Was ist eine Stahlgittersäule?
Eine Stahlgitterstütze ist ein leichtes, lasttragendes Strukturelement, das aus schlanken Stahlelementen wie Winkeln, Kanälen oder Hohlprofilen besteht und durch Verbindungsstäbe oder Lattenplatten in dreieckiger oder quadratischer Anordnung miteinander verbunden ist. Die Hauptgurte tragen die Axiallast, während die Stegelemente die inneren Kräfte zwischen den Gurten verteilen, sodass die Säule wie ein einziges monolithisches Element wirkt. Da das offene Gerüst das Material vom Schwerpunkt fernhält, erreicht eine Gittersäule einen großen Rotationsradius und eine hohe Knickfestigkeit mit wesentlich weniger Stahl als eine Säule mit massivem Querschnitt gleicher Tragfähigkeit.
Warum Gittersäulen für Sendemasten verwendet werden
Freileitungen sind auf Masten angewiesen, die robust, leicht und wirtschaftlich sind und sich in abgelegenem Gelände errichten lassen. Die offene Gittergeometrie erfüllt alle drei Anforderungen:
Winddurchlässigkeit: Das niedrige Festigkeitsverhältnis des Gitters lässt den Wind durch die Struktur strömen, wodurch der Luftwiderstandsbeiwert im Vergleich zu einem massiven Abschnitt verringert und das Kippmoment auf die Turmbasis verringert wird.
Materialeffizienz: Kräfte werden von Gurten und Diagonalen in direkter Zug- oder Druckrichtung übertragen, sodass das Fachwerk hohe Lasten bei minimaler Stahltonnage tragen kann, was auch den Fundamentbedarf reduziert.
Logistik und Montage: Die Elemente werden in der Werkstatt hergestellt, feuerverzinkt-und vor Ort mit hoch{2}festen Schraubverbindungen zusammengebaut. Dadurch werden schwere Schweißarbeiten vor Ort vermieden und der Transport leichter Bündel zu schwierigen Standorten ermöglicht.
Die gleichen Strukturprinzipien gelten im gesamten Spannungsbereich, von Verteilungsleitungen über Ultra-Hoch--Übertragungssysteme bis hin zu Telekommunikationstürmen, bei denen Höhe, Nutzlast und Windleistung die bestimmenden Faktoren sind.
Anwendungen über Spannungsklassen hinweg
| Spannungsklasse | Typische Struktur | Designhinweise |
|---|---|---|
| Verteilung (unter 110 kV) | Ein-{0}}umlaufende oder zwei-umlaufende Gittertürme, H--Rahmenkonstruktionen | Helle Winkel, moderate Höhen, einfache Fundamente |
| Hochspannung (110 kV - 220 kV) | Selbsttragende Gittertürme | Feuerverzinkte Elemente, Schraubverbindungen, Eis- und Windlasten gemäß den örtlichen Vorschriften |
| Höchste-Hochspannung (330 kV - 750 kV) | Große vierbeinige Gittertürme mit Querarmen | Höhere Gurtlasten, schwere Knotenbleche, strengere Fertigungstoleranzen |
| Ultra-Hochspannung (750 kV und mehr) | Sehr hohe vierbeinige Türme, abgespannte Türme für besondere Übergänge | Bestimmt durch Leiterspannung und große Spannweiten; Ermüdung und Vibration werden bei Verbindungen berücksichtigt |
Entwurfsüberlegungen für Übertragungsturmsäulen
Bemessungslasten: Leiterlasten, Windlasten, Eislasten und Wartungslasten müssen gemäß den geltenden Vorschriften kombiniert werden, z. B. ASCE 10 für gitterförmige Übertragungsstrukturen aus Stahl, IEC 60826 für Entwurfskriterien für Freileitungen, EN 50341-1 für elektrische Freileitungen oder GB 50545 für chinesische Projekte.
Stahlsorte: Zu den gängigen Stahlsorten gehören S235 und S355 gemäß EN 10025-2, Q235B und Q355B gemäß GB/T 1591 sowie ASTM A36 oder A572 Güte 50. Bei der Sortenauswahl wird Festigkeit mit Schweißbarkeit und Verfügbarkeit in Einklang gebracht.
Korrosionsschutz: Feuerverzinkung nach ISO 1461 ist der Standardschutz für Sendemasten, da sie die komplexe Verbindungsgeometrie schützt und über Jahrzehnte hinweg nur wenig Wartung erfordert.
Fertigungsqualität: Das Schneiden, Lochen und Schweißen von Bauteilen folgt der in EN 1090-2 oder der entsprechenden Fertigungsnorm definierten Ausführungsklasse, wobei die Maßtoleranzen während der Werkstattmontage überprüft werden.
Gitterturm vs. Monopolturm
| Besonderheit | Gitterturm | Monopolturm |
|---|---|---|
| Strukturelle Form | Räumliches Fachwerk aus Winkeln, Kanälen oder Rohren in dreieckiger oder quadratischer Anordnung | Einzelne, sich verjüngende, vieleckige Stahlstange |
| Höhenfähigkeit | Sehr hohe Strukturen realisierbar; Höhe hauptsächlich durch Fundament und Logistik begrenzt | Wird normalerweise für niedrige bis mittlere Höhen verwendet |
| Windverhalten | Offener Rahmen reduziert Windlast | Solider Bluff-Körper mit höherem Luftwiderstand |
| Material und Montage | Geringeres Rohstoffgewicht; mehr Schraubarbeiten vor Ort | Höhere Materialkosten; schnellerer Feldaufbau |
| Wartung | Regelmäßige Kontrolle der Schraubverbindungen und Beschichtung | Weniger Komponenten, aber der Basisabschnitt benötigt einen sorgfältigen Korrosionsschutz |
Häufig gestellte Fragen
Warum werden Sendemasten als Fachwerkkonstruktionen gebaut?Gittertürme erreichen ein hohes Verhältnis von Festigkeit-zu-Gewicht und lassen den Wind durch das Gerüst strömen, wodurch seitliche Belastungen reduziert werden. Das offene Design senkt außerdem die Material- und Fundamentkosten im Vergleich zu Alternativen mit massivem Querschnitt.
Welche Stahlsorten werden für Gittermasten verwendet?Übliche Güten sind S235JR und S355JR/J0/J2 gemäß EN 10025-2, Q235B und Q355B gemäß GB/T 1591 sowie ASTM A36 oder A572 Güte 50. Die Güte wird entsprechend den Bauteilkräften, der Dicke und der Projektspezifikation ausgewählt.
Wie werden Gittermastglieder verbunden?Die Elemente werden mit hochfesten Schrauben an Knotenblechen oder durch Schweißen in der Werkstatt verbunden. Verschraubte Feldanschlüsse vereinfachen die Montage, verringern die Wetterabhängigkeit und erleichtern die Inspektion.
Können Gittermasten in städtischen oder Wohngebieten eingesetzt werden?Das ist möglich, aber aufgrund ihrer Größe und ihres industriellen Aussehens sind sie in dicht besiedelten Stadtgebieten, in denen Monopole oft bevorzugt werden, weniger verbreitet. In der Praxis hängt die Auswahl von der Höhe, der Belastung, den Wegerechten und den Zonenanforderungen ab.
Welcher Korrosionsschutz wird auf Sendemasten aufgetragen?Die Feuerverzinkung nach ISO 1461 ist der am weitesten verbreitete Schutz. Duplex-Systeme mit zusätzlicher Farbschicht werden in aggressiver Küsten- oder Industrieatmosphäre eingesetzt.
Welche Designstandards gelten für Gitterübertragungsstrukturen?Gängige Referenzen sind ASCE 10, IEC 60826, EN 50341-1 und GB 50545 sowie Herstellungsstandards wie EN 1090-2 und GB/T 2694 für Türme aus verzinktem Stahl.