Opór wiatru dla słonecznych latarni ulicznych: co naprawdę sprawia, że one stoją na miejscu

Jak obciążenie spowodowane wiatrem dociera do podłoża

Nacisk wiatru oddziałuje na eksponowaną powierzchnię latarni i jej panelu słonecznego. Ten nacisk przeradza się w siłę wywołującą wygięcie słupa, a fundament przekształca tę siłę w reakcję, która wpływa na podłoże. Każdy element znajdujący się „w górnym” odległości od fundamentu decyduje o wielkości tej siły; to fundament decyduje, czy słup utrzyma się w pionowej pozycji.

Jedno parametrze stanowi kluczowy element całego procesu projektowania: podstawowy ciśnienie wiatru w danym obszarze, uzyskiwane na podstawie lokalnych danych meteorologicznych. Obiekty położone wzdłuż wybrzeża lub na otwartych równinach charakteryzują się wyższym ciśnieniem wiatru w porównaniu z obszarami wewnętrznymi kraju; dlatego ten sam element konstrukcyjny, który będzie wystarczający na osłoniętym terenie, może okazać się zbyt słabym na eksponowanym obszarze, np. na drodze. Najpierw należy uzyskać te informacje, zanim ktoś wybierze odpowiedni materiał na budowę słupa.

Projektowanie słupa: kształt sekcji, stopień zwężenia i materiał

Trzy kluczowe elementy wpływają na wytrzymałość słupa na naprężenia wywołane wygięciem:

1. Kształt sekcji – odpowiada na wymagania odnośnie wytrzymałości na naprężenia i odporności na degradację pod wpływem środowiska.
2. Stopień zwężenia sekcji – wpływa na rozkład naprężeń wewnątrz słupa i na jego stabilność.
3. Materiał – ma decydujące znaczenie pod względem wytrzymałości na uszkodzenia i trwałości konstrukcji.

Wszystkie te elementy muszą być dobrze uwzględnione podczas projektowania, aby słup mógł spełniać wymagania bezpieczeństwa i funkcjonalności.

Kształt sekcji: Okrągły przekrój skutecznie odprowadza powietrze, co zmniejsza obciążenie konstrukcji, ale ma mniejszą odporność na wygięcie na kilogram stali w porównaniu z wielokątnymi sekcjami. Sześciokątne i osmiokątne sekcje zwiększają moment inercji, więc umożliwiają lepszą odporność na wygięcie przy mniejszej ilości materiału. Dlatego przy większych słupach używamy wielokątnych sekcji ze spadającym przekrojem, a przy mniejszych słupach – okrągłych sekcji, aby moment inercji był umiarkowany.

Spadający przekrój: Moment wygięcia osiąga swój maksymum u podstawy słupa i spada do niemal zerowego u jego szczytu, więc słup powinien być najszerszy u dołu i zwężać się w górę. Słup o stałym przekroju byłby nieekonomiczny, ponieważ stali użytej na szczycie nie byłoby użyte w pełni.

Materiał: Standardowym materiałem jest stal o wysokiej wytrzymałości. Polimer wzmacniony włókami (FRP) to lekkie i wytrzymałe tworzenie, które zmniejsza koszty transportu i montażu, a także jest odporny na korozję w środowisku morskim. Jednak szczegóły połączeń na płycie podstawowej wymagają specjalnych danych technicznych od producenta słupów, dlatego FRP traktujemy jako opcję dostosowaną do konkretnego projektu, a nie jako standardową opcję dostępną w katalogu.

Montaż opraw świetlnych i paneli:

Oświetlenie musi być umieszczone w pozycji jak najbardziej prostopadłej w odniesieniu do słupa, o ile to możliwe. Wiatr powinien przyciskać je w tę samą stronę, a nie wykrzywiać montażu. Ustabilizuj je za pomocą mocnych bolców, nakrętów i nakładek zabezpieczających – nakładki zabezpieczające zapobiegają odwrotowi nakrętu pod wpływem wibracji i są najtańszym elementem w całym układzie.

Pierwszy element konstrukcji to oprawka panelu oświetleniowego; montuj panel w pozycji równoległej do kierunku wiatru lub pod niewielkim kątem, aby jego krawędź stykała się z potokiem powietrza, a nie z jego powierzchnią. Korzystaj z specjalnych oprawek przykręconych do słupa; muszą mieć odpowiednio dużą wytrzymałość, aby panel nie drgał pod wpływem wiatru – drżenie panelu może przyczynić się do rozluźnienia bolców szybciej, niż to zdoła jakikolwiek nagły podmuch wiatru.

Podstawy: od nich zwykle zaczynają się problemy

Na miękkim podłożu lub w obszarach z wysokim poziomem wody zawsze zalecamy użycie fundamentów na palach. Fundamenty przenoszą obciążenie na głębsze, bardziej stabilne warstwy ziemi, co znacznie poprawia odporność konstrukcji na wywieranie sił z zewnątrz oraz na przewrót. Problemy mogą wystąpić w projektach z ograniczonym budżetem, jeśli nie użyje się takich fundamentów.

W miejscach, gdzie gleba nadaje się do użycia, fundament z betonu jest projektowany z uwzględnieniem wysokości słupa, wagi elementów konstrukcji, lokalnych warunków geologicznych oraz siły wiatru na danym terenie. Głębokość wmurowania fundamentu jest ustalana na podstawie obliczeń strukturalnych, a nie według jakiegoś ustalonego standardu. Dwa dodatkowe elementy wzmacniające konstrukcję są istotne z punktu widzenia wydajności: balast (bloki żelazne lub kamienie równomiernie rozrzucone w betonie) zwiększają odporność na przewrót, a także ankery, które przytwierdzają fundament do podłoża, zapewniając dodatkową przyczepność i stabilność.

Wartości obciążenia wiatrem i wyniki symulacji

Obliczenia składają się z trzech etapów: pobierania podstawowego ciśnienia wiatru z lokalnych danych meteorologicznych, zastosowania odpowiednich koeficientów odnoszących się do kształtu i wielkości opraw świetlnych oraz paneli, a także sprawdzania wartości momentu obciążenia, wygięcia konstrukcji oraz możliwości przewrócenia fundamentów w odniesieniu do wytrzymałości słupa i gruntu. Kodeks, który ma być stosowany, zależy od projektu – w Stanach Zjednoczonych to ASCE 7, w Europie EN 1991-1-4, a na poziomie międzynarodowym ISO 4354. Dla standardowych projektów wykorzystujemy nasz kalkulator obciążenia wiatrem; w przypadkach nietypowych warunków, specjalnych konstrukcji lub dużych kątów położenia elementów konstrukcji konieczna jest konsultacja z lokalnym inżynierem budowlanym, który przygotuje szczegółowe obliczenia.

W przypadku krytycznych projektów – mostów narażonych na wpływ wiatru, autostrad nad morzem lub innych obiektów, gdzie awaria może blokować ruch – modelujemy całą konstrukcję w trzech wymiarach, uwzględniamy wpływ obciążenia wiatrem i sprawdzamy słabe punkty konstrukcji jeszcze przed rozpoczęciem budowy. Testy w tunelu wiatrowym są wykorzystywane wtedy, gdy wymagają tego specyfikacje klienta, ponieważ oferują większą pewność i są tańsze od standardowych metod symulacji.

Burze często wywołują problemy z elementami konstrukcji, np. luźnymi śrubami, dlatego konieczna jest kontrola po silnych wiatrach – nie tylko według ustalonego harmonogramu. sprawdź, czy nie ma deformacji, pęknięć czy innych uszkodzeń na słupie, oprawie świetlniczej, panelu oraz fundamentach, z szczególną uwagą na złącza i śruby przyłączające elementy do podłoża. Ponadto sprawdź, czy nie doszło do przesuwania się gruntu wokół fundamentów – takie zmiany mogą wystąpić nawet kilka tygodni przed tym, jak słup zacznie się wykrzywiać.

Naprawiaj uszkodzenia natychmiast: wyprostuj lub zastąp wykrzywiony słup, wymień luźne lub zardzewiałe śruby zamiast ich ponownego przykręcenia, a także wzmocnij fundamenty, które utraciły stabilność. Usunij wszystkie nieczystości, sprawdź, czy izolacja podstawy jest w dobrym stanie, i ponownie przykręć śruby na elementach konstrukcji podczas inspekcji.

Co ten poradnik nie obejmuje:

Ta strona opisuje zasady projektowania, które stosujemy przy standardowych elementach konstrukcyjnych. Nie zastępuje wyników specjalnych obliczeń technicznych – fundamenty i słupy stosowane w każdym rzeczywistym projekcie muszą zostać przygotowane przez lokalnego inżyniera, uwzględniając specjalne wymogi związane z lokalnymi warunkami pogodowymi (wiatrem) oraz właściwościami terenu (ziemlą). Strona nie obejmuje również szczegółowych wymagań stosowanych w obszarach narażonych na tajfuny, elementów montażowych na dachach i ścianach, ani dekoracyjnych słupów z nietypowymi elementami. Jeśli aktualnie przygotowujesz projekt, oblicz wymagania dotyczące oporu na wiatr za pomocą naszego kalkulatora obciążenia wiatrem, a następnie porównaj te wyniki z danymi dotyczącymi słupów i fundamentów naszych słupów świetlnych do zainstalowania na ulicach; każdy egzemplarz tego produktu jest wyposażony w niezbędne elementy montażowe dostosowane do specyfiki konstrukcji słupa. W obszarach, gdzie warunki pogodowe (wiatr, słaba zimowa ilość słońca) sprzeciwiają się stosowaniu wyłącznie systemów solarnych, nasz przewodnik po hybrydnych rozwiązaniach solarno-wiatrowych pomoże w opracowaniu odpowiedniej strategii.