Maszt antenowy

Maszty ze względu na rodzaj przekroju możemy podzielić na:

  • jednogałęziowe

Najczęściej stosowane ze względu na prostotę wykonania. Typowym przekrojem jest przekrój rurowy z uwagi na symetrię w każdym kierunku (te same parametry przekroju we wszystkich kierunkach). Przekrój taki jest najlepszym przekrojem na tego typu maszt. Maszty te nie mogą osiągać dużych wysokości ze względu na mała sztywność przekroju.

  • wielogałęziowe (kratownicowe)

Rzadko stosowane ze względu na skomplikowaną budowę i cenę. Maszt taki charakteryzuje dużą sztywnością, którą zapewnia mu przestrzenna konstrukcja. Przekroje poprzeczne masztów są najczęściej trójkątem równobocznym, a wykratowanie wykonuje się z rur okrągłych, kwadratowych, kątowników. Wykonanie takiego masztu w warunkach domowych jest praktycznie niemożliwe z uwagi na poprawności i jakość połączeń. Maszty tego typu mogą osiągać bardzo duże wysokości ze względu na bardzo dużą sztywność przekroju i dobry stosunek wysokości do zużycia materiału.

Największy na świecie maszt o wysokości 646,38 m zbudowano w Polsce w Konstantynowie koło Gąbina. Konstrukcja wykonana ze stali ważyła 550 ton. Przekrój poprzeczny masztu stanowił trójkąt równoboczny o długości boku równym 4,8 m. Masztu składał się z 86 sekcji o wysokości 7,5 m każda. Główne elementy nośne wykonano z rur stalowych o średnicy 240 mm o grubości ścianki 8 - 34 mm. Maszt utrzymywało w pionie pięć par odciągów.

20 maja 2008 r. rozpoczęły się prace nad 165 piętrem budynku Bruj Dubaj, które znajduje się na wysokości 649,7 metra. Oznacza to, że pobity został dotychczasowy rekord wynoszący 646,38 metrów należący od 1974 r. do masztu radiowego w Konstantynowie koło Gąbina. Maszt Polskiego Radia będący dotychczas najwyższą strukturą wzniesioną kiedykolwiek przez człowieka, zawalił się w 1991 roku z powodu zerwania jednej z trzech lin podtrzymujących jego konstrukcję.

Rodzaj mocowania masztu:

  • Mocowanie utwierdzone

Ten rodzaj mocowania nie zapewnia swobody obrotu masztu w punkcie podparcia. Maszt przekazuje w tym miejscu siłę pionową (ciężar masztu anteny, oblodzenia); siłę poziomą (parcie wiatru), moment zginający (parcie wiatru). W tego rodzaju mocowaniu największe naprężenia występować będą u podstawy masztu w miejscu jego zamocowania. Zatem należy użyć odpowiedniego przekroju na maszt. Należy również się liczyć ze znacznymi siłami przekazywanymi na podporę. W przypadku stosowania dwóch punktów podparcia (np. opaski kominowe) warto rozstawić je w jak największej odległości od siebie co zapewni przekazywanie mniejszych sił poziomych na podporę. Należy pamiętać, iż opaska musi być w stanie przenieść siłę pozioma przekazywana na podporę oraz siłę wywołana przez jej naciągnięcie.

Ten rodzaj mocowania najłatwiej zrealizować za pomocą opasek okalających podporę montażową (np. komin) albo poprzez osadzenie masztu w podporze (zabetonowanie). Tego typu maszty osiągają wysokość do 6 m. Większe wysokości da się oczywiście uzyskać ale trzeba stosować bardzo wytrzymałe i duże przekroje. Lepsze są maszty kratownicowe, których przekrój jest w stanie przenieść większe siły wewnętrzne.
 

  • Mocowanie przegubowe

Ten rodzaj mocowania zapewnia swobodę obrotu masztu w punkcie podparcia. Maszt przekazuje w tym miejscu siłę pionową (ciężar masztu anteny, oblodzenia); siłę poziomą (parcie wiatru). Moment zginający (parcie wiatru) nie jest przekazywany na podporę. W tego rodzaju mocowaniu największe naprężenia występować będą w miejscu montażu do masztu odciągów. Odciągi są konieczne ponieważ bez nich układ stał by się mechanizmem i uległ by zniszczeniu. W danej chwili zawsze pracuje jeden odciąg (rozciąganie). W pozostałych pojawiają się siły ściskające i odciągi ulegają natychmiastowemu wyboczeniu (pracują jako cięgła - przenoszą tylko siłę rozciągającą). Przekrój odciągów nie musi być znaczny. Wystarczą już 2-3 milimetrowej średnicy linki stalowe. Lina stalowa jednozwita o Rm= 1400 MPa i średnicy 2,0 mm jest w stanie przenieść siłę do 3,33 kN. Ta sama lina o średnicy 3,2 mm przeniesie siłę rozciągająca o wartości do 8,28 kN. Lina zakończona powinna być kauszami odpowiednimi do średnicy liny. W celu zapobiegnięcia indukcji prądów w odciągu warto go podzielić na odcinki nie większe niż 1/6 λ za pomocą odpowiednich izolatorów. Należy jednak pamiętać że izolator powinien mieć wytrzymałość na rozciąganie co najmniej taką sama jak lina. W przeciwnym wypadku to on będzie najsłabszym ogniwem naszego odciągu. Odciągi powinny być zamocowane do podłoża za pomocą kotew o odpowiedniej nośności (rozciąganie i ścinanie). Podłoże, w których osadzone są kotwy musi również zapewniać przeniesienie tych sił.

Ten rodzaj mocowania najłatwiej zrealizować za pomocą dwóch śrub i dwóch ceowników stykających się w płaszczyznami środnika, obróconych względem siebie o kąt 90 stopni.

 


Nie ma jakieś bezpiecznej, maksymalnej wysokości masztu dlatego, że parametr ten zależy od wielu czynników np:

  • wartości działających obciążeń na układ;
  • parametrów fizycznych przekrojów masztu;
  • smukłości prętów ustroju;
  • granicy plastyczności materiału z jakiego wykonany jest maszt;
  • rodzaju mocowania (podpory);
  • rozstawu podpór (maszty utwierdzone);
  • nośności podpory.

Każdy przypadek powinien być rozpatrywany indywidualnie.

Żeby nasz maszt był konstrukcją bezpieczną warto dać go do przeliczenia w celu wyznaczenia odpowiednich przekrojów oraz sprawdzenia stanów granicznych nośności i (SGN) użytkowania (SGU).

Rozkład naprężeń w antenie umieszczonej na 330 cm maszcie.
Mocowanie masztu: utwierdzenie - realizowanie za pomocą dwóch punktów podparcia.
Pręty nr: 1-7 to antena.
Pręty nr: 8, 9 to maszt 38,0x2,9 stal TR235.
W węzły nr: 9 i 10 to podpory (punkty podparcia ustroju).
Ze schematu można odczytać, że największe naprężenia występują przy pierwszym punkcie podparcia (węzeł nr 9). Dla prętów 1-7 możemy zauważyć że maksymalne naprężenia w danym pręcie są zbliżone (minimalnie odstaje pręt nr 3). Świadczy to o dobrym doborze przekrojów, z którego wykonany jest promiennik anteny. Wraz ze wzrostem sił przekroje są coraz większe co powoduje, iż naprężenia utrzymują się na podobnym poziomie.