Расчёт нагрузки на кабельную эстакаду: снег, ветер, гололёд, вес кабеля

Расчёт нагрузки на кабельную эстакаду определяет шаг стоек, вылет консоли и типоразмер лотка — без него сетку опор берут «на глаз» и либо переплачивают за лишний металл, либо получают прогиб лотка после первой зимы. На открытой трассе к весу кабеля и конструкции добавляются снег, ветер и гололёд, а на закрытой галерее хватает и одного веса.

Инженер, который проектирует трассу, обычно спрашивает то же самое: какую нагрузку берёт в расчёт эстакада на конкретном пролёте, как снеговой и ветровой район влияют на шаг стоек, и что произойдёт, если трассу довести гололёдом сверх нормы. Дальше — по порядку.

Из чего складывается нагрузка на эстакаду

Полная нагрузка на эстакаду — это сумма постоянной и временных составляющих. Постоянная — собственный вес стоек, консолей и лотка. Временные — вес кабеля с учётом будущей докладки, снеговая нагрузка на открытых трассах, ветровое давление на боковую поверхность конструкции и кабеля, гололёдная нагрузка на морозе и кратковременная нагрузка от монтажника на лотке во время обслуживания. Нормы требуют считать не арифметическую сумму максимумов каждой нагрузки, а их сочетания с понижающими коэффициентами — иначе сетка стоек получится тяжелее, чем нужно объекту. На схеме ниже — пять составляющих нагрузки на пролёт эстакады.

1. снеговая нагрузка на верхнем ярусе лотков
2. ветровое давление на боковую поверхность конструкции
3. гололёдная нагрузка (наледь на кабеле)
4. собственный вес лотка и кабеля
5. анкерное крепление стойки к фундаменту

h — высота стойки, L — шаг (пролёт) стоек

Собственный вес лотка и кабеля

Вес метра трассы считают по паспорту на конкретное изделие: сталь лотка ОЛЗ толщиной 2 мм весит больше, чем проволочный лоток ОЛП того же сечения, а глухой лоток ОГЛ — больше их обоих за счёт сплошного дна и крышки. К весу лотка прибавляют вес кабеля на полное заполнение, а не на текущую загрузку — трассу редко перекладывают, поэтому запас на докладку закладывают сразу. Отдельно считают вес соединителей, крышек и разделительных перегородок, если они есть в спецификации.

Снеговая нагрузка

На открытой эстакаде снеговую нагрузку принимают по СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» — по карте снеговых районов страны нормативный вес снегового покрова принят от 0,8 кПа в I районе до 5,6 кПа в VIII. Для лотка эту величину умножают на коэффициент, который учитывает форму конструкции: перфорированный и проволочный лоток снег продувает и часть нагрузки не держит, а сплошной глухой лоток ОГЛ с крышкой снег накапливает почти как ровная кровля. Снеговой район площадки для проекта берут по карте СП, а не по памяти — соседние области нередко относятся к разным районам.

Ветровая нагрузка

Ветровое давление по тому же СП 20.13330.2016 нормируют от 0,17 кПа в Iа районе до 0,85 кПа в VII — цифру снова берут по карте ветровых районов для конкретной площадки. На решётчатую конструкцию (лестничный и проволочный лоток, открытая ферма) ветер давит меньше, чем на сплошную стену, поэтому аэродинамический коэффициент для трассы ниже, чем для глухого короба или фасада. Ветровая нагрузка растёт с высотой эстакады — трасса на высоте 4–6 м над землёй получает больше давления, чем нижний ярус у самой земли.

Гололёдная нагрузка

Гололёд утяжеляет трассу двумя путями: намёрзший лёд добавляет вес на метр кабеля и лотка, а увеличенный диаметр кабеля подставляет ветру большую площадь. Толщину стенки гололёда принимают по карте гололёдных районов — от 5 мм в I районе до 20 мм и больше в особых районах — при плотности льда около 900 кг/м³. На трассах в северных и продуваемых регионах гололёдную нагрузку не пропускают в расчёте, даже если снеговой район у площадки невысокий: это разные карты районирования.

Сочетание нагрузок и допустимый прогиб

Снег, ветер и гололёд одновременно в полную силу не действуют, поэтому нормы дают сочетания нагрузок с понижающими коэффициентами, а не сумму пиковых значений. Итоговую нагрузку на пролёт проверяют против несущей способности лотка и консоли на этом шаге стоек, а прогиб — против допустимого предела: методика испытаний по ГОСТ Р 52868-2007 ограничивает прогиб лотка под нагрузкой величиной не более 1/200 пролёта. Если расчётный прогиб превышает предел, шаг стоек сокращают или переходят на лоток с более высоким бортом.

Как нагрузка определяет шаг стоек

Базовый шаг стоек одностоечной эстакады — 3 м, по длине секции лотка ОЛЗ. Как только расчётная нагрузка на этом пролёте превышает несущую способность лотка — от снега, ветра, гололёда или просто веса докладки, — шаг сокращают или ставят промежуточную опору под лоток. На тяжело нагруженных трассах ЦОД и нефтегаза с 3–6 ярусами применяют фермовую конструкцию с пролётом 6–12 м между рядами стоек — сама ферма перераспределяет нагрузку с лотка на более редкую и мощную опору. Подробнее о выборе конструкции — в статье о кабельной эстакаде и в разборе шага сетки опор.

Консоли для эстакады: вылет и толщина металла

Консоль передаёт нагрузку с лотка на стойку, поэтому её сечение и толщина металла тоже входят в расчёт — консоль на пролёте с высокой снеговой и ветровой нагрузкой берут с большей толщиной стенки, чем на защищённой от снега галерее. Ниже — типоразмеры облегчённой консоли ЮКЭН, которую применяют под лотки шириной 100–400 мм.

Область применения

Полный расчёт нагрузки нужен для открытых трасс ЦОД, нефтегазовых объектов и металлургических площадок, где эстакада стоит под открытым небом и несёт снег, ветер и гололёд одновременно с весом кабеля. Для трасс внутри отапливаемых цехов и галерей снеговую и гололёдную составляющую из расчёта убирают, а ветровую снижают до нагрузки от сквозняков и вентиляции — остаётся в основном собственный вес и вес кабеля. Это касается прежде всего трасс с 3–6 ярусами лотков на пролёте 6–12 м, характерных для ЦОД и нефтегаза. Для каждого случая в каталоге собраны отдельные типы конструкции: одностоечная, фермовая и плоская эстакада.

Нормативные документы

Снеговую, ветровую и гололёдную нагрузку определяют по СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» — по картам районирования для площадки строительства. Требования к самим лоткам — несущая способность на пролёте, допустимый прогиб, коррозионная стойкость — задаёт ГОСТ Р 52868-2007 «Системы кабельных лотков и системы кабельных лестниц для прокладки кабелей». Прокладку кабеля по эстакадам регулируют ПУЭ (глава 2.3 «Кабельные линии») и СП 76.13330.2016 «Электротехнические устройства». Итоговую нагрузку на пролёт и шаг стоек под неё проектная организация принимает по этим документам; комплектацию под принятое решение считаем мы.

Типовые ошибки расчёта

Чаще всего нагрузку на эстакаду занижают тремя способами. Берут вес кабеля по текущей загрузке трассы, а не по полному заполнению — и через год докладки лоток провисает. Считают снеговую нагрузку как для сплошной кровли даже для решётчатого лотка, который снег частично продувает — сетка стоек получается тяжелее и дороже нужного. И наоборот — для глухого лотка с крышкой берут коэффициент как для решётчатого, занижая реальную нагрузку. Ещё одна частая ошибка — брать снеговой и ветровой район площадки «по соседнему городу», без сверки с актуальной картой СП 20.13330.2016.

Вопросы и ответы

Нужен ли отдельный расчёт нагрузки, если эстакада внутри цеха

Снеговую и гололёдную составляющую для закрытой трассы можно не считать, но собственный вес лотка, вес кабеля на полное заполнение и монтажную нагрузку — считают всегда, вне зависимости от того, крытый объект или открытый.

Как узнать свой снеговой и ветровой район

Район площадки определяют по картам районирования СП 20.13330.2016 — их даёт проектная организация в разделе исходных данных или инженерные изыскания по объекту; брать значение «на глаз» по соседнему региону нельзя.

Что если расчётный прогиб лотка больше нормы

Либо сокращают шаг стоек и ставят промежуточную опору, либо переходят на лоток с более высоким бортом и большей толщиной металла — оба варианта возвращают прогиб в пределы 1/200 пролёта по ГОСТ Р 52868-2007.

Учитывается ли вес человека на лотке при обслуживании

Да, кратковременную нагрузку от обслуживающего персонала закладывают отдельной строкой в расчёт, особенно для лотков, по которым при ревизии трассы физически проходят.

Разная ли нагрузка на верхний и нижний ярус трассы

Да — снег и гололёд ложатся в основном на верхний ярус, а ветровое давление растёт с высотой, поэтому верхний ярус эстакады обычно нагружен сильнее нижнего при одинаковом заполнении кабелем.

Можно ли получить готовый расчёт под свой объект

Пришлите снеговой и ветровой район площадки, высоту эстакады, число ярусов и планируемую загрузку кабелем — инженеры ЮКЭН посчитают нагрузку на пролёт и подберут шаг стоек, консоль и типоразмер лотка.

Как заказать

Инженеры ЮКЭН посчитают нагрузку на вашу трассу и подберут шаг стоек, консоль и типоразмер лотка под снеговой, ветровой и гололёдный район площадки. Пришлите исходные данные через форму «Загрузить проект или спецификацию» — ответим со спецификацией и расчётом. Телефон: +7 (495) 015-80-61, e-mail: info@ucan-electro.ru.