Введение (стр. 1 )

Введение

В данном реферате представлен оптимизационный расчет башни.

Цель расчёта: выяснить, какая башня трёхгранная или четырёхгранная является более экономичной с точки зрения расхода стали. При этом, ширина грани должна оставаться неизменной.

1.  Описание существующей конструкции

Для оптимизационного расчета принимаем металлическую башню следующей конфигурации.

Башня Н=60,00 м представляет собой трехгранную, пространственную, решетчатую опору, конструкция которой:

- от отметки 0,000 до отметки +50,000 является усечённой пирамидой с основанием изменяющимся по линейному закону снизу вверх от 6500 до 1500 мм;

- от отметки +50,000 до отметки +60,000 призмой с шириной грани 1500 мм.

Конструктивно ствол башни состоит из шести сварных секций длиной 10000 мм. Стык поясов секций осуществляется с помощью фланцев на болтах.

Монтажные секции состоят из стальных прокатных элементов:

- пояса – труба;

- элементы решётки – квадратная труба и уголковый профиль.

Типоразмеры представлены в таблице 1.

Таблица 1: Типоразмеры элементов башни

Секции	Пояса	Распорки	Раскосы	Шпренгели	Связи, диафрагмы
Распорки	Раскосы
С6	Æ194х10	кв. тр.50х4	кв. тр.80х4	-	кв. тр.50х4	кв. тр.50х4
С4	Æ194х8	-	кв. тр.70х4	-	-	-
С4	Æ168х6.5	кв. тр.60х4	кв. тр.60х4	-	-	40х60х4, уголок 50х5
С3	Æ159х6	кв. тр.50х4	кв. тр.50х4	-	-	уголок 50х5
С2	Æ114х6	кв. тр.40х4	кв. тр.40х4	-	-	уголок 50х5
С1	Æ89х6	кв. тр.40х4	кв. тр.40х4	-	-	-

Решение опорной части башни жесткое защемление. Схема башни представлена на рисунке 1.

В целях упрощения расчёта технологическую нагрузку зададим условно и представим его в таблице 2.

Таблица 2: Характеристики установленного на башне оборудования

№	Тип антенны	Кол-во	Масса одной антенны (блока) с учётом веса трубостойки/кронштейна, кг	Площадь одной антенны (блока), м2	Высота подвеса (от уровня земли), м
1	Панельная антенна	3 шт.	24,0+23,0=47,0	0,69	+60,000
2	Блок питания панельной антенны	6 шт.	40+6,2=46,2	0,26	+60,000
3	Антенна РРЛ ø0,6 м	3 шт.	15,0+23,0=38,0	0,30	+55,000

От антенн идёт пояс питающих фидеров(проводов), который необходимо учесть в расчёте. В целях упрощения расчёта примем пояс фидеров постоянной ширины – 150 мм. Элементы лестницы и площадок учтём путём увеличения суммарной площади поверхности элементов расчётного участка на 15%.

Башня находится во II ветровом районе, местность - А.

2.  Расчет существующей конструкции

2.1.  Сбор нагрузок

На башню действуют постоянные и временные нагрузки.

Постоянные – собственный вес башни, вес оборудования.

Временные – ветровая нагрузка.

2.2.  Постоянные нагрузки

Постоянные – собственный вес башни, вес оборудования.

Собственный вес башни прикладываем к расчётной схеме башни автоматизировано в ходе её расчёта в программном комплексе «Лира 9.6». При этом вводится коэффициент надёжности по нагрузке [1; таблица 1].

Коэффициент надёжности по нагрузке для веса оборудования принимаем [1; таблица 2].

2.2.1.  Временные нагрузки

Расчёт ветровых нагрузок производится по методике СП 20.13330.2011. Нагрузки складываются из средних и пульсационных составляющих. Нормативные значения средней составляющей Wm приведены к сосредоточенным узловым нагрузкам и определяются в зависимости от расчётной площади z-го участка Аz по формуле:

Размеры расчётных участков соответствуют размерам секций. Расчётные значения вычисляются с коэффициентом надёжности по нагрузке [1; пункт 11.1.12]. Для второго ветрового района w0 = 30кгс/м2 [1; таблица 11.1] коэффициент kz принимается по таблице 11.2 [1] для типа местности А; аэродинамический коэффициент ct определяется по приложению Д [1].

Далее покажем методику определения коэффициента .

Аэродинамический коэффициент плоской конструкции определяется по формуле:

Здесь SAi – суммарная площадь поверхности элементов расчётного участка, увеличенная на 15% (фасонки, фланцы, и прочие неучтённые элементы), Az – площадь его контура. Коэффициенты cxi для профильных элементов ствола, лестницы, антенн принимаются равными 1,4, для круглых элементов – 1,2. Для трубчатых элементов диаметром d и ветровой площадью Ai = dnl сначала вычисляли коэффициенты cx¥ по графику в зависимости от числа Рейнольдса Re = 0.88d(w0kzgf )1/2×105 при соответствующих значениях коэффициента kz на средней высоте секции`z, а также в зависимости от отношения 0.001/d.

Пространственность конструктивной системы ствола учитывается формулой:

. Коэффициент h определяли в зависимости от отношения и коэффициента (коэффициент заполнения решётки). При давлении ветра на грань башни принимается коэффициент k1 = 0.9.

Также учитывается увеличение коэффициента сх от действия фидеров по формуле: .

Расчёт всех вышеперечисленных коэффициентов и узловых нагрузок сводим в таблицу 3.

Сбор ветровой нагрузки на оборудование, установленное на башне, производится аналогичным образом, за исключением выбора аэродинамического коэффициента. Аэродинамический коэффициент для оборудования принимается равным 1,4. Также стоит отметить, что площадь антенн учтена в расчете оптимизировано, с коэффициентом k=0.8, учитывающим взаимное затенение антенн и углы поворота антенн к расчетному направлению ветра. Величина коэффициента затенения определена графически, при моделировании расчетного ветрового потока к антенному оборудованию.

Сбор ветровой нагрузки, действующей на оборудование башни, представлен в таблице 4.

Таблица 4: Сбор ветровой нагрузки на оборудование

№	Наименование оборудования	Кол-во	Общая площадь, м2	Общая масса, кг	Высота подвеса, м	Kz	Cx	W, кгс
1	Панельная антенна	3	1.66	141	60	1.700	1.400	165.534
2	Блок питания панельной антенны	6	1.25	277.2	60	1.700	1.400	124.750
3	Антенна РРЛ ø0,6 м	1	0.24	114	55	1.650	1.400	23.285

2.3.  Основные положение поверочного расчета

Согласно пунктов 6.2 и 6.4 [1] для получения усилий в расчётных сечениях принимаем следующее сочетание нагрузок:

У=П+В

У – усилие в элементе;

П – усилие в элементе от постоянных нагрузок;

В – усилие в элементе от ветровой нагрузки.

В расчёте учитываются жесткостные характеристики профильных элементов при модуле упругости стали Е = 2.1×106 кгс/см2 и модуле сдвига G = 0.81×106 кгс/см2.

Для трубчатых элементов принята сталь марки 09Г2С с расчётным сопротивлением Ry=3400кгс/см2[2; таблица 51,а].

2.4.  Результаты поверочного расчета

Расчёт башни выполнен в вычислительном комплексе «Лира 9.6» с учётом динамического действия пульсаций ветровой нагрузки.

В результате расчёта на динамическое действие масс конструкций и статического давления ветра получены значения частот собственных колебаний. Так как f3 = 4,32Гц больше предельного значения fl = 3,4Гц, в расчётах учитываются 2 формы собственных колебаний.

Максимальное линейное перемещение верхнего узла ствола башни на высоте 20м (от нормативных нагрузок) составляет 0,191м, что соответствует высоты сооружения.

Получены расчётные усилия в элементах опоры, с учётом наиболее неблагоприятного сочетания нагрузок. Усилия представлены в таблице 5.

Таблица 5: Усилия в элементах опоры

Секция	Элементы	Сжатие, тс	Растяжение, тс
С6	Пояса (низ, верх)	46,364	42,878		40,207	37,691
Распорки	0,247			0,273
Раскосы (низ, верх)	1,617 (опорный)	1,477	1,353	1,394 (опорный)	1,477	1,298
С5	Пояса	39,091
Раскосы (низ, верх)	1,546	1,358		1,522	1,331
С4	Пояса	31,668			28,465
Раскосы (низ, верх)	1,213	0,957		1,125	0,870
С3	Пояса	23,642			21,427
Распорки	0,458			0,523
Раскосы (низ, верх)	1,148	0,882		1,075	0,800
С2	Пояса	16,204			14,785
Распорки (низ, верх)	0,345	0,535	0,890	0,376	0,510	0,758
Раскосы (низ, верх)	0,765	0,986		0,761	0,876
С1	Пояса	8,763			7,938
Распорки	0,567			0,610
Раскосы	1,189			1,188

Произведём проверку прочности/устойчивости поясов, раскосов и распорок на максимальные расчётные усилия, указанные в таблице 5.