Kule Konuşması: Saha Mühendisinin Seçim Kılavuzu, dizayn, ve Eşyalar Neden Düşüyor?

Bakmak, üreticilerin tüm parlak broşürlerini okuyabilirsiniz. İş istasyonunuz alev alana kadar piyasadaki her sonlu eleman analiz paketini çalıştırabilirsiniz. Ama günün sonunda, bir kule dikmek ve yirmi yıl boyunca onu ayakta tutmak, otuz yıl - ter döküyor, kir, ve sağlıklı dozda paranoya. Artık bana Kıdemli İnşaat Mühendisi diyorlar. Süslü başlık. Ama yine de kendimi sözleşmeyi imzalaması gereken kişi olarak görüyorum. “inşa edilmiş” çizimleri yapıyor ve ardından mürettebat 30 knot rüzgarda 200 kiloluk anteni vinçle kaldırırken aracın dibinde duruyor.

Öyle, Haberleşme baz istasyonları için kule seçimi ve tasarımı hakkında bilgi edinmek istiyorsunuz? İyi. Bir sandığı yukarı çekin. Hadi konuşalım.

Bu sadece katalogdaki en yüksek direği seçmekle ilgili değil. Bu, RF ile arasında bir evlilik (Radyo Frekansı) planlamacılar istek ve hangi fizik, yerel imar kurulu, ve bütçeniz izin vermek. Bu mücadelenin hakemi biziz.

İlk Soru: Kendi Kendine Destek, Gergili, veya Tekel?

Bu ilk, ve en önemlisi, yol ayrımı. Sadece estetik değil; ayak iziyle ilgili, yük, ve maliyet. Rüzgar yükünü kaldırabilecek tek şey faydacı bir gergili kuleyken birisi güzel bir tekel seçti diye projelerin raydan çıktığını gördüm..

İşte döküm, not defterimden:

Kule Tipi	Tipik yükseklik aralığı	Artıları	Eksileri	İçimden Gelen Duygu / Saha Notu
Yüksek Gerilim İletim Hattı (Kafes)	30m – 120m+	Yüksek kapasite, birden fazla kiracı, nispeten küçük ayak izi (3 veya 4 bacaklar). Sert.	Daha yüksek malzeme maliyeti, tekelden daha fazla arazi gerektirir, görsel olarak heybetli.	Sektörün iş gücü. Eğer araziniz ve bütçeniz varsa, bu genellikle geleceğe en uygun seçimdir. Biz onlara diyoruz “dört direkli yataklar.”
Gergili Direk	60m – 600m+	Çok yüksek yükseklikler için en ekonomik olanı, en hafif ağırlık.	Büyük Adam çapaları için arazi ayak izi, vandalizme eğilimli (beyler tırmanmak bir ölüm arzusudur), daha az sert (daha fazla sallanma).	Bunlarla aşk-nefret ilişkim var. Yayın veya geniş alan kapsama alanı için zarif çözümlerdir. Ama aynı zamanda bir buz fırtınasında gergi teli arızalandığı için düşen birini de gördüm.. Çapa alanı kutsal bir bölgedir; kazıcıları uzak tutun.
monopol	10m – 50m	En küçük ayak izi (kentsel için harika), estetik olarak tercih edilen (“bayrak direği” stil), kurulumu daha hızlı.	Sınırlı kapasite, daha yüksek sapma (daha fazla sallanır), dahili olarak tırmanmak zor (eğer içi boşsa), temel maliyetleri çok büyük olabilir.	Şehir savaşçısı. Açık görüşte saklanmak için mükemmel. Ama unutma, O “bayrak direği” dev bir konsoldur. Tüm kuvvet yerdeki bir noktaya aktarılır. Bu beton iskele kesinlikle mükemmel olmalı.

Önemli Durum: Birkaç yıl önce, büyük bir operatör için Austin dışında site yükseltmesi yapıyorduk. Site 120 ft'lik bir alandı monopol, zaten maksimuma ulaştı. Müşteri, devasa yeni bir 5G mmWave paneli ve bir grup uzak radyo kafası eklemek istedi. Rüzgar yükü analizi kırmızı çıktı. Monopol sapmada başarısız oluyordu. Müşteri kriz geçirdi; küçük ayak izini sevdiler. Tabanı sağlamlaştırmak için devasa bir dış kafes ve sarmal iskele temeli tasarlamak zorunda kaldık. Onlara, başlangıçtan itibaren sıska bir kendini destekleyen bir destekçi koysalardı, üç katına mal olurdu. Bugünün sorununa odaklandılar, gelecek yıl değil.

Ayrıntılardaki Şeytan: Tasarım parametreleri (The “Neden”)

Öyle, kule tipinizi seçtiniz. Artık ucuz bir sandalye gibi katlanmadığından emin olmalıyız. Burası mühendisliğin ayrıntıya girdiği yer. Sadece güzel resimler çizmiyoruz; rüzgar için bir dizi kural tanımlıyoruz, buz, ve takip edilecek çelik.

1. Yükler: Sorun Sadece Kulenin Ağırlığı Değil
Formüle göre yaşıyoruz: Toplam Yük = Ölü Yük + Canlı Yük + Çevresel Yük.

• Ölü Yük (D): Kulenin ağırlığı. Basit, ama önemsiz değil.

• Canlı Yük (L): Üstüne koyduğun şeyler. antenler, koaksiyel kablolar, dalga kılavuzları, buz kalkanları, merdivenler, platformlar. Buraya her zaman bir şekerleme faktörü ekliyorum. ben buna derim “Geleceğin Kiracısı Fudge.” RF planlayıcıları iyimser. Size üç anten kuracaklarını söyleyecekler. Beş yıl içinde, sekiz tane olacak, artı bir su kulesine doğrultulmuş bir mikrodalga kabı. Genişleme için tasarım, yoksa daha sonra bir kaynak teçhizatıyla geri dönersin.

• Çevresel Yük (Rüzgar için W, Buz için T): Burası paramızı kazandığımız yer.

Rüzgar yükü klasik formüle göre yönetilir:

$$F=q_z\ast \mathrm{G,}\ast C_f\ast {\mathrm{bir}}_e$$F=qz​∗G,∗Cf​∗bire​

Sanki sahadaymışız gibi bunu parçalara ayıralım:

• $q_z$

  qz​ hız basıncı. Temel rüzgar hızınıza bağlıdır (yerel bina kodlarından, ASCE gibi 7 ABD'de), ancak yerden yükseklik ve maruz kalma kategorisi için değiştirildi. Bu kule Dallas şehir merkezinde mi (Tüm binalarla birlikte Pozlama B) ya da Kansas düzlüklerinde (Pozlama C, rüzgarı yavaşlatacak hiçbir şey olmadan)? Büyük fark.

• $\mathrm{G,}$

  G, rüzgar etkisi faktörüdür. Kendi kendini destekleyen katı bir kişi, rüzgarı esnek bir tek kutuptan farklı şekilde idare eder. Bunu rüzgarın dinamik kırbaçlarını hesaba katacak şekilde hesaplıyoruz.

• $C_f$

  Cf​ kuvvet katsayısı. Temel olarak, şekil faktörü. Yuvarlak bir monopolün daha düşük bir değeri vardır

  $C_f$

  Cf​ kafesli köşebentli bir kuleden daha. Buzun şekli tamamen değişiyor; yuvarlak bir parça rüzgarın kavrayabileceği düz bir plakaya dönüşüyor.

• ${\mathrm{bir}}_e$

  bire​ öngörülen alandır. The “yelken alanı” tüm bu antenlerin ve kulenin kendisinin.

İşte sana öğretmedikleri bir gerçek: Buz genellikle rüzgardan daha korkutucudur. 1/2 inçlik radyal buz yükü, yapısal elemanlarınızın ve kablolarınızın etkili alanını üç katına çıkarabilir. Artık rüzgâr çok daha büyük bir etki yaratıyor, daha ağır, garip şekilli nesne. Kuleyi kontrol etmeliyiz (bir) buzun ağırlığı (ölü + buz), ve (b) buzlu yapı üzerindeki rüzgar yükü. Bu kombinasyon genellikle kuzey eyaletlerindeki tasarımı yönetir. Bir keresinde Minnesota'da kodun 1 inçlik buz yükü gerektirdiği bir iş yapmıştım ile eşzamanlı rüzgar. O bir canavardı.

2. Vakıf: Kauçuğun Yolla Buluştuğu Yer (Gerçekten)
Çeliğinin ne kadar mükemmel olduğu umurumda değil; eğer yer hareket ederse, senin kulen hurda. Jeoteknik raporlara büyük ölçüde güveniyoruz. Bunu atlayamazsın.

Standart 80 ft'lik bir monopol için, taban plakası ve tesviye somunlarıyla basit bir delikli iskele tasarlayabiliriz.

$$M_{\mathrm{<span\; class="tr\_"\; id="tr\_2"\; data-source="1"\; data-orig="o">o</span>}\mathrm{Şekilde\; gösterilmiştir}eRtuRn\mathrm{ben}ng}=F_{w\mathrm{ben}nd}\ast {\mathrm{\text{'}H}}_{\mathrm{bir}Rm}$$MoŞekilde gösterilmiştiröyletuRning​=Fwiçinded​∗'HbirRm​

Tabandaki bu devrilme momentine, iskele üzerindeki pasif toprak basıncı ve beton ve toprak tıkacının ağırlığı tarafından karşı konulması gerekmektedir.. Gerekli derinlik formülü (d) yinelemelidir, ancak bu genellikle momentlerin dengesine indirgenir:

$$d\ge \sqrt[3]{\frac{2.34\ast M_{\mathrm{<span\; class="tr\_"\; id="tr\_4"\; data-source="1"\; data-orig="o">o</span>}}}{S\ast b}}$$d≥3S∗b2.34∗Mo​​​

Nerede

$S$S izin verilen toprak basıncı ve

$b$b iskele çapı.

Kendini destekleyen büyük bir kişi için, devasa yayılmış temellerden veya kazık başlıklarından bahsediyoruz. Her bacak büyük bir beton bloğun üzerinde oturuyor, dereceli kirişlerle birbirine bağlanmış. Bir keresinde temel tasarımında yüksek su tablasının varlığının göz ardı edildiği bir dizi çizim görmüştüm.. Kurulumdan altı ay sonra, bir temel on beş santim yerleşmişti. Kule gözle görülür bir şekilde eğiliyordu. Bütün lanet şeyi mikro kazıklarla desteklemek zorundaydık. bir $50,000 geotech report would have saved a $500,000 onarım.

Malzeme seçimi: Çelik Hikayeleri

Çelik kullanıyoruz. Özellikle, ASTM A36 ve A572 Sınıfı dünyasında yaşıyoruz 50. Ancak tüm çelikler eşit yaratılmamıştır.

• Galvanizleme Tanrıdır. ASTM A123'e göre sıcak daldırma galvanizleme bizim dinimizdir. O güzel kuleyle kırmızı toz yığını arasında duran tek şey o çinko kaplama.. Galvanizlemeyi şahin gibi inceliyorum. Herhangi bir çıplak nokta, herhangi “gri” çinkonun almadığı lekeler? Bu beş yılda bir başarısızlık noktası. kullanarak paradan tasarruf etmeye çalışan bir tedarikçiyi hatırlıyorum. “haddelenmiş olarak” Florida'daki bir kıyı bölgesinde elemanları desteklemek için çelik. Gönderinin tamamını reddettik. Tuzlu hava on yıl içinde onu aşındırırdı.

• Yüksek Mukavemetli Cıvatalar. ASTM A325 veya A490 cıvataları kullanıyoruz. Ve kurulum kritiktir. Ciyaklayana kadar onları darbeli silahla sallayamazsınız. Bir gerginlik özelliği var. A325 cıvatalar için, biz kullanıyoruz “çılgınlık” yöntem. Sen onları susturdun, daha sonra doğru sıkıştırma kuvvetini sağlamak için onlara belirli bir kısmi dönüş verin. Gevşek bir bağlantı harekete izin verir. Hareket aşınma yaratır. Aşınma başarısızlık yaratır.

The “Başarısızlık Nasıl Çözülür?” Zihniyet

Tüm arızaları önleyemezsiniz. Ancak zarif bir bozulma için mühendislik yapabilir ve sorunları erken yakalayabilirsiniz.

• Artıklık: Kafesli bir kulede, birden fazla yükleme yolunuz var. Çapraz desteklerden biri başarısız olursa, diğer üyeler genellikle yükü geçici olarak yeniden dağıtabilirler. Bunun için tasarlıyoruz. Bir monopolün fazlalığı yoktur. Bir çatlak, ve oyun bitti.

• Bağlantı Tasarımı: Arızalar neredeyse her zaman bağlantılarda meydana gelir. Bacak ile köşebent plakası arasındaki kaynak. Anten montaj parçasını boruya bağlayan cıvata grubu. Bağlantıları katıldıkları üyelerden daha güçlü olacak şekilde tasarlıyoruz. Bu “güçlü kolon-zayıf kiriş” kulelere uygulanan felsefe.

• Montaj Noktası: Bu benim evcil hayvanımdır. Anten için boru montajı. Ağır bir antenin kule ayağından iki metre uzağa ince duvarlı bir boru üzerinde desteklendiği tasarımlar gördüm. Bir fırtınadaki dinamik kaldıraç çılgıncadır. Bu montajın tabanındaki bükülme momenti:

$$M=F_{\mathrm{bir}ntenn\mathrm{bir}}\ast L_{\mathrm{bir}Rm}$$M=Fbirtena​∗LbirRm​

Bağlantıyı yerel burkulma açısından, cıvataları ise kesme ve gerilim açısından kontrol etmemiz gerekiyor eşzamanlı. Tasarımın en çok unutulan kısmı.

En Son Trendler ve Geleceğe Bir Bakış

Tabletim son konferanslardan ve projelerden alınan notlarla dolu. İşte şu anda aklımda olanlar:

1. 5G Bir Ağırlık Problemidir: Bu yeni Aktif Anten Birimleri (AAU'lar) ağırdır. Anteni ve radyoyu tek bir kutuda birleştiriyorlar. Ve onlar büyük. Planlanan ekipman yükünün bir gecede ikiye katlandığı sahalar görüyoruz. Binlerce mevcut kuleyi yeniden derecelendirmek zorunda kalıyoruz. Sektör karışıyor.

2. Gizli Mimari: Şehirler zorlaşıyor. Daha fazlasını yapıyoruz “tek palmiye” ağaçlar (iğrenç, Bence) ve “kilise kulesi” gizler. Bu ilginç bir tasarım sorunudur; bir ağaç gövdesi veya tuğla baca gibi görünürken yapısal bütünlüğün nasıl korunacağı.

3. Dijital İkizler & Yapay Zeka İzleme: Kritik kulelere sensörler (gerinim ölçerler) yerleştirmeye başlıyoruz, ivmeölçerler, eğimölçerler. Bu bir yaratır “dijital ikiz.” Kulenin gerçek bir fırtınada nasıl davrandığını görebilir ve bunu modellerimizle karşılaştırabiliriz.. Chicago'da uzun boylu bir enstrüman kullandığımız bir projemiz vardı., ince kule. Gerçek dünyadaki sapma bizim modelimizle eşleşti 2%. Güzel bir gündü. Bize varsayımlarımızın doğru olduğunu söyler.

4. Malzeme Bilimi: Yüksek performanslı çelik ve hatta cam elyaf takviyeli polimer hakkında daha fazla konuşulduğunu görüyorum (GFRP) platformlar ve merdivenler için. Paslanma yapmaz. İletken değildir. Ama UV'ye ve soğuğa dayanabilir mi?? Zaman gösterecek.

Güvenilirlik Konusunda Son Söz (Güvenilirlik)

Güvenilir bir kule istiyorsunuz? Muayene ücretini ödeyin. Sadece tasarım değil, ama inşaat denetimi.

• Cıvata torku: Mürettebatın cıvataları parmaklarıyla sıkı bıraktığını gördüm. Rastgele tork kontrolleri yapıyoruz.

• Tesisat: Ereksiyondan sonra, tırmanıyoruz ve teodolitle kontrol ediyoruz. İçinde olmalı 1:500 (her biri için 500 ayak yüksekliği, şu tarihe kadar olabilir 1 ayak). Eğer bundan daha fazla eğiliyorsa, temelde veya ilk montajda bir sorun var.

• İlk Tırmanış: En dürüst sınav. Tasarladığım her kuleye tırmanıyorum, en azından kariyerimin ilk birkaç yılında. Titreşimi hissediyorsun. Bağlantıları yakından görüyorsunuz. Adamların içindeki rüzgarı duyuyorsun. Bilgisayar ekranından elde edemeyeceğiniz bir bakış açısı.

Öyle, işin uzunu ve kısası bu. Kule tasarımı sihir değil. Bu dikkatli bir, paranoyak, ve fizik ve malzeme biliminin deneyime dayalı uygulaması. Bu sormakla ilgili “farzedelim” cevaplarınız bitene kadar. Çünkü sen ne zaman 200 ayaklar yukarı, milyon dolarlık bir ekipmanı cıvatalamak, Merak etmek isteyeceğiniz son şey ofisteki adamın matematiğini doğru yapıp yapmadığıdır. İstediğiniz Bilmek o yaptı. İşte inşa ettiğimiz güven budur, aynı anda tek bağlantı.