Come i carichi del vento e quelli delle antenne influenzano la progettazione dei tralicci per telecomunicazioni

La progettazione di una torre per le telecomunicazioni parte dai carichi, non soltanto dall’altezza. Due torri della stessa altezza possono richiedere soluzioni strutturali molto diverse se installate in ambienti con intensità del vento differenti o se devono sostenere antenne, parabole per microonde, piattaforme, cavi e accessori diversi. Per questo motivo, una quotazione per una torre basata esclusivamente sull’altezza e sulla quantità è generalmente preliminare.

Per gli operatori di telecomunicazioni, gli appaltatori EPC, i consulenti ingegneristici, i proprietari di infrastrutture e i team di approvvigionamento dei progetti, comprendere la relazione tra carico del vento e carico dell’antenna consente di formulare una richiesta di offerta più chiara. Riduce inoltre il rischio di confrontare offerte basate su ipotesi diverse. Questa guida illustra i principali parametri che influenzano torre di comunicazione la progettazione strutturale e le informazioni di cui un produttore ha bisogno prima di redigere una proposta su misura per il progetto.

1. Perché il vento spesso determina la progettazione delle torri per telecomunicazioni

Una torre per telecomunicazioni è una struttura alta ed esposta. I suoi elementi in acciaio, le antenne, i supporti, le scale, le piattaforme, i cavi e altri accessori interagiscono tutti con il vento. Le forze risultanti devono essere trasmesse attraverso il corpo della torre, i collegamenti, la base e le fondazioni.

Gli effetti del vento non sono determinati da un singolo valore di velocità. La base di progettazione può considerare la definizione della velocità del vento richiesta dalla norma di riferimento, il livello di probabilità, la categoria del terreno o dell’esposizione, la topografia, l’altezza sul livello del suolo, la direzionalità, la forma strutturale, la geometria delle apparecchiature e altri fattori specifici del progetto. Un valore di vento preso da un altro progetto potrebbe quindi risultare inadatto, anche se le due torri hanno la stessa altezza nominale.

Con l’aumentare dell’altezza della torre, l’esposizione al vento e la risposta strutturale possono variare. Le apparecchiature montate in prossimità della sommità possono inoltre generare un effetto di ribaltamento maggiore rispetto a quelle installate a un livello inferiore. Per questo motivo, l’elevazione delle antenne deve essere inclusa nello schema dei carichi, anziché indicare soltanto il peso totale delle apparecchiature.

2. Le informazioni relative al vento di progetto devono essere chiaramente definite

Prima che un produttore di torri per telecomunicazioni possa valutare un progetto, l’acquirente deve identificare la località e i requisiti di progettazione. Come minimo, la richiesta di offerta (RFQ) deve indicare il paese del progetto, il sito o la città, l’altezza della torre, la norma applicabile e qualsiasi criterio specifico relativo al vento.

La definizione della velocità del vento deve essere indicata esattamente come richiesto dai documenti del progetto. Norme o specifiche diverse possono utilizzare periodi di mediazione, altezze di riferimento, periodi di ritorno, fattori di importanza, definizioni di esposizione o combinazioni di carico differenti. Un semplice valore numerico, privo della sua definizione, può facilmente generare fraintendimenti.

Anche il terreno è rilevante. Un’area costiera aperta, un sito rurale pianeggiante, una zona urbana densa, una zona industriale, una cresta montuosa o una posizione elevata possono generare condizioni di esposizione diverse. Gli effetti topografici e gli ostacoli circostanti devono essere valutati secondo il metodo ingegneristico applicabile. Se le informazioni definitive non sono disponibili, la richiesta di offerta (RFQ) deve indicarle come in sospeso, anziché consentire a ciascun offerente di assumere una condizione diversa.

3. Cosa significa carico sull’antenna

Il carico sull’antenna non corrisponde semplicemente al peso totale delle apparecchiature per telecomunicazioni. Il carico gravitazionale è importante, ma l’azione del vento sulle superfici esposte di antenne, parabole, supporti, cavi e piattaforme può rappresentare un parametro fondamentale per la progettazione.

Per ogni antenna o accessorio, il team di ingegneria potrebbe aver bisogno del suo tipo, della quantità, delle dimensioni, della massa, dell’area proiettata o dei dati sul vento forniti dal produttore, della quota di installazione, dell’orientamento, dello scostamento rispetto alla torre, della disposizione dei supporti e della posizione prevista sulla faccia della torre. Lo stesso equipaggiamento può influenzare la torre in modo diverso se ne cambiano l’altezza, l’orientamento o la distanza di stand-off.

Le antenne settoriali, i riflettori per microonde, le unità radio remote, i fasci di cavi, le antenne GPS, i supporti e altri accessori devono essere elencati separatamente. Raggruppare tutto l’equipaggiamento in un’unica area stimata potrebbe nascondere differenze importanti nella forma e nella posizione.

Area Proiettata Effettiva e Geometria dell’Equipaggiamento

In ingegneria delle telecomunicazioni, l’area proiettata efficace, spesso abbreviata in EPA, è comunemente utilizzata per descrivere come le apparecchiature interagiscono con il vento. Essa collega l’area esposta agli effetti aerodinamici. Il valore deve provenire da una fonte appropriata relativa all’apparecchiatura oppure essere determinato mediante il metodo prescritto dalla norma di riferimento per la progettazione.

Un’antenna a pannello piatto, un componente cilindrico e un’antenna parabolica non presentano la stessa geometria al vento. Anche l’orientamento ha rilevanza. Per un’antenna parabolica, diametro e direzione di montaggio sono fattori importanti; per un’antenna settoriale, larghezza, profondità, altezza e azimut possono influenzare il caso di carico. Il progettista della torre deve valutare la disposizione complessiva delle apparecchiature, anziché trattare ogni elemento come un rettangolo identico.

4. La variazione dell’altezza di montaggio modifica l’effetto strutturale

La posizione di un’antenna può essere altrettanto importante quanto le sue dimensioni. Una forza del vento applicata a un’altezza maggiore su una torre genera un effetto di ribaltamento più intenso alla base. Può inoltre aumentare i carichi sulle gambe della torre, sui controventi, sui collegamenti, sui sistemi di ancoraggio e sulle fondazioni.

Un programma completo delle antenne deve quindi indicare l’altezza del baricentro di ciascun elemento. Se diverse antenne sono installate su una stessa piattaforma, devono essere riportate le loro posizioni e le relative strutture di fissaggio. I riflettori per microonde e i supporti di grandi dimensioni richiedono particolare attenzione, poiché la loro area proiettata, il loro sbalzo e la loro quota possono influenzare in modo significativo i carichi strutturali locali e globali.

L’equipaggiamento installato distante dalla faccia della torre può introdurre un momento aggiuntivo tramite la staffa di fissaggio. La staffa stessa aggiunge ulteriore superficie esposta al vento e peso. Questi dettagli devono essere inclusi nella valutazione di una nuova torre o nel controllo della capacità residua per equipaggiamenti futuri.

5. Il tipo di torre influenza la risposta al vento e la disposizione degli equipaggiamenti

Forme diverse di torri offrono condizioni differenti per il montaggio delle attrezzature.

Torri reticolari autoportanti

Le torri reticolari autoportanti vengono spesso utilizzate quando un progetto richiede diverse altezze per le antenne, più parabole, piattaforme o capacità di espansione. La loro struttura aperta in acciaio offre numerosi possibili punti di fissaggio, ma il corpo della torre, i controventi, le piattaforme, le scale, i sistemi di cavi e gli accessori contribuiscono tutti al carico del vento.

La larghezza della faccia, la configurazione dei piedi, la geometria delle sezioni e la disposizione delle attrezzature devono essere coordinate. Un preventivo deve indicare chiaramente il programma ipotizzato per le antenne e i supporti inclusi.

Torri monopolio

Un monopolo utilizza una struttura tubolare compatta ed è adatto nei casi in cui l’uso del suolo o l’aspetto estetico rivestono particolare importanza. Il diametro dello stelo, lo spessore della parete, i collegamenti tra le sezioni, la configurazione della base e le reazioni della fondazione dipendono dalla combinazione dei carichi e dalla disposizione delle attrezzature.

Le antenne possono essere montate direttamente, su piattaforme o con staffe. Grandi distanze di distacco o attrezzature concentrate nella parte superiore possono influenzare la deformazione e la progettazione dei collegamenti. Gli acquirenti devono fornire la disposizione di montaggio proposta al momento della richiesta di preventivo per un monopolo.

Torri con galleggiamento

Una torre tirantata utilizza tiranti e ancoraggi per stabilizzare un palo snello. I carichi del vento e delle antenne influenzano il palo, le tensioni nei tiranti, i punti di collegamento, gli ancoraggi e il sistema di fondazione. La superficie disponibile, la geometria degli ancoraggi, le condizioni del terreno, l’accessibilità per la manutenzione e le tolleranze di installazione sono dati importanti per il progetto.

Un preventivo completo deve specificare la disposizione ipotizzata dei tiranti, le quote di installazione delle antenne, i supporti, la portata relativa agli ancoraggi e le responsabilità in materia di installazione.

6. Il carico futuro va pianificato, non assunto

I siti telecomunicazioni spesso subiscono modifiche nel corso della loro vita operativa. In un secondo momento potrebbero essere installate ulteriori antenne settoriali, collegamenti a microonde, radio, cavi, piattaforme o apparecchiature di sostituzione. Se è prevista un’espansione futura, questa deve essere definita come un caso di carico riservato nella fase di progettazione.

Una richiesta generica di «capacità aggiuntiva» risulta difficile da valutare. Un approccio migliore consiste nello specificare il tipo di apparecchiatura futura, la quantità, le dimensioni o i dati relativi al vento, il peso, l’altezza di montaggio e l’orientamento. Ciò consente al progettista di distinguere chiaramente la configurazione inizialmente installata da quella riservata.

I carichi futuri possono influenzare la quantità di acciaio, le dimensioni degli elementi strutturali, i collegamenti, le reazioni delle fondazioni, il trasporto e il prezzo. Definirli precocemente favorisce una presa di decisione più trasparente rispetto al tentativo di modificare la torre dopo la fabbricazione o l’installazione.

7. Altri carichi e requisiti di funzionalità

I carichi dovuti al vento e alle antenne sono fondamentali, ma non sono gli unici fattori da considerare nella progettazione. A seconda del progetto, la base ingegneristica potrebbe dover tenere conto anche del carico permanente, del carico di manutenzione, del carico variabile della piattaforma, del carico dei cavi, del ghiaccio (ove applicabile), delle condizioni sismiche, degli effetti termici, delle condizioni di costruzione o di montaggio e delle combinazioni di carico richieste dalla norma di riferimento.

Anche la funzionalità in esercizio è importante. Uno spostamento o una rotazione eccessivi possono influenzare l’allineamento dell’antenna e le prestazioni della rete, anche quando i requisiti di resistenza sono soddisfatti. I documenti di progetto devono indicare eventuali limiti richiesti per le deformazioni, le torsioni o le oscillazioni, nonché le apparecchiature a cui tali limiti si applicano.

La progettazione della fondazione richiede reazioni affidabili dall’analisi della torre e informazioni geotecniche adeguate. La capacità portante del terreno, la resistenza al sollevamento, la falda freatica, lo smaltimento delle acque, e le condizioni di cantiere sono specifiche per ogni sito. Un concetto di fondazione di riferimento non deve essere considerato un progetto definitivo senza dati sul terreno confermati e una revisione ingegneristica locale.

8. Come i carichi influenzano il costo della torre e il confronto tra preventivi

Le condizioni del vento e i carichi degli antenna influenzano più del semplice peso della torre. Possono infatti influire sulle dimensioni degli elementi strutturali, sui dettagli dei collegamenti, sulla quantità di bulloni, sulle piattaforme, sulle staffe, sulle piastrine di base, sui sistemi di ancoraggio, sulle reazioni della fondazione, sul carico di zincatura, sull’imballaggio, sul trasporto e sulla pianificazione del montaggio.

Quando due fornitori quotano la stessa altezza di torre a prezzi molto diversi, il primo passo è confrontare le loro ipotesi progettuali. Verificare se entrambe le quotazioni utilizzano la stessa base vento, lo stesso tipo di torre, lo stesso piano antenne, le stesse quote di montaggio, i carichi futuri, la portata degli accessori, lo standard di progettazione, il pacchetto documentale e i limiti della fondazione.

Un prezzo più basso basato su ipotesi più leggere o incomplete non è direttamente confrontabile con una quotazione che include l’intero piano di carico del progetto. Le deviazioni tecniche e le esclusioni devono essere elencate prima della valutazione commerciale.

9. Informazioni necessarie per una proposta di torre basata sul progetto

Per supportare una revisione tecnica efficiente, includere le seguenti informazioni nella richiesta di offerta (RFQ):

1. Nome del progetto, paese, ubicazione del sito e coordinate, ove disponibili.
2. Tipo di torre richiesto, altezza, quantità e destinazione d’uso applicazione .
3. Standard strutturale applicabile e specifica del progetto.
4. Informazioni sul vento di progetto, con relativa definizione e requisiti di esposizione.
5. Condizioni di terreno, topografia, temperatura, corrosione, sismicità e ghiaccio, ove applicabili.
6. Elenco antenne e apparecchiature con tipo, quantità, dimensioni, peso, dati sul vento, orientamento e quota di installazione.
7. Configurazione iniziale delle apparecchiature e carichi futuri definiti separatamente.
8. Piattaforme, scale, supporti per cavi, supporti di fissaggio, sistemi di sicurezza e altri accessori.
9. Informazioni sul suolo o sui dati geotecnici e i limiti richiesti per la progettazione della fondazione.
10. Calcoli richiesti, disegni, documenti relativi ai materiali, registri di ispezione, termini di consegna, destinazione e cronoprogramma.

Quando un dato in ingresso non è disponibile, etichettarlo come 'in attesa' e richiedere un’ipotesi di progettazione chiara. Ciò consente di ottenere un preventivo più utile e semplifica il confronto tra fornitori.

10. Norme e revisione ingegneristica

Lo standard applicabile deve essere confermato dal proprietario del progetto, dal consulente o dall’autorità competente. TIA descrive la serie di norme TIA-222 come uno standard strutturale per le strutture di supporto delle antenne e per le antenne stesse, mentre le linee guida ETSI osservano inoltre che la progettazione strutturale deve tenere conto dei carichi dovuti al vento agenti su componenti quali antenne, feeder e hardware associato.

Prima della fase finale di progettazione, occorre identificare l’edizione corretta della norma, i requisiti locali, i criteri specifici del progetto e il processo di approvazione professionale. Un articolo su un blog o un preventivo preliminare non possono sostituire i calcoli ingegneristici del progetto, la revisione dei disegni, la verifica geotecnica o l’approvazione regolamentare locale.

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Hebei Junhao Communication Technology Service Co., Ltd fornisce torri per telecomunicazioni, torri per la trasmissione di energia elettrica, accessori per telecomunicazioni e strutture in acciaio per torri. Per richiedere informazioni su una torre per telecomunicazioni, inviarci la località del progetto, il tipo di torre, l’altezza della torre, la quantità richiesta, i criteri di vento, il piano di installazione delle antenne, le quote di montaggio, i carichi futuri previsti, gli accessori richiesti, lo standard di progettazione, la destinazione finale e la data obiettivo di consegna.

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