Высокие прожекторные мачты 30–42 м: конструкция, фундаменты и монтаж

Какие мачты нашего ряда попадают в диапазон 30–42 м

В этом диапазоне работают три ряда. Мачты ПМК с мобильной короной имеют в типовом ряду высоты 30, 35 и 40 м, мачты ПМВ с освещением на 360° имеют 30 и 34 м, а мачты ПМО с наклонной короной для спортивных объектов начинаются от 25 м и по каталогу достигают 55 м, на заказ могут быть любой высоты.

Высоты 42 м в типовых рядах нет. Такую мачту рассчитываем и изготавливаем по индивидуальному заданию, в ряду ПМО. Ряды ПМ (12–20 м) и ПМТ (16–20 м) до этого диапазона не доходят.

Чем ряды отличаются назначением и углом света, описано в статье Какую прожекторную мачту выбрать, а пример мачты ПМВ-30 с закладной в статье Прожекторная мачта 30 м. Здесь о другом: что меняется, когда мачта становится выше тридцати метров.

Секции и стыки: что добавляется с высотой

Для перевозки ствол изготавливают из секций длиной не более 12 м. Для мачты 30 м это не менее трёх секций, для 42 м не менее четырёх. Каждый стык является отдельным узлом, который рассчитывают и выполняют, а не просто местом, где заканчивается одна труба и начинается другая.

Секции соединяют телескопически или на фланцах. Телескопический стык держится на заклинивании: секции входят одна в другую и на земле стягиваются домкратами или лебёдкой до заданного нахлёста, который контролируют по метке на секции. Так собирают и высокие флагштоки, подробнее в статье о сборке высокого флагштока.

Во фланцевом стыке болты ставят высокопрочные и затягивают контролируемым моментом, зазоров между фланцами не оставляют. Швы приварки фланцев выполняют с полным проваром и проверяют неразрушающим контролем, чаще всего ультразвуком. Какой стык выбрать, решает расчёт, а место под короной и наклонную секцию проверяют отдельно.

Длина секции связана ещё и с цинкованием: ванна нашего цеха имеет размеры 13 000 × 1 600 × 3 200 мм, поэтому секция длиной 12 м в неё проходит. Поперечное сечение нижней секции вместе с фланцем тоже должно поместиться в ванну; это учитывают, когда подбирают диаметр основания и размер опорного фланца.

Ветер, момент и отклонение вершины

Момент в основании растёт быстрее высоты. В ряду ПМ при ветровом давлении 500 Па и почти одинаковой допустимой площади приборов (2,53 м² для 12 м и 2,67 м² для 20 м) высота растёт в 1,7 раза, а изгибающий момент в основании с 63,21 до 153,63 кН·м, то есть в 2,4 раза. Выше тридцати метров этот разрыв только увеличивается.

На спортивных мачтах 35–42 м с десятками прожекторов моменты в основании измеряют тысячами кН·м. В известных проектных решениях таких мачт это примерно от 2000 до 2700 кН·м, что в 13–18 раз больше, чем у ПМ-20. Сравнение условное, потому что схемы и наборы оборудования разные, но порядок величины виден.

Ряд ПМ, каталог «Конструкции для наружного освещения» (2023): давление 500 Па, Caer = 1, тип местности III, масса оборудования 180 кг. Q: поперечная сила, M: момент в основании. Для мачт 30–42 м нагрузки даёт расчёт под ваш ветровой район и набор прожекторов.

Динамика, гололёд и смещение вершины

Отдельно проверяют динамическое действие ветра. Высокая гибкая мачта колеблется от порывов, поэтому нормы нагрузок требуют отдельного динамического расчёта пульсирующей составляющей, когда сооружение достаточно гибкое. Гололёд добавляет веса и ветровой площади, так что расчёт ведут и на сочетание ветра с гололёдом.

Второй вопрос: смещение вершины. Прожекторы нацелены на площадку под заданным углом, и отклонение верха под ветром меняет освещённость. Допустимое отклонение задаёт светотехническое задание или изготовитель прожекторов. Значения из таблиц для каркасных зданий на гибкую мачту автоматически не переносят: в статье о предельных прогибах по ДСТУ Б В.1.2-3:2006 разобрано, чего стандарт не охватывает.

Корона: стационарная, мобильная или наклонная

На высоте 30–42 м выбор короны влияет на конструкцию больше, чем на 12–20 м. Стационарная корона неподвижно стоит на верхней секции, и приборы обслуживают с мачты. У ПМВ площадка обслуживания несёт до 16 прожекторов по периметру. Мобильная корона ПМК опускается лебёдкой: прожекторы меняют и юстируют на земле, спецтехника не нужна.

У мобильной короны вес короны с прожекторами определяет лебёдку и канат, а ход в 30–40 м означает длинный канат и долгое спускание, во время которого ветер раскачивает корону. Корона движется, а молниеприёмник и токоотвод должны оставаться надёжно соединёнными: об этом в статье о прожекторной мачте с молниеприёмником.

Наклонная корона мачт ПМО отклоняет верхнюю секцию от вертикали в сторону площадки, и прожекторы стоят вдоль наклонной плоскости. Вес короны действует с эксцентриситетом, и это добавляет момент в наклонной секции и на её фланце. В известном примере такой мачты высотой около 42 м верхняя секция наклонена на 15° от вертикали.

Наклонную корону собирают с прожекторами на земле, поднимают краном отдельно от ствола и сажают на фланец верхней секции. Чтобы посадка не требовала подгонки на высоте, на фланце предусматривают направляющие штыри.

Лестница, площадки и доступ к приборам

На мачтах ПМВ и ПМО к приборам поднимаются по лестнице с ограждением, на подъёме есть площадки отдыха; у ПМО вместо ограждения может быть стационарная страховочная система. Нижняя часть лестницы имеет люк, запирающийся на замок, а ревизионный люк ствола запирается на болт с секретом. Наличие лестницы на мачте любой серии согласовывают с заказчиком при оформлении заказа, а мачту без лестницы обслуживают с вышки.

На 35–40 м подъём с инструментом является работой на высоте, и выполняют её при замене и юстировке прожекторов. Поэтому выбор между лестницей и мобильной короной, которую опускают на землю, на этих высотах становится одним из первых вопросов к заказчику. У мачт ПМК лестницы нет.

Лестница с ограждением, площадки и кабельные лотки добавляют стволу вес и ветровую площадь, и их вводят в расчёт так же, как прожекторы.

Молниезащита, заземление и сигнальная окраска

Мачта высотой 30–42 м является самым высоким предметом на площадке, и скорее всего, именно её будет поражать молния. У мачт ПМВ молниеотвод входит в конструкцию; зону защиты, сечение токоотвода и заземлитель рассчитывают отдельно. Основы разобраны в статьях Молниезащита мачт и башен и Стальная мачта как молниеприёмник и токоотвод.

Вблизи аэродромов секции красят в красно-белый сигнальный цвет. Требования к окраске и заградительным огням зависят от расстояния до аэродрома, и их стоит выяснить у соответствующего органа авиационного надзора до заказа, а не при приёмке.

Анкеры и фундамент: что растёт вместе с высотой

Кольцо анкеров растёт вместе с моментом. В ряду ПМВ от 20 до 34 м количество анкеров растёт с 16 до 20, а диаметр с М36 до М42; для каждой высоты есть своя фундаментная закладная.

Анкеров в кольце много, и положение каждого должно совпадать с отверстием во фланце: болты ставят на двух кондукторах и проверяют до бетонирования. На высокой мачте фланец на месте не подгоняют, потому что отклонение анкеров переходит в отклонение вертикали всего ствола. Подробности разобраны в статьях о фундаментных закладных и анкерных болтах.

Тип фундамента определяет грунт, а не высота. На прочном грунте встречается ступенчатая плита. В известном примере многогранной прожекторной мачты около 30 м такая плита имеет размер 8 × 8 м, заглублена примерно на 3,5 м, на неё идёт около 94 м³ бетона. Для мачты около 42 м размеры плиты в плане остались теми же, а изменились кольцо анкеров (32 болта М48 для 30 м, 40 болтов М48 для 42 м) и армирование.

На слабых насыпных и водонасыщенных грунтах плиту заменяют сваями. В другом примере, многогранной башни около 32 м, это девять буронабивных свай диаметром 600 мм и длиной 7 м под железобетонным ростверком 4,2 × 4,8 м; момент в основании там около 275 т·м (примерно 2700 кН·м), уровень подземных вод на глубине 1,15–2,10 м.

Это порядок величин, а не рекомендация: тип и размеры фундамента даёт только проект по результатам изысканий. Проект фундамента выполняем по отдельному заказу за отдельную плату, а чаще всего лишь передаём нагрузки на фундамент, и проектирует его заказчик. Что именно передавать, разобрано в статье Фундамент под колонну, мачту или опору, а общая логика типов фундаментов в статье Фундаменты для мачт, башен и опор ЛЭП.

О крене: каждая тысячная доля крена фундамента даёт на вершине мачты 42 м смещение 42 мм, к которому добавляется прогиб самого ствола. Поэтому допустимый крен фундамента должен назвать тот, кто задаёт точность наведения прожекторов, и вписать его в задание на фундамент.

Подъём и монтаж мачты

Мачту 30–42 м поднимают по проекту производства работ (ППР), который составляет монтажная организация. В нём определены автокран по грузоподъёмности на нужном вылете, схема строповки, временное раскрепление и опасная зона. Монтаж у нас выполняет партнёрская строительная компания.

Стропы кладут выше центра тяжести. Груз сначала поднимают на 200–300 мм, чтобы проверить строповку и тормоза крана. Людей под грузом и у канатов лебёдок не бывает, а работы на высоте ведут по наряду-допуску и со страховочным снаряжением.

Предел по ветру, при котором подъём останавливают, задают паспорт крана и ППР. Самая чувствительная к ветру операция: подъём короны с прожекторами.

Покрытие и обслуживание

Мачты защищает горячее цинкование. Для ПМВ толщина покрытия составляет 80–120 мкм, а расчётный срок службы мачты 40 лет.

На высокой мачте больше всего внимания требуют стыки и анкеры. Болты фланцев и анкерные гайки при необходимости подтягивают после первого периода эксплуатации, потому что цинк обжимается. Осматривают также цинк на фланцах и у земли, люк, лестницу и болт заземления.

Осмотр уже работающей мачты с оценкой состояния выполняем как отдельную услугу: техническое обследование. Признаки износа металлических опор разобраны в статье об износе и осмотре металлических опор.

Что прислать для расчёта

Чтобы рассчитать мачту 30–42 м, нужны:

• высота и тип короны: стационарная, мобильная или наклонная;
• количество прожекторов, их размеры и масса (или паспорт);
• место строительства: от него зависят ветровой район и гололёд;
• нужны ли лестница и площадки обслуживания;
• расстояние до аэродрома, если оно небольшое;
• отчёт изысканий, если он уже есть, и кто проектирует фундамент: мы или вы.

Полный перечень есть в статье Как заказать опоры и мачты. Чертежи КМ и КМД разрабатываем как услугу проектирования КМ и КМД, мачту изготавливаем на производстве металлоконструкций.

Нормативы и действительность

Нагрузки и воздействия на мачту определяют по ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования» (по данным реестра Минразвития действует, с изменениями № 1 и № 2). Конструкции рассчитывают по ДБН В.2.6-198:2014 «Стальные конструкции. Нормы проектирования» (действует, с изменением № 1). Основания и фундаменты проектируют по ДБН В.2.1-10:2018 «Основания и фундаменты зданий и сооружений. Основные положения». Охрану труда при монтаже регулирует ДБН А.3.2-2:2009 «Охрана труда и промышленная безопасность в строительстве».

Статья не заменяет расчёта мачты, проекта фундамента и проекта производства работ. Действующую редакцию каждого документа сверяйте перед ссылкой в проекте.