CC BY
216
вестник 812012
УДК 624.04
В.Ф. Бахтин, И.Ю. Черников, А.А. Локтев*
ООО «Эксперт», *ФГБОУ ВПО «МГСУ»
РАСЧЕТ НА ДИНАМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ МАЧТЫ СОТОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ И ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ, НА КОТОРУЮ ОНА ОПИРАЕТСЯ
В условиях городской застройки важной задачей при обеспечении жителей беспроводной связью является установка мачт и вышек для размещения антенн передающего оборудования. Учитывая плотность застройки и наличие многоэтажных жилых и административных зданий, данные конструкции могут размещаться на уже существующих сооружениях и зданиях. При этом появляется задача расчета на различного вида нагрузку, как самой металлической мачты, так и перекрытия здания, на которое она устанавливается. Данная задача является очень важной, так как в первоначальном проекте здания воздействие дополнительной статической и динамической нагрузки на плиты перекрытия и другие несущие конструкции не учитывалось. В качестве методов решения использованы численные и аналитические методы, расчет мачты сотовой системы связи проведен в программном комплексе численно, а расчет плиты выполнен по комбинированной схеме. В результате сделаны выводы о возможности установки высотных мачт на существующие сооружения в различных условиях воздействия ветровой и гололедной нагрузки.
Ключевые слова: металлическая мачта, динамическая нагрузка, колебания зданий и их элементов, численные и аналитические методы, динамические характеристики.
В современных условиях развития беспроводных технологий передачи информации на большие расстояния, в т.ч. систем сотовой связи, особое значение приобретает вопрос установки высотных мачт для расположения на них передающего антенно-фидерного оборудования. В городской застройке для установки такого оборудования часто используются высотные доминанты в виде жилых, общественных или административных зданий, дымовые трубы, вышки радио- и телевещания. При этом понятным фактом является необходимость установки базовых станций на существенной высоте над уровнем земли для покрытия большей территории в зоне прямой видимости, также согласно нормативно-правовым документам [1—4] оборудование может устанавливаться при выполнении определенных требований, так, например, антенны базовых станций должны размещаться таким образом, чтобы суммарная плотность потока мощности излучения, создаваемая в местах пребывания людей, профессионально не связанных с облучением, не превышала предельно допустимых величин [2]. В силу этих двух причин для крепления оборудования систем связи необходимо установить мачту на конструкциях перекрытия, которая может достигать в высоту 40 м. При этом на конструкцию мачты, антенное оборудование и сопутствующие кабели возможно действие дополнительной нагрузки, помимо собственного веса, такой как ветровая, гололедная и эксплуатационная. Эта нагрузка будет приводиться к реакциям опор мачты и ее оттяжек, которые установлены на перекрытиях, первоначально не рассчитываемых на эти виды воздействия. Важным является вопрос обследования несущих и ограждающих конструкций существующих зданий с последующим исследованием возможности установки металлических мачт и антенн. Данная работа посвящена расчету мачты системы сотовой связи, которая установлена на перекрытии административного здания, построенного в 1980-е гг., и расчету плит перекрытия под мачтой на статическую и динамическую нагрузку.
Также в работе делается попытка проработки отдельных этапов расчета существующих конструкций с учетом крепления к ним дополнительных элементов, например, элементов систем беспроводной связи, систем кондиционирования воздуха, стоек для подвески кабелей между отдельными строениями и т.д. Отдельные расчетные модули в будущем планируется интегрировать в обобщенный алгоритм исследования существующих сооружений на предмет их последующей модернизации и установки дополнительного оборудования и конструкций. Предлагается использовать для решения поставленной задачи комплексный подход, который предполагает проведение обследования уже существующих конструкций здания или сооружения с учетом обнаруженных дефектов и ослаблений первоначальной расчетной схемы; расчет вновь монтируемой конструкции на все виды возможных нагрузок и их сочетаний; расчет конструкций существующего сооружения на новую нагрузку, появляющуюся из-за крепления новых элементов; формирование заключения о возможности или невозможности установки рассматриваемого оборудования, причем во втором случае необходимо сделать конкретные рекомендации по реконструкции сооружения и усилению отдельных его элементов, после чего дополнительное оборудование может быть установлено.
Указанная методика в работе реализуется на примере четырехэтажного каркасного здания с размерами в плане в осях 30*30 м. Возвышающаяся часть здания (технический этаж) высотой 2,1 м имеет размеры в плане в осях 18*24 м. Высота нижней части здания до верха парапета составляет 16,5 м. Сетка колонн в плане составляет 6*6 м, колонны имеют поперечное сечение 400*400 мм. Крыша здания плоская.
На описанное здание предполагается установка трехгранной призматической металлической мачты высотой 35 м с раскосной решеткой. Длина грани мачты в плане 0,9 м. Мачта состоит из шести секций длиной 5 ми одной секции длиной 3,125 м, соединяющихся между собой с помощью накладок и болтов. Пояса башни по всей высоте выполнены из алюминиевого профиля. Раскосы запроектированы из круглой алюминиевой трубы диаметром 35 мм и толщиной стенки 2,5 мм. Пояса башни опираются на опорную плиту, выполненную из листовой стали.
Мачта будет поддерживаться в вертикальном положении двенадцатью вантовы-ми оттяжками, расположенными в три яруса на отметках +15,000, +25,000 и +31,875 м. В плане угол между оттяжками равен 90°. Оттяжки выполнены из каната одинарной свивки диаметром 9,8 мм согласно [5]. В нижней части вантовых оттяжек имеются натяжные винтовые устройства. Оттяжки будут крепиться с помощью фасонок. Верх колонн здания (на высоту парапета) выполнен из колонного двутавра. Пример такой конструкции после монтажа приведен на рис. 1.
На отм. +25,500 и +33,125 м проектируется к установке антенно-фидерное оборудование сотовой связи, вес которого, вместе с конструкциями крепления и дополнительным оборудованием, не превышает 500 кг, ветровая нагрузка не превышает 480 кг.
Для оценки технического состояния строительных конструкций здания необходимо провести визуальный и инструментальный контроль в соответствии с требованиями нормативной и справочной документации. В данной работе предполагается, что несущие элементы здания находятся в удовлетворительном состоянии, дефекты и повреждения, существенно снижающие несущую способность элементов, отсутствуют.
Расчет мачты начинается с определения расчетных нагрузок на нее в соответствии с [6], учитывались собственный вес мачты, ветровая статическая нагрузка на мачту и антенно-фидерное оборудование, эксплуатационная нагрузка (обслуживание антенно-фидерных устройств), гололедная нагрузка, вертикальная нагрузка на антенны, полная ветровая на мачту и антенны с учетом пульсации ветра и динамики.
При расчете собственного веса конструкций учитывалась линейная плотность элементов конструкций, выполненных из алюминиевых сплавов, равная 2700 кг/м в соответствии с данными [7]. Линейная плотность пояса мачты — 6,156 кг/м, решетки — 2,851 кг/м. В соответствии с общепринятыми методиками вес элементов крепления, вспомогательных элементов мачты учитывался умножением веса несущих конструкций на строительный коэффициент, равный для рассматриваемой конструкции 1,63. Коэффициент определялся как отношение веса типовой секции, указанной в [8], к весу несущих элементов секции. Также учитывался и вес площадки для обслуживания оборудования, расположенной в верхней части мачты.
Действие ветра на башню условно приводится к поясам конструкций в соответствии с требованиями раздела 6 [6], его значения приведены в таблице. Учитывалось также ветровое давление на площадку обслуживания и проектируемые антенны. В запас прочности учитывалась фронтальная ориентация антенн к направлению ветрового потока. При определении значения нагрузок учитывался тот факт, что мачта расположена на покрытии здания и коэффициент к (табл. 6 [6]) учитывал реальную высоту мачты, т.е. от планировочной отметки здания. При расчете нагрузок на секцию мачты величина коэффициента к определялась для верхней точки секции. В работе рассматривалось два варианта приложения ветровой нагрузки к мачте (рис. 2): 1) ветер направлен на грань ствола мачты, сжатие возникает в двух оттяжках; 2) ветер направлен перпендикулярно двум оттяжкам, сжатие возникает в одной оттяжке. На рис. 2 показаны вариант приложения нагрузки с ветром, направленным вдоль грани мачты, и номера опорных узлов мачты и оттяжек, через которые нагрузка передается на несущие элементы здания.
Определение ветровой нагрузки на мачту высотой 35,0 м
Отметка, м Площадь, ограниченная контуром конструкции А/ Сумма площадей проекций Aj Аэродина-миче-ский коэф-фи-циент для i-го эле -мента Cxi Аэродина-миче-ский коэф-фи-циент Cx Коэффициент ф Коэф-фици-ент п Аэродина-миче-ский коэф- фи-циент башни Ct Коэф-фици- ент k Норма-тив-ное давление, т/м2 Расчетное давление, т/м2 Со-средо-точенная на-грузка на секцию Рас-преде-ленная нагрузка на пояс
23 4,5 1,562 1,4 0,486 0,347 0,545 0,676 1,29 0,03 0,03661 0,165 0,0110
28 4,5 1,562 1,4 0,486 0,347 0,545 0,676 1,35 0,03 0,03831 0,172 0,0115
33 4,5 1,562 1,4 0,486 0,347 0,545 0,676 1,41 0,03 0,04002 0,180 0,0120
38 4,5 1,562 1,4 0,486 0,347 0,545 0,676 1,48 0,03 0,04200 0,189 0,0126
43 4,5 1,562 1,4 0,486 0,347 0,545 0,676 1,53 0,03 0,04342 0,195 0,0130
51,125 7,312 2,558 1,4 0,490 0,350 0,54 0,679 1,61 0,03 0,04590 0,336 0,0138
52,325 2,1 0,653 1,4 0,435 0,311 0,608 0,630 1,62 0,03 0,04287 0,090 0,0250
k1 = 0,9 Примечание.
Cxi — по схеме 15 прил. 4 к СНиП 2.01.07—85*; Cx — по схеме 15 прил.
4 к СНиП 2.01.07—85*; ф — по п. 1 примечания к схеме 15 прил. 4 к СНиП 2.01.85—85*; п — по схеме 16 прил. 4 к СНиП 2.01.07—85* (по интерполяции); С — по схеме 15 прил. 4 к СНиП 2.01.85—85*; к — по табл. 6 п. 6.5 СНиП 2.01.85—85*
Расчеты, выполненные в соответствии с требованиями раздела 6 [6], выявили, что гололедная нагрузка на элементы решетки мачты равна 14,4 Н/м, а на пояса — 81,6 Па. Суммарное значение гололедной нагрузки на мачту превышает ее собственный вес в 1,55 раза, а с учетом коэффициента надежности по нагрузке 1,3 (п. 7.3 [6]) — в 2 раза.
Учитывалась нагрузка от двух человек, находящихся на площадке, расположенной в верхней части мачты, при этом учитывался максимально возможный эксцентриситет приложения указанной нагрузки относительно центра сечения мачты. Расчетная нагрузка от двух человек Р = 0,28 т, приложенная с эксцентриситетом е = 1,01 м, создает вертикальные нагрузки в поясах, указанные в схеме нагрузки при обслуживании оборудования. Нагрузка приложена наиболее невыгодным для конструкции способом, догружая наиболее загруженную ветровой нагрузкой ветвь мачты.
Расчет конструкции мачты выполнялся с применением метода конечных 163 элементов. В конечно-элементном (КЭ) Рис. 2. Ветровая статическая нагрузка на представлении мачта разбита на 351 стер- мачту и номера опорных узлов
166
ВЕСТНИК 8/2012
жень, соединяемый в 166 узлах. В расчетной схеме элементы ствола мачты представлены пространственными стержнями общего вида, оттяжки — вантовыми элементами.
В качестве расчетной комбинации нагрузок в запас прочности выбиралось одновременное влияние на напряженно-деформированное состояние конструкции собственного веса конструкций, ветровой нагрузки с пульсационной составляющей, нагрузки во время обслуживания антенн, гололедной нагрузки и веса антенно-фидерного оборудования. В зависимости от направления ветра на мачту изменялась эксплуатационная нагрузка, выбираемая приложенной самым неблагоприятным образом.
В расчетной схеме все элементы ствола мачты представлены пространственными стержнями общего вида. В качестве одиночного элемента выбраны стержни с сечением из П-образного профиля (пояса), трубы и уголки (решетка). Оттяжки представлены вантовы-ми гибкими элементами из каната одиночной свивки.
При расчете элементов оттяжек необходимо выполнение следующих условий: в эксплуатационном интервале температур не должно происходить возникновения сжимающих напряжений в гибких элементах, усилия в канате не должны превосходить разрывных усилий при любом возможном сочетании нагрузочных факторов. Невыключаемость гибких канатных элементов обеспечивается созданием предварительных напряжений в канатах оттяжек, которое зависит от температуры и веса устанавливаемого оборудования. Первоначально выполнением расчетов определялись минимальные значения предварительного натяжения оттяжек, при котором в них не возникает сжимающих напряжений при любом неблагоприятном сочетании учитываемых нагрузок. Минимальные значения преднапряжения оттяжек не зависят от направления приложения ветровой нагрузки и равны для оттяжек нижнего яруса 0,06, среднего — 0,13, верхнего — 0,2 тс.
В результате расчета получены значения деформаций всех узлов расчетной схемы, а также усилия в элементах ствола мачты и в оттяжках. Максимальные перемещения возникают в узлах верхнего сечения мачты.
Максимальное значение перемещения 165,6 мм (1/200 высоты мачты) при ветре, направленном перпендикулярно двум оттяжкам, возникновение сжатия возможно в одной оттяжке. Максимальное значение перемещения не превышает предельно допустимого значения 1/100 высоты по п. 16.8 [9]. Коэффициент запаса устойчивости системы при ветре, направленном на грань ствола мачты, равен 7,4, при ветре, направленном перпендикулярно двум оттяжкам, — 3,7. Коэффициент запаса устойчивости не превышает значения 1,3, определенного п. 16.13 [9]. Максимальное значение усилия в оттяжке от комбинации загружений равно 2,1 тс и не превосходит расчетного сопротивления каната, определяемого в соответствии с п. 3.9 [4] по разрывному усилию каната. Разрывное усилие каната 0 9,8 мм [5] равно 7,23 т. Расчетное усилие 7,23/1,6 = 4,52 т. Понижение температуры с разностью 90 °С (максимально возможный температурный градиент для средней полосы России) создает дополнительные напряжения в оттяжках величиной 2,47 тс, но все равно суммарное значение напряжений при этом не превосходит разрывных усилий. Минимальные усилия в оттяжках положительны и равны 0,01 тс, т.е. провисание оттяжек не будет происходить ни при какой комбинации нагрузок. Распределения усилий в элементах мачты в зависимости от действия ветровой нагрузки приведены на рис. 3.
Конструкция мачты крепится на колонне несущего каркаса здания, а оттяжки могут крепиться к плитам перекрытия, которые и нужно рассчитать на действие динамического воздействия от узлов крепления мачты. Поскольку плиты перекрытия выполнены из железобетона, армированного по прямоугольной схеме, то для их моделирования могут использоваться волновые уравнения, описывающие динамическое поведение упругой ортотропной пластинки [10] и учитывающие инерцию вращения поперечных сечений и деформацию поперечного сдвига:
ВЕСТНИК
-МГСУ
-2,92 -2,58
M -2,58 -2,24
■I -2,24 -1,91
ш -1,91 - -1,57
я -1,57 -1,23
□ -1,23 -0,9
□ -0,9 - 0,56
f 1-0,56 -0,22
EJ- -0,22 -0,11
LJ -0,11 -0,45
LV -0,45 -0,79
ш -0,79 -1,12
HQ -1,12 - -1,46
■ -1,46 -1,8
■я -1,79 -1,51
ш -1,51 -1,23
Ш -1,23 -0,95
о -0,95 -0,66
о -0,66 -0,38
in -0,38 -0,1
с -0,1 - 0,18
□ -0,18 -0,46
Ш) -0,46 -0,74
□ -0,74 -1,02
cr -1,02 -1,3
■ -1,3 - 1,58
ни -1,58 -1,86
ш -1,86 -2,14
а б
Рис. 3. Усилия в элементах мачты: а — ветровая нагрузка направлена на грань ствола; б — ветровая нагрузка направлена перпендикулярно двум оттяжкам
dr r dr
n , 3 ф 1 дф I ф (dw I h3 д2ф
Dr I + ""=гЧ" De^T + hKGrzl — -ф| = -р—
дт
12 dt
KG,.
d2w дф | „,., 1 (dw I d2w
^ 1+ KGrz~r t '
C„
dr r dr
d u 1 du ) „ u . d2u
—Ce 7=ph OF'
C
d v 1 dv v I , d2v XT+ ---2 ! = Р^ =
k 1 dr2 r dr r2 ) K dt2
Dt
rd2y 1 dy у .
тт ^ I" KGV = ,
dr2 r dr r2 ) 12 dt2
h3 d2у
(1)
h3 h3 h3
где Dr = - Br, D0 = - Be, Dk = - Bk, Cr
= hB„, C(
= hBe, Ck = hBk, D^
:Drae+ 2Dk, Bk = Gre,
E
Br = Er
1 V
Be
Ee
1 — ®r®e
K = —, D, D. и С, С. — соответственно жест-
6 т' 0 т' 0
кости изгиба и растяжения-сжатия для направлений г, 9; Бк — жесткость кручения; С — жесткость сдвига; Е, Е9 и сг, с9 — модуль упругости и коэффициент Пуассона для направлений г, 9; О , 09г — модули сдвига в плоскостях п и 9х соответственно; м>(г, 9), и(г, 9) и у(г, 9) — нормальное и два тангенциальных перемещения срединной плоскости по координатам г, 9; ф(г, 9) и у(г, 9) — произвольные искомые функции координат г, 9.
Для расчета динамических характеристик перекрытия при действии на него нагрузки от натянутых оттяжек мачты воспользуемся методикой, изложенной в работе [11] и основанной на представлении неизвестных величин из уравнений (1) в виде разложений в ряды по поверхностной координате и времени, а также на использовании условий совместности, которые позволяют перейти от производных по координатам к производным по времени старшего порядка [12]. Учитывая, что воздействие на плиту имеет упругий характер [13], получены выражения для нормального перемещения и усилия [14], передаваемого на плиту:
ВЕСТНИК
™ (г)"—^—
8/2012
3 В1У0 (&(1) + &(2))
2 В,
ркл:г0 6 &« +
ркщ
0
3В4 (&(1) + &(2))2
(2)
1
12В,
ркга-0 1 т ркятд
, (&(1)3 - &(2)3 )&(2)2
12 ркга-04 ркку^ ^ т ркл:г02
4В1¥0 (&(1)+ &(2))3 1 В140 (&(1)3 + &(2)3)
1 120
рк3^2 &(1)2 - &(2)2
В4
ркяг05
Г« -1
ркга-0
а(1)3а(2)
ркга-0
О«- &(2)
Г
720'
1 -
2В,
Л
+В
4В,
т рклг02
^ (&(1) + &(2))
г — +
6
В1 (&(1)+&(2)) ,4
- В
ркк^ 1 т ркжг0
рклг0 6
4 (&(1) + &(2))3 ркга-05
(&(1)+&(2))2
рклг0
11
6т 3рклг02
(2)
1
— + 20
(3)
1 (&
I1)3 + е(2)3
3) 12 (&(1)3 - &(2)3)&(2)2
1
ркга-0
рк3лг02
&(1)2 - &(2)2
В«-1
ркга-05 ^ Вг ; &(1)- &
&(1)3&(2) ■ ?(1)- &(2)
360
где &(1) и 0(2) — скорости продольной и поперечной волны в плите соответственно.
На рис. 4 и 5 приведены соответственно значения динамического прогиба (2) и усилия (3), передаваемого на конструкцию перекрытия от оттяжки, в начальные моменты времени, которые для динамически прикладываемой нагрузки часто имеют решающее значение. Кривая 1 построена при условии, что ветровая нагрузка направлена вдоль грани мачты, а кривая 2 — при условии, что ветер действует нормально к двум оттяжкам.
1,6
м-*10 ~2м
0,8
2
// 1 I 1
+
0 1 2 3 4 1х10-3о
Рис. 4. Зависимость динамического прогиба плиты перекрытия от времени
Максимальные величины приведенных характеристик могут быть сравнены с нормативно допустимыми значениями [15]. На рис. 4 и 5 виден характер влияния направления ветрового воздействия и распределение динамических величин во времени под опорными узлами оттяжек мачты. Полученные аналитические зависимости позволяют проанализировать влияние на конечные характеристики ди-
намического воздействия всех параметров перекрытия, внешней нагрузки, а через передаваемые реакции опор и параметров самой мачты.
Рис. 5. Зависимость усилия в плите перекрытия от времени
Приведенная в работе численно-аналитическая методика может быть использована при проектировании размещения на существующих сооружениях металлических конструкций, а также при обследовании существующих зданий и сооружений на предмет возможности расположения на них дополнительного оборудования.
Библиографический список
1. РД 45.162—2001. Ведомственные нормы технологического проектирования. «Комплексы сетей сотовой и спутниковой подвижной связи общего пользования». М. : Институт сотовой связи, 2001.
2. СанПиН 2.2.4/2.18.055—96. Санитарные правила и нормы на электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ) : утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора от 8.05.1996 г № 9.
3. ОСТН 600—93. Отраслевые строительно-технологические нормы на монтаж сооружений и устройств связи, радиовещания и телевидения : утв. приказом Минсвязи РФ от 15.07.1993 г. № 168.
4. ПУЭ—1998, 1999 гг. Правила устройства электроустановок : утв. Минтопэнерго РФ, Госэнергонадзором России, 1998, 1999.
5. ГОСТ 3062—80*. Канат стальной одинарной свивки.
6. СНиП 2.03.01—84*. Нагрузки и воздействия. М. : Госстрой, 1999.
7. СНиП 2.03.06—85. Алюминиевые конструкции. М. : Госстрой, 1985.
8. Мачты алюминиевые решетчатые для радиорелейной связи типа МАР 5274-176-05775641-РЭ. Руководство по эксплуатации и монтажу.
9. СНиП II-23—81*. Стальные конструкции. М. : Госстрой, 1989.
10. Локтев А.А. Ударное взаимодействие твердого тела и упругой ортотропной пластинки // Механика композиционных материалов и конструкций. 2005. Т. 11. № 4. С. 478—492.
11. Локтев А.А. Динамический контакт ударника и упругой ортотропной пластинки при наличии распространяющихся термоупругих волн // Прикладная математика и механика. 2008. Т. 72. В. 4. С. 652—658.
12. A finite element model for impact simulation with laminated glass / M. Timmel, S. Kolling, P. Osterrieder, P.A. Du Bois // International Journal of Impact Engineering. 2007. P. 1465—1678.
13. Suemasu H., Maier M. An analytical study on impact behavior of axisymmetric composite plates // Adv. Composite Materials. 1995. V. 5. № 1. P. 17—33.
14. Yapici A., Metin M. Effect of low velocity impact damage on buckling properties // Engineering. 2009. № 1. P. 161—166.
15. СНиП 2.03.01—84*. Бетонные и железобетонные конструкции. М. : Госстрой, 1989.
Поступила в редакцию в июне 2012 г.
ВЕСТНИК 8/2Q12
Об авторах: Бахтин Вадим Федорович — начальник строительного отдела, ООО ИЦ «Эксперт», 394038, г Воронеж, ул. Конструкторов, д. 82, (473) 2788991;
Черников Игорь Юрьевич — специалист по обследованию зданий и сооружений строительного отдела, ООО ИЦ «Эксперт», 394038, г. Воронеж, ул. Конструкторов, д. 82, (473) 2788991;
Локтев Алексей Алексеевич — кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической механики и аэродинамики, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, (499) 183-24-01, [email protected].
Для цитирования: Бахтин В.Ф., Черников И.Ю., Локтев А.А. Расчет на динамическое воздействие мачты сотовой системы связи и плиты перекрытия, на которую она опирается // Вестник МГСУ 2012. № 8. С. 66—75.
V.F. Bakhtin, I.Yu. Chernikov, A.A. Loktev
ANALYSIS OF THE DYNAMIC LOAD APPLIED TO A CELLULAR COMMUNICATION MAST AND A CEILING PANEL ON WHICH IT RESTS
Installation of antenna masts and towers that have cellular signal transmission equipment mounted represents a relevant problem in the urban development. Given its density, as well as the multiplicity of multistory residential and office buildings, masts can be mounted onto existing buildings and structures. For this purpose, the analysis of a metal mast itself and a ceiling panel on which it is to rest should be performed in respect of different types of loading. This task is of utmost importance, since original designs of buildings fail to take account of any supplementary static or dynamic loads. Numerical and analytical methods are used for the purpose of the analysis. The analysis of cellular signal transmission masts is performed numerically with the help of a software programme, while the calculation of the ceiling panel is performed on the basis of a combined scheme. As a result, the authors demonstrate the safety of installation of high-altitude masts onto existing structures exposed to varying loads, including wind and ice loads.
Key words: metal mast, dynamic load, vibrations of buildings and their elements, numerical and analytical methods, dynamic characteristics.
References
1. RD 45.162—2001. Vedomstvennye normy tekhnologicheskogo proektirovaniya. «Kompleksy setey sotovoy i sputnikovoy podvizhnoy svyazi obshchego pol'zovaniya» [Governing Documents 45.162—2001. Local Norms of Technology-related Design. "Networks of General Mobile Cellular and Satellite Communications". Moscow, Institute of Cellular Communications, 2001.
2. SanPiN 2.2.4/2.18.055—96. Sanitarnye pravila i normy na elektromagnitnye izlucheniya radio-chastotnogo diapazona (EMI RCh): utv. postanovleniem Goskomsanepidnadzora ot 8.05.96 g. № 9. [Sanitary Rules and Norms 2.2.4/2.18.055—96. Sanitary Rules and Norms Applicable to Electromagnetic Emissions of the Radio Frequency Bandwidth, approved by the Resolution issued by the State Committee for Sanitary and Epidemiological Supervision on May 08, 1996, no. 9].
3. OSTN 600—93. Otraslevye stroitel'no-tekhnologicheskie normy na montazh sooruzheniy i ustroystv svyazi, radioveshchaniya i televideniya: utv. prikazom Minsvyazi RF ot 15.07.93 g. № 168. [Industrial Construction Norms 600—93. Industrial Construction Norms Applicable to Installation of Communication, Radio and Television Structures and Facilities. Approved by the Order of the Ministry of Communications of the Russian Federation on July 15, 1993, no. 168].
4. PUE—1998, 1999 gg. Pravila ustroystva elektroustanovok: utv. Mintopenergo RF, Gosenergonadzorom Rossii, 1998, 1999. [Rules of Setup of Power-Driven Units. Approved by the Ministry of Fuel and Energy of the Russian Federation and the State Energy Supervision Committee of Russia in 1998 and 1999].
5. GOST 3062—80*. Kanat stal'noy odinarnoy svivki. [State 3062—80*. Standard Single-lay Steel Wire Rope].
6. SNiP 2.03.01—84*. Nagruzki i vozdeystviya. [Construction Norms and Rules 2.03.01—84*. Loads and Actions]. Moscow, State Construction Committee, 1999.
7. SNiP 2.03.06—85. Alyuminievye konstruktsii. [Construction Norms and Rules 2.03.06—85. Aluminum Structures]. Moscow, State Construction Committee, 1985.
8. Machty alyuminievye reshetchatye dlya radioreleynoy svyazi tipa MAR 5274-176-05775641-RE. Rukovodstvo po ekspluatatsii i montazhu. [Aluminum Latticework Masts for Radio Communication Systems of MAR 5274-176-05775641-RE Type. Guidelines for Operation and Installation].
9. SNiP II-23—81*. Stal'nye konstruktsii. [Construction Norms and Rules II-23—81*. Steel Structures]. Moscow, State Construction Committee, 1989.
10. Loktev A.A. Udarnoe vzaimodeystvie tverdogo tela i uprugoy ortotropnoy plastinki [Impact-driven Interaction between a Solid Body and an Elastic Orthotropic Plate]. Mekhanika kompozitsionnykh materi-alov i konstruktsiy [Mechanics of Composite Materials and Structures]. 2005, vol. 11, no. 4, pp. 478—492.
11. Loktev A.A. Dinamicheskiy kontakt udarnika i uprugoy ortotropnoy plastinki pri nalichii raspros-tranyayushchikhsya termouprugikh voln [Dynamic interaction between the striker and an elastic ortho-tropic plate in the presence of diffusive thermoelastic waves]. Applied mathematics and mechanics, 2008. vol. 72. no. 4, pp. 652—658.
12. A finite element model for impact simulation with laminated glass / M. Timmel, S. Kolling, P. Osterrieder, P.A. Du Bois // International Journal of Impact Engineering. 2007. P. 1465—1678.
13. Suemasu H, Maier M. An analytical study on impact behavior of axisymmetric composite plates // Adv. Composite Materials. 1995. V. 5. № 1. P. 17—33.
14. Yapici A., Metin M. Effect of low velocity impact damage on buckling properties // Engineering. 2009. № 1. P. 161—166.
15. SNiP 2.03.01—84*. Betonnye i zhelezobetonnye konstruktsii. [Construction Norms and Rules 2.03.01—84*. Concrete and Reinforced Concrete Structures]. Moscow, State Construction Committee, 1989.
About the authors: Bakhtin Vadim Fedorovich — Director, Civil Engineering Department, Expert Open Joint Stock Company, 82 Konstruktorov St., Voronezh, 394038, Russian Federation, +7 (473) 278-89-91;
Chernikov Igor' Yur'evich — Specialist in Examination of Buildings and Structures, Civil Engineering Department, Expert Open Joint Stock Company, 82 Konstruktorov St., Voronezh, 394038, Russian Federation, +7 (473) 278-89-91;
Loktev Alexey Alexeevich — Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associated Professor, Department of Theoretical Mechanics and Aerodynamics, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, [email protected]; +7 (499) 183-24-01.
For citation: Bakhtin V.F., Chernikov I.Yu., Loktev A.A. Raschet na dinamicheskoe vozdeystvie machty sotovoy sistemy svyazi i plity perekrytiya, na kotoruyu ona opiraetsya [Analysis of the Dynamic Load Applied to a Cellular Communication Mast and a Ceiling Panel on Which It Rests]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 8, pp. 66—75.
