;
• участок: размер, соседняя застройка, аэродромы и линии электропередачи поблизости.

Какие классы высот и какие конструкции им соответствуют

Ориентиры по нашим типовым рядам для первичного подбора; окончательную высоту, сечения и фундамент подтверждает расчёт по техническому заданию. Мобильные выдвижные мачты для временного развёртывания — другой класс изделий, здесь их не рассматриваем. Высоту опор освещения и прожекторных мачт выбирают по другим критериям: см. статью Как выбрать высоту опоры освещения и страницу Прожекторные мачты.

Размеры и нагрузки конкретных марок — на страницах Башни связи и Антенные опоры; различия типов — в статье Типы башен связи.

Какие нагрузки растут вместе с высотой

Ветер. С высотой скорость ветра растёт, а плечо силы относительно основания увеличивается, поэтому момент в основании растёт быстрее высоты, а вместе с моментом растут необходимые диаметр стойки, толщина стенки, размеры фланца, анкеров и фундамента. ДБН В.1.2-2:2006 учитывает это коэффициентом высоты и типом местности. Характеристическое значение ветрового давления W0 для областных центров — в статье Ветровые районы Украины.

Гололёд. Лёд на антеннах, кабелях и элементах башни добавляет вес и площадь для ветра; для антенно-мачтовых устройств ДБН В.1.2-2:2006 требует учитывать гололёдно-ветровую нагрузку. На возвышенностях и у больших водоёмов отложения тяжелее. Механику ветра и гололёда на примере линий электропередачи описывает статья Нагрузки на воздушные линии и опоры ЛЭП.

Оборудование. Антенны (в том числе радиорелейные), кабели, площадки и лестницы — это вес и наветренная площадь; для антенн с узкой диаграммой направленности допустимые отклонения верхушки задаёт производитель оборудования. Типовые многогранные башни показывают связь высоты, ветра и площади антенн:

Данные со страницы Башни связи: максимальная площадь оборудования в районе с соответствующим ветровым давлением. Значения для 450, 500 и 550 Па приведены на той же странице; для промежуточного давления берут ближайший больший столбец, а при давлении ниже 400 Па — столбец 400 Па. Для большей площади конструкцию рассчитывают отдельно.

Многогранная или решётчатая: что выбрать в зависимости от высоты

Тип конструкции — второе решение после высоты:

• основание: многогранная башня стоит на одном фундаменте, межосевое расстояние между отверстиями её опорного фланца — 840–1230 мм для башен 25–40 м; решётчатая башня имеет квадратную базу: в ряду АО от 3,28 м (АО-29) до 7,35 м (АО-70) между осями опорных узлов;
• площадь оборудования: типовые многогранные башни 25–40 м рассчитаны на 0,8–3,4 м² в зависимости от ветра, ряд АО — на наветренную площадь оборудования до 12 м² в ветровых районах 1–4; серии разные, поэтому сравнивайте расчёты обоих вариантов;
• ветер: решётка пропускает поток и снижает нагрузку, а многогранная стойка имеет замкнутый профиль;
• монтаж: многогранные секции наращивают вертикально или монтируют целиком из горизонтального положения, решётчатую башню собирают из множества элементов.

До 40 м и на тесном участке сначала рассматривают многогранную башню; выше 40 м, при большом числе антенн или свободном участке сравнивают с решётчатой. На границе решает расчёт обоих вариантов.

Как высота влияет на фундамент и площадку

Чем выше башня, тем больший момент она передаёт на основание, поэтому фундамент рассчитывают на действие момента и продольной силы, а не только на вес. В башнях 25–40 м из нашего ряда крепление — фланец на анкерах: от 12 до 20 болтов диаметром М36–М42.

Тип фундамента многогранной башни зависит от грунтов и нагрузки (сваи-оболочки, буронабивные сваи, монолитное основание), поэтому нужны инженерно-геологические изыскания; подробнее — в статье Проектирование башен связи и антенных мачт. Решётчатую опору крепят фланцем на каждом поясе к монолитному железобетонному фундаменту; армирование и глубину заложения рассчитывают по изысканиям.

Фундаментную закладную заливают до монтажа, её анкеры должны совпадать с отверстиями фланца; принцип показан на примере закладных для опор освещения, прожекторных мачт и контактной сети в статье о фундаментных закладных.

Согласования и маркировка: что выяснить до фиксации высоты

Высокое сооружение — ещё и разрешительный вопрос. Нужны ли световая и дневная маркировка, какой она должна быть и какая высота допустима вблизи аэродромов и воздушных трасс, определяют действующие авиационные нормы, а согласования получают в соответствующих органах. Для антенных опор в проектах обычно предусматривают красно-белую маркировку и заградительные огни на верхушке, но схему каждый раз задают высота и место. До фиксации высоты выясните:

• есть ли поблизости аэродром или воздушная трасса;
• есть ли охранные зоны линий электропередачи, железных дорог, дорог и сетей;
• оформлены ли право на землю и разрешительная документация на строительство согласно законодательству.

Пример: как складывается высота для двух операторов

Допустим, башня будет стоять на окраине посёлка на открытой равнине: два оператора будут покрывать посёлок и участок трассы, третий возможен позже.

• радиоинженер первого оператора определяет высоту антенн, при которой линия до самой дальней точки зоны идёт над лесополосой и крупным зданием с запасом на рост крон;
• антенны второго оператора ставят выше или ниже на расстоянии, которое задаёт радиоинженер; уровень третьего оставляют свободным, а над верхним добавляют место под молниеприёмник и огни — получается высота сооружения;
• результат сравнивают с типовыми высотами: если он лежит между двумя, берут большую или согласовывают более низкие уровни антенн; выше 40 м выбирают между индивидуальной многогранной башней и решётчатой опорой;
• сумму наветренных площадей сопоставляют с площадью, допустимой для башни в этом ветровом районе, а участок проверяют: хватает ли места под стойку или базу, какие грунты, нет ли поблизости аэродрома и охранных зон.