具有開放式框架結構的格狀塔、特別是電纜塔或電信塔、以及用于提高塔其穩定性的方法與流程

本發明涉及一種具有角形型材的開放式框架結構的格狀塔，特別是電纜塔或電信塔。

本發明還涉及用于提高具有角形型材的開放式框架結構的格狀塔的、特別是電纜塔或電信塔的穩定性的方法。

在本發明的意義內格狀塔被理解為包括例如用于接收高架輸電線的塔。無線電塔或天線塔或電信塔同樣地被理解為本發明的意義內的格狀塔。然而，具有開放式框架結構的格狀塔也可以是在網橋上的格狀塔或電纜塔。最后，在本發明的意義內的格狀塔也可以是用于安裝風力發電機的塔。

在本發明的意義內的開放式框架結構被理解為包括具有支柱的框架結構，這些支柱不設置有填充物，并且該框架結構不是永久存在的并且不用于居住目的。

根據本發明的空氣動力學包層設置有用于開放式框架結構的角形型材。

包括角形型材的框架結構具有以下優點，即它們特別輕并且單獨的型材支柱可以例如通過鉚釘、焊接或螺栓相對容易地彼此連接。

背景技術：

這樣的格狀塔通常由上下布置的一排結構元件構成，其中每級形成具有三個或多個梯形框架面板的框架結構，每個面板由彼此穩固的角部支撐件構成。角部支撐件被設計為角形型材，并且連接角部支撐件的支柱同樣地能被部分地設計為角形型材，并且部分地還設計為板型材。

這樣的框架結構的設計通常服從于對支承負荷和作用在建筑上的風負荷的要求。

形成框架結構的結構元件的尺寸或尺寸設計，一方面取決于單獨的元件的自由屈曲長度和單獨的元件中占優的拉伸或壓縮應力，并且另一方面取決于例如通過風負荷被引入建筑的縱向力和橫向力的相互作用。

為了使該類型的格狀構造或框架結構穩定，已知多種穩固系統，這些穩固系統在框架支柱的布置以及格狀結構的總重方面最優化，例如在GB 675,859 A中描述了這樣的系統。

用于預期的風負荷和支承負荷的框架結構的優化設計相對于優化重量通常存在相對少的問題。在現有的框架結構的情況下，例如在用于高架輸電線的現有格狀塔的情況下，可能必須不時修理和/或更換結構的零件。在一些情況下，這要求新的穩定性檢查。現有的裝置在一些情況下、特別是也由于提高的負荷要求或由于結構弱點而不能滿足提高的穩定性要求，該結構弱點在存在相當長的一段時間之后將被預期到。

技術實現要素：

在這種情況下，可能需要耗時的拉緊。本發明的目的是提供一種具有在隨后的升級過程中能被相對簡單地生產的設計的格狀塔。

此外本發明的目的是提供一種作為隨后的升級的一部分用于提高格狀塔的穩定性的合適的方法。

該目的特別是通過權利要求1的特征并且通過權利要求11的特征來實現。

根據本發明的格狀塔和用于提高格狀塔的穩定性的方法的優選替代實施方式從從屬權利要求變得明顯。

根據本發明的一方面，提供一種具有角形型材的開放式框架結構的格狀塔，特別是電纜塔或電信塔，包括至少一個或多個包層型材，該至少一個或多個包層型材在至少一個角形型材的長度的至少一部分上延伸，其中至少一個包層型材具有入射流表面并且形成角形型材的暴露于風的邊緣的流屏蔽，其中入射流表面具有小于無屏蔽的角形型材的流阻系數的流阻系數。

入射流表面優選地是至少近似球狀曲線形或具有多邊形或多面形輪廓，其類似于球狀或橢圓狀的弧形輪廓。在本發明的意義內“多面形”被理解為是指類似于弧形輪廓的多邊形表面。

在本發明的意義內角形型材被理解為是指例如T形型材、L形型材、I形型材、Z形型材、U形型材、C形型材等。

本發明利用以下事實，即建筑上的風負荷從參考壓力與流阻系數以及建筑的暴露表面的乘積來確定。參考壓力取決于空氣密度和風速。流阻系數這里描述在相關的框架結構的結構元件周圍、例如在角形型材周圍的風流動的特征。型材的銳邊趨于產生湍流并且因此比多面形或圓形邊緣或者圓形或管狀型材更易于受風負荷影響。與銳邊角形型材的C_W＝2.0的流阻系數相比，八邊形具有例如C_W＝1.3的流阻系數。

如果最初層狀流動的流體的流率增大，則流動的特征從層流變化到中性并且然后變得不穩定，使得最初有秩序的流動變成波狀的。結果，流阻系數顯著增大。在尖銳的型材邊緣，流阻系數C_W(無量綱的)能呈現大約2.0的大小，然而，對于圓形元件或例如也對于球狀元件，流阻系數大約在0.176和0.48之間，取決于雷諾數。在非常高的雷諾數的情況下，球體的流阻系數增大，然而在相對低的雷諾數的情況下它呈現低值。

本發明利用這些本身已知的流體機械情況。通過提供相應包層的格狀塔，暴露的角形型材中的至少一些的流阻系數可以被顯著降低，結果，建筑上的風負荷同樣地被顯著降低。在最簡單的情況下，這可以例如通過角形型材的至少一個暴露的關鍵邊緣用包層型材屏蔽來實現，其中包層型材具有圓形或曲線形的入射流表面。在格狀塔的情況下，例如可以提供，借助于相應的包層型材屏蔽所有或一些角部支撐件或角部型材。這些包層型材能例如僅在相關的角形型材的長度的一部分上緊固到該角形型材，并且在不同情況下僅在角形型材的長度的一部分上屏蔽角形型材。在本發明的范圍內同樣可以僅相應地包層框架的結點。

根據本發明的另一方面，包層型材能被設計成具有沿著待被包層的角形型材的變化的橫截面，以便因此防止引起旋渦的可能性，或者以便優化氣動阻尼。

在格狀塔結構的情況下，相關的包層型材能被布置成例如使得它屏蔽角形型材的頂點，該角形型材形成例如等腰三角形橫截面。

在具有三個或四個角部支撐件的格狀塔結構的情況下，該建筑通常被選擇為使得角部支撐件被設計為具有基本上等腰三角形橫截面的角形型材，其中相關的角形型材的頂點指向外。通過包層這些頂點獲得風負荷的顯著降低。

至少一個包層型材的曲線形入射流表面關于相關的型材邊緣便利地對稱布置。

特別是輕質塑料、鋁或鋼型材開始考慮為包層型材并且這些可以被設計為殼狀元件，而且設計為實心型材。

在根據本發明的格狀塔的優選的替代實施方式中，規定至少一個包層型材具有最大投影面積，該最大投影面積比無包層的角形型材的最大投影面積大不超過60％，優選地不超過40％，并且更優選地不超過20％。結果確保，被包括在風負荷的計算中的入射流表面沒有以使得降低的流阻系數的優點因此被完全消除的方式而相對于無包層型材增大。

在例如具有近似弧形形狀的入射流表面的包層型材的情況下，相關的包層型材的直徑比被設計為角部型材的角形型材的對角線大至多20％。

在本發明的意義內近似球狀曲線形的入射流表面也被理解為是橢圓狀或拋物線形或不對稱曲線形的入射流表面。

根據本發明的格狀塔的替代實施方式的特征在于至少一個包層型材與至少一個角形型材形成結構單元。

在本發明的意義內結構單元被理解為是指包層型材和相關的角形型材彼此互補以形成承重支撐部件。

至少一個包層型材能例如借助于一個或多個類型的緊固被連接到至少一個角形型材，所述緊固選自包括粘結、鉚接、焊接、夾緊、利用維可勞的緊固、捆綁、螺接、裝訂或發泡的組。這些類型的緊固的組合也是可能的。例如，包層型材可以粘結到相關的角形型材，但是同時角形型材也能額外地借助于圍繞角形型材和包層型材被拉緊的帶條、帶等等緊固。

在本發明的有利實施方式中，規定至少一個包層型材補充角形型材以形成封閉的型材橫截面。例如可以理解的是，包層型材僅封閉或覆蓋角形型材的一個開放側。

代替角形型材被補充以形成封閉的型材橫截面，還可以規定，至少一個包層型材部分地或也完全地包圍角形型材并且形成封閉的或近似封閉的型材橫截面。為此目的，可以規定，包層型材包括多個元件，所述多個元件經由鉸鏈、例如膜鉸鏈彼此連接。

替代地可以規定，多個包層型材形成封閉的或近似封閉的型材橫截面，其至少部分地包圍角形型材。這些包層型材能例如可拆卸地彼此連接，但是替代地它們可以借助于圍繞角形型材夾緊的夾緊元件、例如以局部重疊的方式被緊固到角形型材。在包層的優選且有利的替代實施方式中，規定多個包層型材彼此補充以形成封閉的或近似封閉的球狀或橢圓狀橫截面。由一個或多個包層型材形成的型材橫截面能完全包圍角形型材。該型材橫截面不必具有對稱設計并且相反包層型材也可以形成不對稱的橢圓狀橫截面。

這可以例如由兩個包層型材實現，這兩個包層型材被設計為殼狀型材段，設置有不同的曲率半徑，其中具有第一曲率半徑的一個包層型材和具有第二曲率半徑的第二包層型材彼此補充以形成封閉的型材橫截面并且包圍角形型材，其中第一曲率半徑優選地小于第二曲率半徑，并且第一曲率半徑圍繞角形型材的待被屏蔽的暴露邊緣。

如果待被包層的角形型材例如是具有兩個型材腿和一頂點的角形型材，該頂點能由具有小的第一曲率半徑的第一包層型材屏蔽，然而角形型材的開放側由具有較大的第二曲率半徑的第二包層型材屏蔽。這樣，入射流側由第一角形型材限定，經由該入射流側空氣流在角形型材的腿部的自由端之上被引出。

如所提及的，至少一個或多個包層型材能被設計為殼狀型材段，或替代地，特別是當在每一情況下包層型材旨在形成對角形型材的型材橫截面的補充時，它們也能被設計為實心型材。

殼狀型材段能與相關的角形型材間隔開布置；例如，殼狀型材段能與角形型材隔開一定距離通過腹板安裝。

在本發明的優選替代實施方式中，規定至少一個或多個包層型材的背側設置有泡沫，其中泡沫同時提供關于相關的角形型材的粘附手段。

至少一個或多個包層型材也能被設計為殼狀型材段，其自由邊通過流蘇、纖維或穿孔型材延伸。特別是作為這樣的型材腿部的設計的結果，可以防止在型材腿部的自由端處形成湍流，因此也獲得了相對有利的空氣動力效應。

根據本發明的另一方面，提供一種用于利用至少一個包層型材提高具有角形型材的開放式框架結構的格狀塔、特別是電纜塔或電信塔的穩定性的方法，其中該方法包括利用至少一個包層型材包層至少一個角形型材，該至少一個包層型材具有至少一個至少近似球狀曲線形的或多面形的入射流表面，使得角形型材的至少一個暴露于風的邊緣由相關的包層型材屏蔽，其中角形型材被補充或包層以形成基本上封閉的或近似封閉的、至少部分地并且至少近似圓形的或多面形的型材橫截面。

該方法優選地特征在于，將格狀塔隨后升級以形成具有上述特征中的一個特征的空氣動力學包層的格狀塔。

在根據本發明的方法的有利的替代實施方式中，包層型材，特別是那些被設計為具有角形型材的結構單元的包層型材在框架結構的結點處連接，使得它們例如通過粘結、插塞在一起、夾緊、螺栓連接或螺絲接合，以壓配合、互鎖或結合方式與角形型材重疊和/或彼此重疊。這樣，原始框架結構的整個支撐功能可以被由包層型材制造的外骨骼代替。

在這樣的替代實施方式的方法中，包層型材優選地僅在框架結構的結點處彼此連接和/或連接到角形型材。

在上描述了格狀塔的空氣動力學包層的不同的替代實施方式，其中包層的上述替代實施方式可以組合地被施加在單個格狀塔上。

在本發明的范圍內，框架結構的所有型材和型材支柱的空氣動力學包層是可能的，其中，如也在上指出的，也僅該格狀塔的部分或者也僅框架的結點能被相應地包層。

包層型材能被形成為單個的型材殼段和單個的實心型材元件或者由多個不可分離地彼此連接的型材段形成。

該方法優選地包括借助于至少一個攀登機器人將包層型材緊固到具有框架結構的格狀塔。

附圖說明

借助于附圖中所示的示例性實施方式在下文說明本發明，附圖中：

圖1示出了如用于保持高架輸電線的高架輸電塔的格狀塔的示意圖，

圖2示出穿過根據第一替代實施方式具有根據本發明的空氣動力學包層的圖1所示的格狀塔的角部支撐件的橫截面，以及

圖3以分解圖示出穿過根據本發明的具有根據第二替代實施方式的空氣動力學包層的圖1所示的格狀塔的角部支撐件的截面。

具體實施方式

圖1中的格狀塔1被設計為具有四個角部支撐件2的常規開放式鋼框架建筑結構，在目前情況下該角部支撐件2被設計為開放式角形型材3，具有相等長度的兩條腿4和頂點10。

如圖1中可見的，在豎立格狀塔的區域內，該格狀塔占據相對大的占地面積，并且格狀塔1的四個角部支撐件2在塔末端5的方向上會聚。在每一情況下，兩個角部支撐件2與橫撐6一起形成塔級(maststufe)的梯形面板。每個塔級整體由四個梯形面板描繪，并且多個塔級從格狀塔1的基部豎直延伸到塔末端5。格狀塔1的各級的各個面板被設計為具有對角線延伸的支柱的框架結構，該對角線延伸的支柱根據格狀塔1的橫向載荷的大小充當加壓塔或張力塔。格狀塔1由于其形狀，該形狀朝向塔末端5逐漸變細，而因風負荷并且因電線的支承負荷而在格狀塔1具有預期的彎曲應力。電線7以已知的方式從塔橫臂8懸掛下來。塔橫臂8的幾何結構適于因電線7的重量造成的預期的彎曲力矩分布。

圖2示出了在本申請的意義內作為角形型材3的格狀塔1的角部支撐件2的截面的視圖，其例示了根據本發明的第一示例性實施方式。

設置在格狀塔1上的橫撐6、設置在所述橫撐上的對角線支柱以及其他結構元件同樣能在本發明的意義內以相應的空氣動力學方式被包層為角形型材。

兩個包層型材、設計為具有第一曲率半徑的型材殼段的第一包層型材9a和設計為具有第二曲率半徑的第二型材殼段的第二包層型材9b，在角部支撐件2處被緊固為空氣動力學包層。

第一包層型材9a和第二包層型材9b兩者可以被設計為例如呈塑料殼的形式，其可以粘結、螺接、鉚接、釘到或以其他方式連接到角形型材3。第一包層型材9a被設計為具有較小的第一曲率半徑的曲線形型材殼，而第二包層型材9b同樣被設計為具有較大的第二曲率半徑的曲線形型材殼。包層型材9a和9b兩者完全包圍角形型材并且形成封閉的、不對稱的橢圓狀橫截面。

第一包層型材9a形成入射流表面，其屏蔽并圍繞對稱設計的角形型材3的頂點10。第一包層型材9a在對稱的角形型材3的腿4的端部的區域中連接至所述對稱的角形型材3，或緊固到所述對稱的角形型材3。包覆并且屏蔽角形型材3的與頂點10相對的開放側的第二包層型材9b具有相對較大的曲率半徑并且同樣地在角形型材3的腿4的端部的區域中緊固到角形型材3。

在圖2所示的示例性實施方式中，主要提供頂點10的流屏蔽，并且第一包層型材9a因此關于頂點10對稱布置并且形成流型材的迎風面，而第二包層型材9b形成背風面。

在附圖中，總體上包圍角形型材3的包層被設計為封閉的，但是本發明將被理解為使得型材表面不需要被完全封閉并且相反它也可以被設計為僅在背風面(第二包層型材9b)部分封閉。

如在圖2在附圖中也特別可見的，第一包層型材9a的并且因此整個包層型材橫截面的最大直徑比連接角形型材3的腿4的端部的對角線大1.2倍。換言之，完全包層的角形型材3的投影面積比無包層的角形型材3的投影面積大1.2倍。

在圖3所示的空氣動力學包層的替代實施方式中，同樣提供第一包層型材9a和第二包層型材9b，第一和第二包層型材分別被設計為實心型材，它們同樣以形狀配合或結合方式連接到角形型材3的腿4。根據第二示例性實施方式的包層型材9a、9b補充對稱的角形型材3以形成不對稱的橢圓狀型材，其類似于圓形橫截面。

附圖標記列表

1 格狀塔

2 角部支撐件

3 角形型材

4 腿

5 塔末端

6 橫撐

7 電線

8 塔橫臂

9a 第一包層型材

9b 第二包層型材

10 頂點