بحث برج: راهنمای یک مهندس میدان برای انتخاب, طرح, و چرا چیزها سقوط می کند

نگاه کن, شما می توانید تمام بروشورهای براق تولید کنندگان را بخوانید. شما می توانید هر بسته تحلیل المان محدود موجود در بازار را تا زمانی که ایستگاه کاری شما آتش بگیرد اجرا کنید. اما در پایان روز, برج گذاشتن - و نگه داشتن آن برای بیست, سی سال - به عرق می رسد, خاک, و دوز سالم پارانویا. الان به من می گویند مهندس ارشد سازه. عنوان فانتزی. اما من هنوز خودم را به عنوان فردی که باید امضا کند فکر می کنم “همانطور که ساخته شده است” نقشه ها را بکشید و سپس در انتهای چیز بایستید در حالی که یک خدمه یک آنتن 200 پوندی را با باد 30 گره بلند می کنند..

بنابراین, می خواهید درباره انتخاب و طراحی برج برای ایستگاه های پایه ارتباطی بدانید? خوب. یک جعبه را بالا بکشید. بیایید صحبت کنیم.

این فقط در مورد انتخاب بلندترین دکل در کاتالوگ نیست. این ازدواج بین آنچه RF است (فرکانس رادیویی) برنامه ریزان خواستن و چه فیزیک, هیئت منطقه بندی محلی, و بودجه شما خواهد شد اجازه می دهد. ما داور آن مبارزه هستیم.

سوال اول: خود حمایتی, دکل مهاری, یا تک قطبی?

این اولین است, و از همه مهمتر, دوشاخه در جاده. این فقط زیبایی شناسی نیست; در مورد رد پا است, بار, و هزینه. من دیده‌ام که پروژه‌ها از ریل خارج شده‌اند، زیرا شخصی یک تک قطبی زیبا را انتخاب کرده است، در حالی که یک برج سودمند تنها چیزی است که می‌تواند بار باد را تحمل کند..

اینجا خرابی است, از دفترچه من:

نوع برج	دامنه ارتفاع معمولی	جوانب مثبت	منفی	احساس روده من / یادداشت میدانی
خود حمایت (مشبک)	30متر – 120م+	ظرفیت بالا, مستاجران متعدد, رد پای نسبتا کوچک (3 یا 4 پاها). سفت.	هزینه مواد بالاتر, به زمین بیشتر از یک تک قطبی نیاز دارد, از نظر بصری تحمیل کننده.	اسب کار این صنعت. اگر زمین و بودجه دارید, این معمولاً مطمئن ترین انتخاب برای آینده است. ما به آنها زنگ می زنیم “تخت های چهار پوستر”
گاید ماست	60متر – 600م+	مقرون به صرفه ترین برای ارتفاع های بسیار بلند, سبک ترین وزن.	عظیم ردپای زمین برای لنگرهای پسر, مستعد وندالیسم (بچه ها کوهنوردی آرزوی مرگ است), کمتر سفت (نوسان بیشتر).	من با اینها رابطه عشق و نفرت دارم. آنها راه حل های ظریفی برای پخش یا پوشش گسترده هستند. اما من یکی را نیز دیده‌ام که در طوفان یخ به دلیل خرابی یک سیم مرده پایین آمد. میدان لنگر یک منطقه مقدس است - حفاران را دور نگه دارید.
منوپل	10متر – 50متر	کوچکترین رد پا (عالی برای شهری), از نظر زیبایی شناسی ترجیح داده می شود (“میله پرچم” سبک), سریعتر نصب شود.	ظرفیت محدود, انحراف بالاتر (بیشتر تاب می خورد), صعود داخلی دشوار است (اگر توخالی باشد), هزینه های پایه می تواند بسیار زیاد باشد.	جنگجوی شهری. ایده آل برای پنهان شدن در دید ساده. اما یادت باشه, که “میله پرچم” یک کنسول غول پیکر است. تمام نیرو به یک نقطه از زمین منتقل می شود. آن پایه بتنی باید کاملاً کامل باشد.

مورد در Point: چند سال پیش, ما در حال ارتقای سایت در خارج از آستین برای یک اپراتور بزرگ بودیم. این سایت 120 فوتی بود تک قطبی, در حال حاضر به حداکثر رسیده است. مشتری می خواست یک پانل جدید عظیم 5G mmWave و دسته ای از هدهای رادیویی راه دور اضافه کند. تحلیل بار باد به رنگ قرمز برگشت. مونوپول در انحراف از کار می افتاد. مشتری یک تناسب انداخت - آنها ردپای کوچک را دوست داشتند. ما در نهایت مجبور شدیم یک قفس خارجی عظیم و پایه پایه مارپیچ برای سفت کردن پایه طراحی کنیم.. برای آنها سه برابر هزینه ای که می توانستند داشته باشند، بپردازید، اگر از همان ابتدا یک حمایت کننده لاغر از خود ایجاد کنند. آنها روی مشکل امروز متمرکز بودند, نه سال بعد.

شیطان در جزئیات: پارامترهای طراحی (The “چرا”)

بنابراین, شما نوع برج خود را انتخاب کرده اید. اکنون باید مطمئن شویم که مانند یک صندلی ارزان تا نمی شود. این جایی است که مهندسی دانه بندی می شود. ما فقط نقاشی های زیبا نمی کشیم; ما مجموعه ای از قوانین را برای باد تعریف می کنیم, یخ, و فولاد به دنبال.

1. بارها: این فقط وزن برج نیست
ما با فرمول زندگی می کنیم: بار کل = بار مرده + بار زنده + بار زیست محیطی.

• بار مرده (D): وزن خود برج. ساده, اما بی اهمیت نیست.

• بار زنده (L): چیزهایی که روی آن می گذارید. آنتن, کابل های کواکسیال, موجبرها, سپرهای یخی, نردبان, سیستم عامل. من همیشه یک عامل فاج را در اینجا اضافه می کنم. من آن را صدا می زنم “فاج مستأجر آینده.” برنامه ریزان RF خوش بین هستند. آنها به شما خواهند گفت که در حال نصب سه آنتن هستند. در پنج سال, آنها هشت خواهند داشت, به علاوه یک ظرف مایکروویو به سمت یک برج آب. طراحی برای گسترش, یا بعداً با دکل جوشکاری برمی گردید.

• بار زیست محیطی (W برای باد, T برای یخ): این جایی است که ما پول خود را به دست می آوریم.

بار باد توسط فرمول کلاسیک کنترل می شود:

$$F=Q_z\ast G\ast C_F\ast {\mathrm{الف}}_{\mathrm{الکترونیکی}}$$F=Qzرا∗G∗CFرا∗الفالکترونیکیرا

بیایید آن را مثل اینکه در سایت هستیم تجزیه کنیم:

• $Q_z$

  Qzرا فشار سرعت است. این بر اساس سرعت اولیه باد شما است (از کدهای ساختمانی محلی, مانند ASCE 7 در ایالات متحده), اما برای ارتفاع از سطح زمین و دسته نوردهی اصلاح شده است. آیا این برج در مرکز شهر دالاس است (قرار گرفتن در معرض B با تمام ساختمان ها) یا در دشت های کانزاس (قرار گرفتن در معرض C, بدون هیچ چیز برای کاهش باد)? تفاوت فاحش.

• $G$

  G عامل اثر باد است. یک پشتیبان سفت و محکم با یک وزش شدید متفاوت از یک تک قطبی انعطاف پذیر برخورد می کند. ما این را برای محاسبه شلاق پویا باد محاسبه می کنیم.

• $C_F$

  CFرا ضریب نیرو است. اساسا, فاکتور شکل. تک قطبی گرد دارای پایین تر است

  $C_F$

  CFرا از یک برج آهنی زاویه دار مشبک. یخ شکل را به طور کامل تغییر می دهد - یک عضو گرد تبدیل به صفحه ای مسطح برای باد می شود.

• ${\mathrm{الف}}_{\mathrm{الکترونیکی}}$

  الفالکترونیکیرا منطقه پیش بینی شده است. The “منطقه بادبان” از آن همه آنتن و خود برج.

این حقیقتی است که آنها به شما یاد نمی دهند: یخ اغلب ترسناک تر از باد است. یک بار یخ شعاعی 1/2 اینچی می تواند مساحت موثر اعضای سازه و کابل های شما را سه برابر کند.. در حال حاضر باد بر روی یک بسیار بزرگتر عمل می کند, سنگین تر, شیء با شکل عجیب. ما باید برج را بررسی کنیم (a) وزن یخ (مرده + یخ), و (ب) بار باد بر روی سازه یخ زده. این ترکیب اغلب بر طراحی در ایالات شمالی حاکم است. من یک بار در مینه سوتا کاری انجام دادم که در آن کد به یک بار یخ 1 اینچی نیاز داشت با باد همزمان. این یک جانور بود.

2. بنیاد: جایی که لاستیک با جاده ملاقات می کند (به معنای واقعی کلمه)
برای من مهم نیست که فولاد شما چقدر عالی است; اگر زمین حرکت کند, برج شما قراضه است. ما به شدت به گزارش های ژئوتکنیکی متکی هستیم. شما نمی توانید از این بگذرید.

برای یک تک قطبی استاندارد 80 فوتی, ممکن است یک پایه حفاری ساده با صفحه پایه و مهره های تراز طراحی کنیم.

$$M_{\mathrm{<span\; class="tr\_"\; id="tr\_3"\; data-source="1"\; data-orig="o">o</span>}v\mathrm{الکترونیکی}\mathrm{حرف}\mathrm{تی}\mathrm{تو}\mathrm{حرف}N\mathrm{من}N\mathrm{گرم}}=F_{w\mathrm{من}Nد}\ast H_{\mathrm{<span\; class="tr\_"\; id="tr\_4"\; data-source="1"\; data-orig="a">a</span>}\mathrm{حرف}\mathrm{متر}}$$Movاستتیتوحرفازگرمرا=Fwکه دردرا∗Haحرفمتررا

این لحظه واژگونی در پایه باید توسط فشار غیرفعال خاک بر روی پایه و وزن بتن و پلاگین خاک مقاومت شود.. فرمول عمق مورد نیاز (د) تکراری است, اما اغلب به تعادل لحظه ها ختم می شود:

$$د\ge \sqrt[3]{\frac{2.34\ast M_{\mathrm{<span\; class="tr\_"\; id="tr\_7"\; data-source="1"\; data-orig="o">o</span>}}}{S\ast ب}}$$د≥3S∗ب2.34∗Moرارارا

جایی که

$S$S فشار مجاز خاک است و

$ب$ب قطر پایه است.

برای یک حامی بزرگ, ما در مورد پایه های گسترده یا کلاهک های شمع صحبت می کنیم. هر پا روی یک بلوک بتونی بزرگ می‌نشیند, با تیرهای درجه به هم گره خورده است. من یک بار مجموعه ای از نقشه ها را دیدم که در آن طرح فونداسیون وجود یک سطح آب بالا را نادیده گرفت. شش ماه پس از نصب, یک پایه شش اینچ نشست کرده بود. برج به وضوح متمایل بود. ما مجبور شدیم کل این لعنتی را با ریز شمع ها زیربنا کنیم. الف $50,000 geotech report would have saved a $500,000 تعمیر.

انتخاب مواد: داستان های فولادی

ما از فولاد استفاده می کنیم. به طور مشخص, ما در دنیای ASTM A36 و A572 Grade زندگی می کنیم 50. اما همه فولادها برابر نیستند.

• گالوانیزه کردن خداست. گالوانیزه گرم بر اساس ASTM A123 دین ماست. آن پوشش روی تنها چیزی است که بین آن برج زیبا و توده ای از غبار قرمز ایستاده است. من مانند شاهین گالوانیزه را بررسی می کنم. هر نقطه خالی, هر “خاکستری” تکه هایی که روی آن را نگرفته است? این یک نقطه شکست در پنج سال است. به یاد می‌آورم که یک تامین‌کننده سعی می‌کرد با استفاده در هزینه‌هایش صرفه‌جویی کند “به صورت نورد شده” فولاد برای مهاربندی اعضا در یک سایت ساحلی در فلوریدا. ما کل محموله را رد کردیم. هوای نمک ظرف یک دهه از طریق آن می خورد.

• پیچ و مهره با استحکام بالا. ما از پیچ و مهره های ASTM A325 یا A490 استفاده می کنیم. و نصب بسیار مهم است. شما نمی توانید فقط با یک تفنگ ضربه ای آنها را بکوبید تا زمانی که جیر جیر کنند. یک مشخصات کششی وجود دارد. برای پیچ و مهره های A325, ما استفاده می کنیم “چرخش مهره” روش. تو آنها را در آغوش گرفتی, سپس به آنها یک چرخش جزئی خاص بدهید تا نیروی گیره صحیح را القا کند. اتصال شل اجازه حرکت را می دهد. حرکت سایش ایجاد می کند. پوشیدن شکست ایجاد می کند.

The “چگونه شکست را حل کنیم” طرز فکر

شما نمی توانید از همه شکست ها جلوگیری کنید. اما شما می توانید برای تخریب برازنده مهندسی کنید و مشکلات را زودتر تشخیص دهید.

• افزونگی: در یک برج مشبک, شما چندین مسیر بار دارید. اگر یک مهاربند مورب خراب شود, سایر اعضا اغلب می توانند بار را به طور موقت مجدداً توزیع کنند. ما برای این کار طراحی می کنیم. تک قطبی افزونگی ندارد. یک ترک, و بازی تمام شد.

• طراحی اتصال: شکست تقریباً همیشه در اتصالات اتفاق می افتد. جوش بین ساق و صفحه گوست. گروه پیچ که پایه آنتن را به لوله وصل می کند. ما ارتباطات را طوری طراحی می کنیم که قوی تر از اعضایی باشند که به آنها ملحق می شوند. این است “ستون قوی تیر ضعیف” فلسفه به کار رفته در برج ها.

• نقطه کوه: این پیو حیوان خانگی من است. پایه لوله برای آنتن. من طرح هایی را دیده ام که در آن یک آنتن سنگین در دو متری پایه برج روی یک لوله با دیواره نازک، کنسول قرار گرفته است.. اهرم دینامیکی در طوفان باد دیوانه کننده است. لحظه خمشی در پایه آن پایه است:

$$M=F_{\mathrm{<span\; class="tr\_"\; id="tr\_10"\; data-source="1"\; data-orig="a">a</span>}N\mathrm{تی}\mathrm{الکترونیکی}NN\mathrm{<span\; class="tr\_"\; id="tr\_11"\; data-source="1"\; data-orig="a">a</span>}}\ast L_{\mathrm{<span\; class="tr\_"\; id="tr\_12"\; data-source="1"\; data-orig="a">a</span>}\mathrm{حرف}\mathrm{متر}}$$M=Fیکتیالکترونیکیnnaرا∗Laحرفمتررا

باید آن پایه را از نظر کمانش موضعی و پیچ‌ها را از نظر برش و کشش بررسی کنیم همزمان. این فراموش شده ترین بخش طراحی است.

آخرین روندها و نگاهی اجمالی به آینده

تبلت من پر از یادداشت های کنفرانس ها و پروژه های اخیر است. این چیزی است که در حال حاضر در ذهن من است:

1. 5G یک مشکل وزن است: آن واحدهای آنتن فعال جدید (AAUs) سنگین هستند. آنها آنتن و رادیو را در یک جعبه ترکیب می کنند. و بزرگ هستند. ما سایت هایی را می بینیم که بار تجهیزات برنامه ریزی شده یک شبه دو برابر شده است. ما باید هزاران برج موجود را دوباره رتبه بندی کنیم. صنعت در حال تقلا است.

2. معماری پنهان: شهرها سخت تر می شوند. ما بیشتر انجام می دهیم “تک کف دست” درختان (زشت, به نظر من) و “برج کلیسا” پنهان می کند. این یک چالش طراحی جالب است - چگونه می توان یکپارچگی ساختاری را حفظ کرد در حالی که شبیه یک تنه درخت یا یک دودکش آجری است..

3. دوقلوهای دیجیتال & مانیتورینگ هوش مصنوعی: ما شروع به قرار دادن حسگرها در برج های مهم - فشار سنج ها - کرده ایم, شتاب سنج ها, شیب سنج ها. این باعث ایجاد یک “دوقلو دیجیتال” ما می توانیم ببینیم که برج در یک طوفان واقعی چگونه رفتار می کند و آن را با مدل های خود مقایسه می کنیم. ما یک پروژه در شیکاگو داشتیم که در آن یک قد بلند را ساز زدیم, برج باریک. انحراف دنیای واقعی با مدل ما مطابقت داشت 2%. روز خوبی بود. به ما می گوید که فرضیات ما درست است.

4. علم مواد: من شاهد صحبت های بیشتری در مورد فولاد با عملکرد بالا و حتی پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشه هستم (GFRP) برای سکوها و نردبان ها. زنگ نمی زند. نارسانا است. اما آیا می تواند اشعه ماوراء بنفش و سرما را تحمل کند? زمان نشان خواهد داد.

سخن پایانی در مورد قابلیت اطمینان (قابل اعتماد بودن)

شما یک برج قابل اعتماد می خواهید? هزینه بازرسی را پرداخت کنید. نه فقط طراحی, اما بازرسی ساخت و ساز.

• گشتاور پیچ: من دیده ام که خدمه پیچ و مهره ها را محکم می گذارند. ما گشتاور تصادفی را بررسی می کنیم.

• لوله کشی: بعد از نعوظ, از آن بالا می رویم و با تئودولیت آن را بررسی می کنیم. باید در داخل باشد 1:500 (برای هر 500 فوت ارتفاع, می تواند خاموش شود 1 پا). اگر بیشتر از این متمایل باشد, مشکلی در فونداسیون یا مونتاژ اولیه وجود دارد.

• اولین صعود: صادقانه ترین آزمون. من از هر برجی که طراحی می کنم بالا می روم, حداقل برای چند سال اول کارم. شما ارتعاش را احساس می کنید. اتصالات را از نزدیک می بینید. صدای باد را در بچه ها می شنوید. این دیدگاهی است که نمی توانید از صفحه کامپیوتر دریافت کنید.

بنابراین, طولانی و کوتاه آن است. طراحی برج جادویی نیست. این یک دقت است, پارانوئید, و کاربرد مبتنی بر تجربه فیزیک و علم مواد. در مورد پرسیدن است “چه می شود اگر” تا زمانی که پاسخ شما تمام شود. چون وقتی هستی 200 پاها بالا, پیچ و مهره کردن روی یک قطعه تجهیزات میلیون دلاری, آخرین چیزی که می خواهید تعجب کنید این است که آیا مردی که در دفتر است، ریاضیات خود را درست انجام داده است یا خیر. شما می خواهید دانستن او انجام داد. و این اعتمادی است که ما ایجاد می کنیم, یک اتصال در یک زمان.