
کتابچه راهنمای جامع مهندسی, مشخصات متالورژی, دینامیک بار باد, و ماتریس انطباق استاندارد برای صنعتی, پتروشیمی, شبکه برق, و تأسیسات زیرساخت مخابراتی.
قسمت 1.0
برج های حفاظت از صاعقه (همچنین به عنوان برج های صاعقه گیر تعیین شده است, برج های دفع ولتاژ, یا برج های سیم سپر صاعقه) مجموعه های فولادی ساختاری عمودی تخصصی هستند که برای گرفتن طراحی شده اند, کنترل, و جریان های تخلیه اتمسفر با ولتاژ بالا را با خیال راحت هدایت کنید (رعد و برق) با خیال راحت وارد توده زمین شود. با ایجاد نقطه ضربه ترجیحی, این برج ها خطر برخورد مستقیم صاعقه به تاسیسات صنعتی خطرناک را کاهش می دهند, واحدهای ذخیره مواد منفجره, پست های برق بحرانی, ایستگاه های پایه ارتباطی فرکانس بالا, و زیرساخت های عمرانی.
سازه های مدرن حفاظت از صاعقه به طور گسترده ای بر اساس هندسه خود تقسیم بندی می شوند (شبکه مثلثی, شبکه مربعی, یا پیکربندی های لوله ای تک قطبی) و ترکیب مواد (فولاد میله گرد, فولاد زاویه سازه, لوله فولادی سازه ای, یا فولاد ضد زنگ معماری). فولاد میله گرد و فولاد ساختاری توخالی (HSS) مدل های لوله به طور گسترده در محیط های با خوردگی یا باد شدید به دلیل ضرایب پسا ذاتا پایین و نسبت مقاومت به وزن برتر آنها مشخص می شود..
ساخته شده با استفاده از فولاد با زاویه مساوی نورد گرم (به عنوان مثال،, Q235B/Q355B). ایده آل برای سازه های بسیار بلند (40متر-60 متر) نیاز به سفتی پیچشی بالا و محموله های سنگین نصب آنتن/تجهیزات در کنار گیرنده های صاعقه.
از لوله های فولادی بدون درز یا ERW برای پایه های اصلی و فولاد گرد جامد برای مهاربندی تحت وب استفاده می کند.. نمایه آیرودینامیکی ساده ای را ارائه می دهد, کاهش وزن کلی برج, و به حداقل رساندن ردپای مناسب برای ادغام شهری یا پشت بام.
جدول داده ها 1.1
| توضیحات پارامتر | مشخصات استاندارد | تحمل مهندسی / کد مورد نیاز | انطباق با طراحی |
|---|---|---|---|
| مشخصات ارتفاع استاندارد | 10متر, 15متر, 20متر, 25متر, 30متر, 35متر, 40متر, 50متر, 60متر | ± 0.5% ارتفاع کل سازه | GB50057 / CECS 80 |
| ردپای سازه ای | شبکه مثلثی / شبکه مربعی / منوپل | گسترش پایه 0.8 متر تا 4.5 متر بستگی به ارتفاع دارد | صرفه جویی در زمین |
| مواد اولیه ساختاری | Q235B, فولاد کربنی ساختاری Q355B / SS304 | استحکام تسلیم کششی $f_y \ge 235\text{–}355\text{ MPa}$ | GB / T 700 / GB / T 1591 |
| انحراف عمودی | $\le 1 / 1000$ از ارتفاع کل | بازرسی تراز لیزری پس از نعوظ | CECS 80:2006 |
| فرآیند ضد خوردگی | گالوانیزه گرم (HDG) / پوشش دوبلکس | ضخامت پوشش روی $\ge 86\ \mu\text{m}$ ($610\text{ g/m}^2$) | ISO 1461 / GB / T 13912 |
| عمر عملیاتی طراحی | $\ge 30$ سال ها (محیط استاندارد) / $\ge 50$ سال ها (HDG سنگین) | بدون نیاز به تعمیر و نگهداری سازه در داخل 20 سال ها | درجه صنعتی |
قسمت 2.0
هدف اصلی عملکردی یک برج حفاظت از صاعقه، جذب تخلیه رعد و برق در یک منطقه ریاضی تعریف شده و هدایت جریان پالس حاصل به طور ایمن به سیستم الکترود زمین است.. مهندسی برج مدرن بر روی روش کروی نورد (RSM) همانطور که در استانداردهای ملی و بین المللی مدون شده است (GB50057, کمیسیون مستقل انتخابات 62305, IEEE 998).
مرز حفاظتی ایجاد شده توسط ترمینال هوایی صاعقه در ارتفاع $h$ توسط کره های خیالی با شعاع مدل می شود $h_r$ (آن $h_r$ مربوط به کلاس حفاظت در برابر صاعقه است: کلاس I $h_r = 30\text{m}$, کلاس II $h_r = 45\text{m}$, کلاس III $h_r = 60\text{m}$) غلت زدن بر روی ساختار برج فیزیکی. شعاع محافظت شده $R_p$ در سطح ارتفاع از سطح زمین $h_x$ از طریق رابطه مثلثاتی دقیق به دست می آید:
برای از بین بردن انتقال های فلاش جانبی مخرب و اضافه ولتاژهای القایی ثانویه, مجموعه سازه فلزی برج به عنوان یک شبکه رسانا پایین چند مسیره عمل می کند. امپدانس موج مشخصه $Z_0$ شبکه برج فولادی طوری طراحی شده است که بطور قابل ملاحظه ای کمتر از امپدانس رسانای پایین سیم های استاندارد باشد., راضی کننده $Z_{tower} < \frac{1}{10} Z_{cable}$. این تضمین می کند که پتانسیل گذرا در اوج افزایش می یابد ($V_{peak} = L \cdot \frac{di}{dt} + I R_g$) بسیار زیر آستانه دی الکتریک شکست شکاف های هوای مجاور باقی می مانند.
جدول داده ها 2.1
| ارتفاع برج ($h$) | حفاظت کلاس I ($h_r = 30\text{m}$) | حفاظت کلاس II ($h_r = 45\text{m}$) | حفاظت کلاس III ($h_r = 60\text{m}$) | عرض پایه توصیه شده |
|---|---|---|---|---|
| 15 متر | 25.98 متر | 32.78 متر | 38.40 متر | 1.20 m - 1.50 متر |
| 20 متر | 28.28 متر | 37.41 متر | 44.72 متر | 1.50 m - 1.80 متر |
| 25 متر | 29.58 متر | 41.07 متر | 50.24 متر | 1.80 m - 2.20 متر |
| 30 متر | 30.00 متر (حداکثر) | 44.15 متر | 55.07 متر | 2.20 m - 2.80 متر |
| 40 متر | N/A (بیش از حد است $h_r$) | 48.98 متر | 63.24 متر | 3.00 m - 3.60 متر |
| 50 متر | N/A (بیش از حد است $h_r$) | N/A (بیش از حد است $h_r$) | 69.28 متر | 3.80 m - 4.50 متر |
قسمت 3.0
برجهای حفاظت از صاعقه سازههای بلندی هستند که برای حفظ یکپارچگی ساختاری الاستیک کامل تحت تنشهای اقلیمی ترکیبی از جمله کشش شدید باد طراحی شدهاند., تجمع یخ شعاعی, انبساط حرارتی, و شتاب های زمین لرزه ای.
کالیبره شده برای بقای عملیاتی اولیه تحت سرعت باد تا 120–160 کیلومتر / ساعت (مقیاس بوفورت 10–12) با حداقل انحراف دینامیکی نوسان.
طراحی شده برای مقاومت در برابر اوج شتاب زمین (PGA) تا $0.20g\text{–}0.30g$ بدون شکست سازه یا برش لنگر.
محاسبات ساختاری شامل بزرگنمایی بار مرده و افزایش سطح جلویی باد موثر ناشی از تجمع یخ است..
سازگار با پایه بتنی پخش شده, کلاهک های شمع, یا پی های لنگر سنگی در شرایط خاکی کم تحمل تا متوسط.
جدول داده ها 3.1
| منطقه استقرار | سرعت اولیه باد ($v$) | طراحی ضخامت یخ | محدوده دمای محیط | کلاس خورندگی |
|---|---|---|---|---|
| ساحلی / دریایی دریایی | 180 – 210 کیلومتر / ساعت | 0 – 5 میلی متر | -10درجه سانتی گراد تا +50 درجه سانتی گراد | C5 High Marine |
| ارتفاعات داخلی / آلپاین | 140 – 160 کیلومتر / ساعت | 10 – 20 میلی متر | -40درجه سانتی گراد تا +35 درجه سانتی گراد | C2 کم روستایی |
| صنایع سنگین پتروشیمی | 120 – 150 کیلومتر / ساعت | 0 – 10 میلی متر | -20درجه سانتی گراد تا +45 درجه سانتی گراد | C4 صنعتی عالی |
| خشک / مناطق کویری | 130 – 160 کیلومتر / ساعت | 0 میلی متر | -15درجه سانتی گراد تا +55 درجه سانتی گراد | C3 متوسط |
قسمت 4.0
کلیه سازه های رعد و برق فولادی مهندسی شده توسط شرکت سازه فلزی جیلیان., با مسئولیت محدود. به شدت محاسبه می شوند, مدل شده است, و با رعایت کامل قوانین طراحی سازه بین المللی و ملی ساخته شده است. محاسبات طراحی سازه از مرتبه دوم استفاده می کند $P\text{–}\Delta$ تجزیه و تحلیل پایداری الاستیک برای اطمینان از مقاومت در برابر ناپایداری دینامیکی جهانی و کمانش موضعی عنصر تحت ترکیبات بارگذاری شدید.
جدول داده ها 4.1
| محدوده فنی | استاندارد ملی چین (گیگابایت) | معادل بین المللی (کمیسیون مستقل انتخابات / ISO) | معادل آمریکایی (ASTM / IEEE) |
|---|---|---|---|
| طراحی حفاظت در برابر صاعقه | گیگابایت 50057-2010 | کمیسیون مستقل انتخابات 62305-1/-3 | NFPA 780 / IEEE 998 |
| فولاد کربن سازه | GB / T 700 (Q235B) | ISO 630 S235JR | ASTM A36 |
| فولاد سازه ای با مقاومت بالا | GB / T 1591 (Q355B) | ISO 630 S355JR | درجه ASTM A572 50 |
| پوشش گالوانیزه گرم | GB / T 13912-2002 | ISO 1461 | ASTM A123 / A153 |
| اجرای جوش سازه | گیگابایت 50661-2011 | ISO 5817 سطح C | AWS D1.1 جوشکاری سازه |
قسمت 5.0
مواد خام فولادی مورد استفاده در ساخت برج منحصراً از شرکتهای فولادی دولتی Tier-1 تهیه میشود. (به عنوان مثال،, بائو استیل, گروه شوگانگ, آهن تانگشان & فولاد, آهن هندان & فولاد) همراه با کامل 3.1 گزارش های تست مواد تایید شده (CMTR). عناصر ساختاری از فولاد کربنی ساختاری اولیه استفاده می کنند (Q235B) یا فولاد ساختاری کم آلیاژ با بازده بالا (Q355B/Q345B).
برای محیط های شیمیایی فوق خورنده یا کاربردهای شاخص معماری, عناصر ساختاری با استفاده از Grade ساخته می شوند 304 (S30400 آمریکا) یا درجه 316 (US S31600) فولاد ضد زنگ آستنیتی با جلا, آینه, یا پرداخت های سطحی با الکترو پولیش شده.
جدول داده ها 5.1
| درجه فولاد | کربن (C) حداکثر | سیلیکون (و) حداکثر | منگنز (منگنز) | قدرت عملکرد ($f_y$) دقیقه | استحکام کششی ($f_u$) | کشیدگی ($\delta_5$) دقیقه |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Q235B (فولاد کربن) | 0.20% | 0.35% | 0.35 – 0.70% | 235 مگاپاسکال | 370 – 500 مگاپاسکال | 26% |
| Q355B (کم آلیاژ) | 0.24% | 0.55% | ≤ 1.60% | 355 مگاپاسکال | 470 – 630 مگاپاسکال | 22% |
| SS304 (فولاد ضد زنگ) | 0.08% | 0.75% | ≤ 2.00% | 205 مگاپاسکال | ≥ 515 مگاپاسکال | 40% |
| SS316 (ضد زنگ دریایی) | 0.08% | 0.75% | ≤ 2.00% | 205 مگاپاسکال | ≥ 515 مگاپاسکال | 40% |
قسمت 6.0
انتخاب هندسه سازه به طور مستقیم مصرف کل فولاد را تعیین می کند, ابعاد فونداسیون ردپا, قابلیت نعوظ در شرایط محدود سایت, و پایداری آیرودینامیکی. چهار نوع شناسی ساختاری اصلی ارائه شده است:
ساخته شده با استفاده از 3 پایه های لوله فولادی اصلی که به صورت مثلث متساوی الاضلاع چیده شده اند. وزن فولاد را 15 کاهش می دهد–20% در مقایسه با برج های چهارپایه مربع, با استفاده از اتصالات پیچ فلنج دار خارجی که صرفاً تحت کشش کششی محوری قرار دارند.
ساخته شده با استفاده از 4 پایه های فولادی یا لوله با زاویه اصلی با بند متقاطع. پایداری خمشی و پیچشی بالایی را فراهم می کند, قرار دادن بارهای کمکی سنگین مانند ظروف مایکروویو, دکل های روشنایی, و چندین بار رسانای پایین.
پیکربندی لوله فولادی مخروطی تک قطبی با مقطع چند ضلعی. ردپای بسیار کوچک ($\le 1.2\text{m}^2$) ایده آل برای پست های شهری متراکم, ایستگاه های گاز, و محوطه های صنعتی محدود به فضا.
دارای روکش معماری فولاد ضد زنگ, لهجه های حوزه تزئینی, و کانال های هدایت رعد و برق داخلی یکپارچه. ایمنی عملکردی رعد و برق را با زیبایی شناسی معماری شهری برای مراکز شهری و فضاهای سبز ترکیب می کند..
جدول داده ها 6.1
| مدل برج | ارتفاع اسمی ($H$) | عرض بالا ($W_1$) | گسترش پایه ($W_2$) | مشخصات لوله پایه اصلی | مشخصات اعضای وب | شرق . وزن کل |
|---|---|---|---|---|---|---|
| GJT-10 | 10 متر | 400 میلی متر | 1000 میلی متر | $\Phi 60 \times 3.5\text{ mm}$ | $\Phi 25 \times 2.5\text{ mm}$ | ~ 850 کیلوگرم |
| GJT-20 | 20 متر | 500 میلی متر | 1800 میلی متر | $\Phi 76 \times 4.0\text{ mm}$ | $\Phi 32 \times 3.0\text{ mm}$ | ~ 1820 کیلوگرم |
| GJT-30 | 30 متر | 600 میلی متر | 2600 میلی متر | $\Phi 89 \times 4.5\text{ mm}$ | $\Phi 42 \times 3.0\text{ mm}$ | ~ 3450 کیلوگرم |
| GJT-40 | 40 متر | 700 میلی متر | 3400 میلی متر | $\Phi 114 \times 5.0\text{ mm}$ | $\Phi 48 \times 3.5\text{ mm}$ | ~ 5800 کیلوگرم |
| GJT-50 | 50 متر | 800 میلی متر | 4200 میلی متر | $\Phi 140 \times 6.0\text{ mm}$ | $\Phi 60 \times 4.0\text{ mm}$ | 8900 کیلوگرم |
| GJT-60 | 60 متر | 900 میلی متر | 5000 میلی متر | $\Phi 159 \times 8.0\text{ mm}$ | $\Phi 76 \times 4.5\text{ mm}$ | ~ 13200 کیلوگرم |
قسمت 7.0
برای دستیابی به عمر مفید 30 تا 50 ساله بدون نیاز به تعمیر و نگهداری در محیط های تهاجمی جوی, تمام مجموعه های فولادی سازه ای ساخته شده تحت گالوانیزه گرم قرار می گیرند (HDG) مطابق با ISO 1461 و GB/T 13912 استانداردهای.
قبل از گالوانیزه کردن, اجزای فولادی تحت ترشی اسیدی قرار می گیرند, روان شدن, و غوطه وری خودکار در حمام های روی مذاب نگهداری می شود $450^\circ\text{C} \pm 5^\circ\text{C}$. این فرآیند حرارتی مجموعهای از لایههای آلیاژ روی-آهن را تولید میکند که به صورت متالورژیکی به بستر فولاد مادر متصل شدهاند., هم حفاظت از مانع فیزیکی و هم حفاظت کاتدی قربانی را فراهم می کند.
جدول داده ها 7.1
| خورندگی محیطی (ISO 12944) | مشخصات درمان سطحی | حداقل. ضخامت لایه ($\mu\text{m}$) | شرق . عمر سرویس به اولین تعمیر و نگهداری عمده |
|---|---|---|---|
| C2 (پایین – روستایی / خشک) | گالوانیزه گرم استاندارد | $65\ \mu\text{m}\ (460\text{ g/m}^2)$ | > 50 سال ها |
| C3 (واسطه – شهری / نور صنعتی) | گالوانیزه گرم استاندارد | $86\ \mu\text{m}\ (610\text{ g/m}^2)$ | 30 – 40 سال ها |
| C4 (زیاد – صنعتی / دریایی داخلی) | HDG سنگین + منفعل شدن | $100\ \mu\text{m}\ (710\text{ g/m}^2)$ | 25 – 30 سال ها |
| C5 (خیلی بلند – دریایی / فراساحل) | سیستم پوشش دوبلکس (HDG + اپوکسی پلی اورتان) | $86\ \mu\text{m}\ \text{HDG} + 140\ \mu\text{m}\ \text{Paint}$ | > 35 سال ها |
قسمت 8.0
برجهای حفاظت از صاعقه در زیرساختهای حیاتی مستقر میشوند که در آن جرقههای ثانویه یا برخوردهای جوی هدایتنشده باعث ایجاد حرارت فاجعهبار میشوند., مواد منفجره, یا خطرات افزایش برق.
پالایشگاه های نفتی, پایانه های LNG, تاسیسات ذخیره سازی گاز فله, کارگاه های فرآوری شیمیایی, و انبارهای توزیع سوخت.
پست های انتقال فشار قوی, نیروگاه های حرارتی/آبی, ایستگاه های اینورتر مرکزی PV خورشیدی, و هاب مزارع بادی.
ایستگاه های پایه موبایل تلفن همراه (5G), گنبدهای ردیاب راداری, ایستگاه های زمینی ماهواره ای, پست های فرماندهی نظامی, و سایت های موشکی.
کارخانه های آماده سازی زغال سنگ, بدنه های معدن زیرزمینی, مجلات ذخیره مواد منفجره, کارخانه های کاغذ, و کارخانه های تولید فولاد.
برج های کنترل پرواز فرودگاه های تجاری, ایستگاه های رادار هواشناسی, پست های کششی راه آهن, و پایانه های کانتینری بندر دریایی.
برج های مراقبت از آتش سوزی جنگل, سیلوهای ذخیره غلات, و ایستگاه های رصد محیطی از راه دور.
قسمت 9.0
مونتاژ مناسب سایت و برپایی یک برج حفاظت از صاعقه به ترتیب ساختاری دقیق برای اطمینان از پایداری سازه نیاز دارد., تلورانس های تراز عمودی, و پیوستگی زمین الکتریکی.
آزمایش ژئوتکنیکی خاک ظرفیت باربری را تایید می کند ($\ge 100\text{ kPa}$). پایه های بتن آرمه (درجه C25/C30) با درجه از پیش تعبیه شده ریخته می شوند 8.8 قفس های لنگر J-bolt که از طریق قالب های فولادی دقیق قرار گرفته اند. بتن باید درمان شود $\ge 85\%$ استحکام طراحی قبل از نصب فولاد.
حفاری شبکه الکترود ارت حلقه ای محیطی با استفاده از $40 \times 4\text{ mm}$ فولاد تخت گالوانیزه گرم یا $95\text{ mm}^2$ هادی های مسی مدفون $\ge 0.8\text{m}$ زیر درجه. برای دستیابی به ترکیبات تقویت کننده زمین با مقاومت کم یا الکترودهای زمین شیمیایی یکپارچه شده اند $R_g \le 10\ \Omega$ ($R_g \le 1\ \Omega$ برای پست های برق).
بخشهای برج مدولار بر روی تشکهای زمینی مونتاژ میشوند یا بهطور متوالی با استفاده از جرثقیلهای متحرک یا تیرهای جین بالا میروند.. فلنج های ساختاری خارجی با Grade جفت می شوند 8.8/10.9 پیچ و مهره های گالوانیزه گرم با مقاومت بالا که با استفاده از آچارهای گشتاور کالیبره شده با مقادیر پیش تنش مشخص گشتاور شده اند..
میله ترمینال هوا از فولاد ضد زنگ اولیه به طور ایمن بر روی صفحه کلاهک بالای برج نصب شده است. پیوند مکانیکی مستقیم بین ترمینال هوا برقرار می شود, پایه های اصلی فولادی سازه, و هادی های پایین, اطمینان از مقاومت در برابر تماس اتصالات جوش یا پیچ گرمازا $< 0.03\ \Omega$.
اندازهگیریهای لیزری تئودولیت متعامد دوگانه تأیید میکنند که انحراف عمودی کل ساختار در داخل است $\le 1/1000$. مقاومت زمین با استفاده از روش آزمایش سقوط پتانسیل 3 قطبی در شرایط خاک خشک قبل از علامت گذاری عملیاتی اندازه گیری می شود..
جدول داده ها 9.1
| آیتم بازرسی | پروتکل تست / ابزار | فرکانس | آستانه پذیرش | اقدام اصلاحی |
|---|---|---|---|---|
| مقاومت زمین | 3-تستر زمین قطب | هر دو سال (فصل قبل از رعد و برق) | $R_g \le 10\ \Omega$ (یا $\le 1\ \Omega$) | تزریق عامل کاهنده مقاومت / گسترش شبکه |
| پیچ و مهره بست | آچار گشتاور کالیبره شده | سالانه / رویداد پس از طوفان | 100% گشتاور طراحی مشخص شده | پیچ های شل را دوباره بچرخانید; واشرهای آسیب دیده را تعویض کنید |
| ضخامت پوشش گالوانیزه | ضخامت سنج پوشش مغناطیسی | هر 3 سال ها | ضخامت $\ge 65\ \mu\text{m}$ | مقیاس زنگ زدگی را تمیز کنید و از ترکیب گالوانیزه سرد غنی از روی استفاده کنید |
| عمودی ساختار | لیزر نوری تئودولیت | هر 5 سال ها / پس لرزه ای | انحراف $\le 1 / 1000$ | فلنج های پایه شیمینگ یا سیم های کشنده |
جدول داده ها 10.0
| پارامتر مشخصات | پیشنهادات تولید استاندارد | قابلیت مهندسی سفارشی |
|---|---|---|
| ارتفاعات سازه | 10متر, 15متر, 20متر, 25متر, 30متر, 35متر, 40متر, 50متر, 60متر | ارتفاع سفارشی تا 100 متر پس از بررسی مهندسی |
| گریدهای فولادی اولیه | Q235B (ASTM A36) / Q355B (ASTM A572 GR50) | فولاد ضد زنگ آستنیتی 304 / 316L / فولاد هوازدگی |
| فینیش ضد خوردگی | گالوانیزه گرم تا ISO 1461 ($\ge 86\ \mu\text{m}$) | سیستم های دوبلکس (HDG + فلوروکربن / رنگ پلی اورتان اپوکسی) |
| روش شناسی اتصال | اتصالات پیچ فلنج دار خارجی / مفاصل آستین همپوشانی | اتصالات جوش داده شده با میدان نفوذ کامل / فلنج های پنهان داخلی |
| رتبه بندی بار باد | 0.40 – 0.70 kN/m² (120 – 160 کیلومتر / ساعت) | کلاس طوفان بالا تا 1.20 kN/m² (250 کیلومتر / ساعت) |
| رتبه بندی لرزه ای | سطح استحکامات 8 ($PGA = 0.20g$) | سطح 9 تقویت لرزه ای ($PGA = 0.40g$) |
| لوازم جانبی ایمنی هوانوردی | براکت های نصب اختیاری | چراغ های انسداد هوانوردی خورشیدی نوع A/B با شدت متوسط ICAO |
| امکانات کوهنوردی | داخلی / پیچ و مهره های پله خارجی | نردبان بالا رفتن ایمنی با سیستم کابل مهار سقوط & قفس های استراحت |
تیم طراحی مهندسی ما تجزیه و تحلیل کامل تنش ساختاری را ارائه می دهد, نقشه های پایه, محاسبات بارگذاری باد, و ساخت سفارشی برای پروژه های صنعتی بین المللی.
“`