Высотными называют сооружения, высота которых намного превышает их размеры в поперечном сечении. Такие сооружения работают на восприятие преимущественно горизонтальных нагрузок, основной из которых является ветровая. К высотным сооружениям относят вытяжные трубы (вентиляционные и дымовые), опоры антенных сооружений радио и телевидения, метеорологические вышки, опоры воздушных линий электропередач и т. п.
Высотные сооружения необходимы не только для многих крупных промышленных предприятий. Без них невозможны дальнейшее развитие теле- и радиокоммуникаций, передача электроэнергии на большие расстояния. Высокие трубы способствуют улучшению экологической обстановки.
Назначение дымовых и газоотводяших труб известно, мачты обычно применяют для линий электропередач, они специфичны с точки зрения их работы, восприятия нагрузок, наличия фарфоровых изоляционных гирлянд, опасности поражения током. Башни обычно используют для средств связи, часто их оборудуют передатчиками теле- и радиопрограмм, телефонных систем.
Башня — вертикально и свободно стоящее высотное сооружение, жестко защемленное в основании, что достигается анкеровкой ствола башни к фундаментам, и не требующая по этой причине оттяжек. В большинстве случаев башни проектируют в виде пространственных конструкций, имеющих форму призмы или пирамиды, часто с небольшими переломами в очертании поясов по высоте. Башни представляют собой решетчатые конструкции из трубчатых, прокатных или сварных профилей. Предпочтительнее трубчатое, а не из проката решение башни, так как у труб коэффициент аэродинамического сопротивления ветру меньше, что позволяет выполнить более тонким сечение конструкции.
Поперечное сечение — треугольник. квадрат, шестигранник, восьмигранник. По центру башни иногда предусматривают вертикальные конструкции для шахт лифтов, лестниц, различных технологических устройств.
Устойчивость башен обеспечивается надежным соединением надземной части с фундаментами. Для уменьшения объема фундаментов и особенно глубины их заложения базу башни проектируют уширенной в виде усеченной пирамиды с фундаментами по ее периметру, а каркас верхней части башни в виде призмы. Стыки поясов и решетки башни могут быть сварными или болтовыми.
Высота радио- и телевизионных опор обычно 180...380 м, радиорелейных опор — 50... 120 м, вытяжных труб-башен—90...180 м, молниеотводов— 170...230 м.
Мачта — вертикальное высотное сооружение, шарнирно или защемленно опирающееся на фундамент и удерживаемое натянутыми и наклонно идущими к земле стальными канатами-оттяжками в один или несколько ярусов. Мачты чаще всего имеют решетчатую конструкцию трех- или четырехгранного сечения или листовую конструкцию в виде сплошной трубы. Ствол решетчатых мачт состоит из пространственных секций длиной 6,75... 13 м, изготавливаемых на заводе и соединяемых при монтаже фланцами на болтах. Мачты листовой конструкции состоят из секций диаметром 1,2...2,5 м длиной до 9 м, они соединяются между собой встык сваркой или болтами на накладках. Встречаются и комбинированные решения соединения элементов.
Для строительства мачт и башен применяют обычно сталь, железобетон используют реже (в основном для телевизионных башен). На практике нередко монтируют башни смешанной конструкции — нижняя часть из железобетона, верхняя — из стали.
Мачты экономичнее башен по расходу металла и стоимости. При высоте до 150 м стоимость мачт на 20...30% ниже. Этот разрыв возрастает с увеличением высоты сооружения. Однако сооружениям мачтового типа присущи определенные недостатки.
Достоинства башен по сравнению с мачтами:
• меньшая площадь застройки;
• отсутствие необходимости периодической регулировки и замены растяжек;
• большая надежность при эксплуатации;
• удобное при монтаже и эксплуатации технологическое оборудование;
• большая эстетичность — отсутствие оттяжек и растяжек.
При выборе конструктивного решения того или иного сооружения в каждом конкретном случае проводят технико-экономическое обоснование различных вариантов решений с учетом местных условий строительства.
Башни часто возводят в труднодоступных местах, а также на просадочных и вечномерзлых основаниях. Однако это не имеет принципиального значения, так как башни обычно устанавливают на кольцевой фундамент.
Основной при расчетах является ветровая нагрузка, составляющая 70...80% итоговой. С увеличением высоты сооружения возрастает и интенсивность ветровой нагрузки.