نقاش البرج: دليل المهندس الميداني للاختيار, التصميم, ولماذا تسقط الأشياء

ينظر, يمكنك قراءة جميع الكتيبات اللامعة من الشركات المصنعة. يمكنك تشغيل كل حزمة تحليل العناصر المحدودة المتوفرة في السوق حتى تشتعل النيران في محطة العمل الخاصة بك. ولكن في نهاية اليوم, إقامة برج - والاحتفاظ به لمدة عشرين, ثلاثون عامًا - ينزل إلى العرق, الأوساخ, وجرعة صحية من جنون العظمة. يسمونني مهندس إنشائي كبير الآن. عنوان خيالي. لكنني ما زلت أفكر في نفسي كرجل يجب عليه التوقيع “كما بنيت” الرسومات ثم الوقوف في الجزء السفلي من الشيء بينما يقوم الطاقم برفع هوائي يبلغ وزنه 200 رطل في رياح تبلغ سرعتها 30 عقدة.

لذا, تريد أن تعرف المزيد عن اختيار البرج وتصميم محطات الاتصالات الأساسية? جيد. اسحب الصندوق. دعونا نتحدث.

لا يتعلق الأمر فقط باختيار أطول سارية في الكتالوج. إنه زواج بين ما RF (تردد الراديو) المخططين يريد وما الفيزياء, مجلس تقسيم المناطق المحلية, وسوف ميزانيتك يسمح. نحن الحكام في تلك المعركة.

السؤال الأول: الدعم الذاتي, أرشد, أو احتكار?

هذا هو الأول, والأهم, شوكة في الطريق. إنها ليست مجرد جماليات; يتعلق الأمر بالبصمة, حمل, والتكلفة. لقد رأيت مشاريع تخرج عن مسارها لأن شخصًا ما اختار احتكارًا جميلًا عندما كان البرج النفعي هو الشيء الوحيد الذي يمكنه التعامل مع حمل الرياح.

وهنا الانهيار, من دفتر ملاحظاتي:

نوع البرج	نطاق الارتفاع النموذجي	الايجابيات	سلبيات	شعوري الغريزي / ملاحظة ميدانية
الدعم الذاتي (شعريه)	30م – 120م+	قدرة عالية, العديد من المستأجرين, بصمة صغيرة نسبيا (3 أو 4 الساقين). قاسٍ.	ارتفاع تكلفة المواد, يتطلب المزيد من الأراضي من احتكار, فرض بصريا.	العمود الفقري لهذه الصناعة. إذا كان لديك الأرض والميزانية, عادةً ما يكون هذا هو الخيار الأكثر إثباتًا للمستقبل. نحن نسميهم “أسرة ذات أربعة أعمدة.”
جايد ماست	60م – 600م+	الأكثر اقتصادا للارتفاعات العالية جدا, أخف وزنا.	ضخم البصمة الأرضية لمراسي الرجل, عرضة للتخريب (تسلق الرجال هو رغبة الموت), أقل صلابة (مزيد من التأثير).	لدي علاقة حب وكراهية مع هؤلاء. إنها حلول أنيقة للبث أو التغطية واسعة النطاق. لكنني رأيت أيضًا أحدها يسقط في عاصفة ثلجية بسبب فشل سلك شدّاد. حقل المرساة هو منطقة مقدسة، أبقِ الحفارين بعيدًا.
احتكار	10م – 50م	أصغر بصمة (عظيم للحضرية), يفضل جماليا (“سارية العلم” أسلوب), أسرع في التثبيت.	قدرة محدودة, انحراف أعلى (يتأرجح أكثر), من الصعب التسلق داخليا (إذا جوفاء), تكاليف الأساس يمكن أن تكون ضخمة.	المحارب الحضري. مثالية للاختباء على مرأى من الجميع. لكن تذكر, الذي - التي “سارية العلم” هو ناتئ عملاق. يتم نقل كل القوة إلى نقطة واحدة في الأرض. يجب أن يكون هذا الرصيف الخرساني مثاليًا تمامًا.

القضية في نقطة: قبل بضع سنوات, كنا نقوم بترقية الموقع خارج أوستن لشركة نقل كبرى. كان الموقع على ارتفاع 120 قدمًا احتكار, بلغ الحد الأقصى بالفعل. أراد العميل إضافة لوحة 5G mmWave جديدة ضخمة ومجموعة من رؤوس الراديو عن بعد. عاد تحليل حمل الرياح باللون الأحمر. كان مونوبول يفشل في الانحراف. لقد أصاب العميل نوبة - لقد أحبوا البصمة الصغيرة. انتهى بنا الأمر إلى تصميم قفص خارجي ضخم وأساس رصيف حلزوني لتقوية القاعدة. كلفهم ذلك ثلاثة أضعاف ما كان سيكلفونه لو قاموا للتو بتقديم مؤيد نحيف منذ البداية. لقد ركزوا على مشكلة اليوم, ليس العام المقبل.

الشيطان في التفاصيل: معلمات التصميم (ال “لماذا”)

لذا, لقد اخترت نوع البرج الخاص بك. الآن علينا أن نتأكد من أنه لا يمكن طيه مثل الكرسي الرخيص. هذا هو المكان الذي تصبح فيه الهندسة محببة. نحن لا نرسم صورًا جميلة فقط; نحن نحدد مجموعة من القواعد للرياح, الجليد, والصلب لمتابعة.

1. الأحمال: لا يقتصر الأمر على وزن البرج فقط
نحن نعيش بالصيغة: الحمولة الإجمالية = الحمولة الميتة + تحميل مباشر + الحمل البيئي.

• تحميل ميت (د): وزن البرج نفسه. بسيط, ولكن ليس تافهة.

• تحميل مباشر (L): الأشياء التي تضعها عليه. هوائيات, الكابلات المحورية, أدلة الموجات, دروع الجليد, سلالم, منصات. أقوم دائمًا بإضافة عامل الهراء هنا. أنا أسميها “حلوى المستأجر المستقبلي.” مخططو الترددات اللاسلكية متفائلون. سيخبرونك أنهم يضعون ثلاثة هوائيات. في خمس سنوات, سيكون لديهم ثمانية, بالإضافة إلى طبق ميكروويف موجه نحو برج المياه. تصميم للتوسع, أو ستعود مع جهاز اللحام لاحقًا.

• الحمل البيئي (دبليو للرياح, تي للثلج): هذا هو المكان الذي نكسب فيه أموالنا.

يخضع حمل الرياح للصيغة الكلاسيكية:

$$F={ف}_{ض}\ast G\ast C_F\ast {ا}_{\mathrm{البريد}}$$F=فض​∗G∗CF​∗االبريد​

دعونا نحلل ذلك كما لو كنا في الموقع:

• ${ف}_{ض}$

  فض​ هو ضغط السرعة. يعتمد ذلك على سرعة الرياح الأساسية لديك (من قوانين البناء المحلية, مثل ASCE 7 في الولايات المتحدة), ولكن تم تعديله ليناسب الارتفاع فوق سطح الأرض وفئة التعرض. هل هذا البرج في وسط مدينة دالاس (التعرض B مع جميع المباني) أو في سهول كانساس (التعرض ج, مع عدم وجود شيء لإبطاء الريح)? فرق كبير.

• $G$

  G هو عامل تأثير العاصفة. يتعامل المؤيد الذاتي القوي مع العاصفة بشكل مختلف عن احتكار القطب المرن. نحن نحسب هذا لحساب السوط الديناميكي للريح.

• $C_F$

  CF​ هو معامل القوة. أساسًا, عامل الشكل. احتكار مستدير لديه أقل

  $C_F$

  CF​ من برج حديدي ذو زاوية شبكية. يغير الجليد شكله بالكامل، حيث يتحول العضو المستدير إلى لوح مسطح يمكن أن تمسك به الريح.

• ${ا}_{\mathrm{البريد}}$

  االبريد​ هي المنطقة المتوقعة. ال “منطقة الشراع” من كل تلك الهوائيات والبرج نفسه.

هذه هي الحقيقة التي لم يعلموك إياها: غالبًا ما يكون الجليد أكثر رعبًا من الرياح. يمكن أن يؤدي الحمل الجليدي الشعاعي مقاس 1/2 بوصة إلى مضاعفة المساحة الفعالة للأعضاء والكابلات الهيكلية لديك. الآن الرياح تعمل على أكبر من ذلك بكثير, أثقل, كائن غريب الشكل. علينا أن نتحقق من البرج (ا) وزن الجليد (ميت + جليد), و (ب) حمل الرياح على الهيكل المثلج. غالبًا ما يحكم هذا المزيج التصميم في الولايات الشمالية. لقد قمت بعمل في مينيسوتا ذات مرة حيث كان الكود يتطلب حمل ثلج بقياس 1 بوصة مع الرياح المتزامنة. لقد كان وحشا.

2. المؤسسة: حيث يلتقي المطاط بالطريق (حرفياً)
لا يهمني مدى الكمال الفولاذ الخاص بك; إذا تحركت الأرض, برجك خردة. نحن نعتمد بشكل كبير على التقارير الجيوتقنية. لا يمكنك تخطي هذا.

للحصول على احتكار قياسي بطول 80 قدمًا, قد نقوم بتصميم رصيف بسيط محفور بلوحة قاعدة وصواميل تسوية.

$${م}_{\mathrm{ال}\mathrm{الخامس}\mathrm{البريد}ص\mathrm{تي}شصن\mathrm{أنا}نز}=F_{ث\mathrm{أنا}ند}\ast H_{اصم}$$مالالخامسيكونتيشصلز​=Fثفيد​∗Hاصم​

يجب مقاومة لحظة الانقلاب هذه عند القاعدة من خلال ضغط التربة السلبي على الرصيف ووزن الخرسانة وسدادة التربة. صيغة العمق المطلوب (د) هو تكراري, لكنه غالبًا ما يتلخص في توازن اللحظات:

$$د\ge \sqrt[3]{\frac{2.34\ast {م}_{\mathrm{ال}}}{S\ast ب}}$$د≥3S∗ب2.34∗مال​​​

أين

$S$S هو ضغط التربة المسموح به و

$ب$ب هو قطر الرصيف.

لمؤيد ذاتي كبير, نحن نتحدث عن قواعد انتشار ضخمة أو أغطية كومة. كل ساق تجلس على كتلة ضخمة من الخرسانة, مرتبطة مع الحزم الصف. لقد رأيت ذات مرة مجموعة من الرسومات حيث تجاهل تصميم الأساس وجود منسوب مياه مرتفع. بعد ستة أشهر من التثبيت, استقرت إحدى القدمين بمقدار ست بوصات. وكان البرج يميل بشكل واضح. كان علينا أن ندعم الأمر برمته باستخدام أكوام صغيرة. ا $50,000 geotech report would have saved a $500,000 يصلح.

اختيار المواد: قصص الصلب

نحن نستخدم الفولاذ. على وجه التحديد, نحن نعيش في عالم ASTM A36 وA572 Grade 50. ولكن ليس كل الفولاذ متساوٍ.

• الجلفنة هو الله. إن الجلفنة بالغمس الساخن وفقًا لمعيار ASTM A123 هو ديننا. طلاء الزنك هذا هو الشيء الوحيد الذي يقف بين هذا البرج الجميل وكومة من الغبار الأحمر. أنا أتفقد الجلفنة مثل الصقر. أي البقع العارية, أي “رمادي” بقع حيث لم يأخذ الزنك? هذه نقطة فشل خلال خمس سنوات. أتذكر أحد الموردين الذي كان يحاول توفير المال عن طريق استخدام “كما توالت” الصلب لتدعيم الأعضاء في موقع ساحلي في فلوريدا. لقد رفضنا الشحنة بأكملها. كان الهواء المالح سيأكله خلال عقد من الزمن.

• مسامير عالية القوة. نحن نستخدم مسامير ASTM A325 أو A490. والتثبيت أمر بالغ الأهمية. لا يمكنك فقط هزهم بمسدس تأثير حتى يصدروا صريرًا. هناك مواصفات التوتر. لمسامير A325, نحن نستخدم “بدوره من الجوز” طريقة. لقد احتضنتهم, ثم أعطهم دورة جزئية محددة للحث على قوة التثبيت الصحيحة. اتصال فضفاض يسمح بالحركة. الحركة تخلق التآكل. التآكل يخلق الفشل.

ال “كيفية حل الفشل” العقلية

لا يمكنك منع كل الإخفاقات. ولكن يمكنك هندسة التدهور اللطيف واكتشاف المشكلات مبكرًا.

• التكرار: في برج شعرية, لديك مسارات تحميل متعددة. إذا فشلت دعامة قطرية واحدة, يمكن للأعضاء الآخرين في كثير من الأحيان إعادة توزيع الحمل مؤقتًا. نحن نصمم لهذا. احتكار القطب لا يوجد لديه التكرار. صدع واحد, وانتهت اللعبة.

• تصميم الاتصال: تحدث حالات الفشل دائمًا تقريبًا عند الاتصالات. اللحام بين الساق ولوحة مجمعة. مجموعة البراغي التي تربط حامل الهوائي بالأنبوب. نحن نصمم الاتصالات لتكون أقوى من الأعضاء الذين ينضمون إليهم. هذا هو “شعاع قوي عمود ضعيف” الفلسفة المطبقة على الأبراج.

• نقطة الجبل: هذا هو غيظ حيواني الأليف. جبل الأنابيب للهوائي. لقد رأيت تصميمات حيث يتم وضع هوائي ثقيل على ارتفاع مترين من ساق البرج على أنبوب رقيق الجدار. إن النفوذ الديناميكي في العاصفة هو أمر جنوني. لحظة الانحناء عند قاعدة هذا الجبل هي:

$$م=F_{ان\mathrm{تي}\mathrm{البريد}ننا}\ast L_{اصم}$$م=Fاتيالبريدنانا​∗Lاصم​

نحن بحاجة إلى التحقق من هذا التثبيت للتواء محلي والمسامير للقص والتوتر الوقت ذاته. إنه الجزء الأكثر نسيانًا في التصميم.

أحدث الاتجاهات ولمحة عن المستقبل

جهازي اللوحي مليء بالملاحظات من المؤتمرات والمشاريع الأخيرة. إليك ما يدور في ذهني الآن:

1. 5G هي مشكلة الوزن: تلك الوحدات الهوائية النشطة الجديدة (وحدات الكميات المسندة) ثقيلة. إنهم يجمعون بين الهوائي والراديو في صندوق واحد. وهم كبار. نحن نرى مواقع تضاعف فيها حمل المعدات المخطط له بين عشية وضحاها. يتعين علينا إعادة تقييم آلاف الأبراج الحالية. الصناعة تتدافع.

2. العمارة المخفية: المدن تزداد صرامة. نحن نفعل المزيد “أحادية النخيل” الأشجار (البشعة, في رأيي) و “برج الكنيسة” يخفي. إنه تحدي تصميمي مثير للاهتمام، وهو كيفية الحفاظ على السلامة الهيكلية مع جعلها تبدو وكأنها جذع شجرة أو مدخنة من الطوب.

3. التوائم الرقمية & مراقبة الذكاء الاصطناعي: لقد بدأنا في وضع أجهزة استشعار على الأبراج المهمة، وهي أجهزة قياس الضغط, مقاييس التسارع, الميل. هذا يخلق “التوأم الرقمي.” يمكننا أن نرى كيف يتصرف البرج في عاصفة حقيقية ونقارنه بنماذجنا. كان لدينا مشروع في شيكاغو حيث قمنا بتجهيز أداة طويلة, برج نحيل. انحراف العالم الحقيقي يطابق نموذجنا الداخلي 2%. كان ذلك يوما جيدا. ويخبرنا أن افتراضاتنا صحيحة.

4. علم المواد: أرى المزيد من الحديث عن الفولاذ عالي الأداء وحتى البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP) للمنصات والسلالم. لا تصدأ. إنها غير موصلة للكهرباء. ولكن هل يمكن أن يتحمل الأشعة فوق البنفسجية والبرد? الوقت سيخبرنا.

كلمة أخيرة حول الموثوقية (الجدارة بالثقة)

تريد برج موثوق? دفع ثمن التفتيش. ليس فقط التصميم, ولكن التفتيش البناء.

• عزم الدوران الترباس: لقد رأيت أطقمًا تترك البراغي مشدودة. نقوم بإجراء فحوصات عشوائية لعزم الدوران.

• السباكة: بعد الانتصاب, نتسلقه ونفحصه باستخدام المزواة. ينبغي أن يكون في الداخل 1:500 (لكل 500 قدم الارتفاع, يمكن أن يكون خارج 1 قدم). إذا كان يميل أكثر من ذلك, هناك خطأ ما في الأساس أو التجميع الأولي.

• الصعود الأول: الاختبار الأكثر صدقا. أنا أتسلق كل برج أقوم بتصميمه, على الأقل في السنوات القليلة الأولى من حياتي المهنية. تشعر بالاهتزاز. ترى الاتصالات عن قرب. تسمع الريح في الرجال. إنه منظور لا يمكنك الحصول عليه من شاشة الكمبيوتر.

لذا, هذا هو الطويل والقصير منه. تصميم البرج ليس سحراً. إنه حذر, بجنون العظمة, والتطبيق القائم على الخبرة للفيزياء وعلوم المواد. يتعلق الأمر بالسؤال “ماذا إذا” حتى نفاد الإجابات. لأنه عندما تكون 200 قدم لأعلى, الانشقاق على قطعة من المعدات بمليون دولار, آخر شيء تريد أن تتساءل عنه هو ما إذا كان الرجل في المكتب قد أجرى حساباته بشكل صحيح. اتريد يعرف لقد فعل. وهذه هي الثقة التي نبنيها, اتصال واحد في وقت واحد.