可升级格构式塔架及其部件的制作方法

专利名称：可升级格构式塔架及其部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及常用类型的可升级格构式塔架，其通常用于支撑高位负载，所述高位 负载通常呈现为无线传输设备，特别是无线发射器和天线的形式。不过，本发明的原理也可 以应用到其他格构式塔架，例如可以用于支撑水箱等，或任意其他的高位负载，并且这样的 格构式塔架意味着落入本发明的范围。本发明也涉及这样的格构式塔架的部件。应该理解的是，本说明书中使用的术语格构式塔架意味着具有网格框架类型结构 的塔架，其通常包括大体直立的支腿元件(其会聚在塔架高度的至少大体下部稍上方)以 及与所述支腿元件互连的互连水平支杆和对角撑杆，其中所述支腿元件通常被布置成在平 面视图中处于多边形(最通常的是四边形或三角形)的角隅。
背景技术：
各种类型的塔架结构可以被采用，用于支撑无线传输设备，对于相对低的高度而 言单柱(monopole)通常是受欢迎的，并且格构式塔架由于其成本效率而在更高的应用受 到欢迎，通常塔架高度在20到100米的范围内。在当代无线电通讯业务显著发展，并且无线网络通讯和例如WiMAX和Wi-Fi的其 他协议加入手机中。这导致了无线业务的巨大发展。与业务增加相关的是对额外的传输设 备的需求以便处理增加的信息负载。用于支撑无线传输设备的塔架结构被设计成承载预定负载，并且由于成本原因， 其通常实际上不能构造出可以在以后支撑未知附加负载的塔架。除其他因素之外，通过无 线传输设备(具体是由天线)的重量以及可预期被自然环境(具体是风、雪和冰)施加在 设备和塔架上的外力，可以确定塔架上的负载。即使考虑到未来扩展，网络操作者通常选择最好地满足当前需求的塔架，因为网 络的未来扩展是极其难以预测的并且在塔架成本上存在大量不同，例如当与具有对应于30 平方米天线的承载能力的塔架比较时，具有对应于20平方米天线的承载力的塔架的成本 是不同的。因此，当需要增加超出了塔架能力的附加设备时，网络所有者要面临大量困难。设 立新的塔架结构需要必须由管理部门授予的新许可，并且一些情况下需要申请再次分区。 新许可和再次分区涉及附加费用，并且获得这样的新许可所必须的时间通常是不可预期 的。此外，拆卸一个塔架并且组装其替换塔架必然存在停工期，这样的停工期具有巨大的经 济影响并且使得消费者非常不方便。已经进行了各种尝试来通过加强手段增加塔架结构的支撑能力。申请人已知的最 相关可能信息被描述于美国专利第6，944，950号中，其中提出了将附加框架板夹持于现有 塔架框架，该提议的一个主要目的是避免焊接或钻孔现有结构。在申请人看来，这个提议 可能会很昂贵；当各塔架结构需要加强结构时需要被单独设计并且被制造以满足消费者需 求；并且，在增加塔架的负载能力方面提供了不可预测的结果。发明目的
本发明的目的是提供一种可升级的格构式塔架，其被预设计成在其被最初架设后 可以在一个或更多个阶段中增加其负载承载能力。本发明的另一个目的是提供这种可升级 的格构式塔架的部件。

发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种格构式塔架，其包括大体直立的支腿元件(其 可以会聚在所述塔架的高度的至少大体下部稍上方)，在平面视图中所述支腿元件被布置 在多边形的角隅处且水平支杆和对角撑杆与所述支腿元件互连，格构式塔架的特征在于 其相关于支腿元件的第一且基本装置(这里被称为基本支腿元件)、水平支杆的第一且基 本装置(这里被称为基本水平支杆)和对角撑杆的第一且基本装置(这里被称为基本对角 撑杆)，其提供所述塔架的第一且基本预定负载承载能力，并且其中至少选定的基本支腿元 件和/或基本水平支杆和/或基本对角撑杆具有附接结构，由此附加支腿元件和/或附加 水平支杆和/或附加对角撑杆可以被固定到所述基本支腿元件和/或所述基本水平支杆和 /或所述基本对角撑杆从而提供所述格构式塔架的增加的预定负载承载能力。本发明的进一步特征为所述支腿元件、水平支杆和对角撑杆均是标准金属部段， 通常是角部段，且各种所述支腿元件、水平支杆和对角撑杆具有相同或不同的横截面尺寸； 通过螺栓且适当地还通过连接板将每个所述支腿元件附接于彼此且附接于所述水平支杆 和对角撑杆，并且在这种情况下所述附接结构由此所述附加支腿元件和/或所述附加水平 支杆和/或所述附加对角撑杆可以被固定于所述基本支腿元件和/或基本水平支杆和/或 基本对角撑杆，其具有用于容纳螺栓从中穿过的孔；并且，所述格构式塔架的部件关于其端 部是可翻转(reversible)的。本发明的又一特征为所述格构式塔架的部件能够关于哪个部件被附接于另一个 部件而被预标记，例如标记任选地包括使用彩色编码和/或编号；附加部件的预定套件被 设计为对所述塔架的预定负载承载能力提供预定增加，使得提供一个且优选地至少两个预 定的升级阶段；升级包括逐步地添加地基材料到基本格构式塔架的地基；并且格构式塔架 具有三个或四个对称布置的支腿。可以通过引入附加支杆和附加对角撑杆来实现升级，这些附加支杆和附加对角撑 杆具有减小(通常减半)基本部件的跨度或压屈长度的效果。也可以通过使用平行偏置的 附加支腿元件、附加水平支杆和附加对角撑杆来加倍预定支腿元件、预定水平支杆和预定 对角撑杆，从而实现升级。优选地，使用恒定的反标记(backmarking)来定位所述支腿部段内用于螺栓的所 有孔，使得具有不同横截面尺寸的角部段可以使其角隅均纵向对齐(以端对端的对接关 系)并且是并排关系。每个支腿的支脚装置可以包括锚板，且该锚板具有用于基本支腿部段的支脚和用 于附加支腿部段的附加附接件。可替换地，每个支腿的支脚装置可以包括由多个单独零件组成的锚板，每个所述 零件均具有至少一个附接孔以及竖立凸缘(flange)，支腿部段的端部的凸缘可以被固定于 竖立凸缘之间，使得锚板的单独零件在使用时被固定在一起。根据本发明的第二方面，提供用于升级格构式塔架的负载承载能力的系统，其中支腿元件的基本装置(这里被称为基本支腿元件)、水平支杆的基本装置(这里被称为基本 水平支杆)和对角撑杆的基本装置(这里被称为基本对角撑杆)可以被组装并被设计成提 供格构式塔架的第一且基本的预定负载承载能力，并且其中可以通过向所述基本装置添加 至少选定的附加支腿元件和/或附加水平支杆和/或附加对角撑杆来实现所述塔架的一个 或更多个增加的负载承载能力，且其可以被固定于所述基本支腿元件和/或基本水平支杆 和/或基本对角撑杆从而提供所述塔架的一个或更多个预定的增加的负载承载能力。本发明也提供格构式塔架的部件，其特别适用于如上所述的格构式塔架或系统。在本发明的一种实施方式中，可以通过引入附加支杆和附加对角撑杆以及通过添 加现有混凝土地基平台来实现第一升级，其中所述附加支杆和所述附加对角撑杆具有减半 基本部件的跨度或压屈长度的效果。在本发明的这样一种实施方式中，可以通过使用平行偏置的附加支腿元件、附加 水平支杆和附加对角撑杆来加倍预定支腿元件和预定水平支杆和对角撑杆，以及通过进一 步添加地基平台，来实现第二升级。为了更加全面地理解本发明的上述和其他特征，将参照附图描述根据本发明的一 个实施例和系统。


附图中图1是示出已经应用本发明的格构式塔架的一个实施例的透视图；图2是其前视图；图3是在已经应用第一升级之后的前视图；图4是在已经应用第二升级之后的前视图；图5是图1和图2中所示的格构式塔架下部的放大立视图；图6是图1和图2中所示的格构式塔架上部的放大立视图；图7是图3中所示的格构式塔架下部应用第一升级的放大立视图；图8是图3中所示的格构式塔架上部应用第一升级的放大立视图；图9是图3和图7中所示的格构式塔架下部应用第一升级的放大透视图；图10是图3和图8中所示的格构式塔架上部应用第一升级的放大透视图；图11是图4中所示的格构式塔架下部应用第二升级的放大立视图；图12是图4中所示的格构式塔架上部应用第二升级的放大立视图；图13是图4和图11中所示的格构式塔架下部应用第二升级的放大透视图；图14是图4和图12中所示的格构式塔架上部应用第二升级的放大透视图；图15是示出塔架的一个可升级支脚的更放大透视图；图16是应用第二升级的支腿部段的示意性端视图；图17是对应于图14并且更清楚地示出了已经应用第二升级的水平支杆的更放大 透视图；图18是可替代支脚装置(所有紧固件被卸下)的透视图，其上没有附接第二升级 支腿部段；图19与图18相同，不过具有附接于其上的第二升级支腿部段；
图20是从其外部观察的图19中所示的支脚的透视图；以及图21是从其内部观察的图19中所示的支脚的透视图。
具体实施例方式在详细描述附图中所示的本发明实施例之前，应该注意到，本发明所设想的升级 不需要是如示例所述的完全升级，并且每个升级可以是根据要实现的增加负载承载能力而 阶段式进行。因此，例如可以通过仅使用一些附加对角撑杆并可能使用一些附加水平支杆 来升级从而少量增加负载承载能力，其中所述附加水平支杆和附加对角撑杆可以有效地减 半相关现有对角撑杆、水平支杆和支腿元件的弯曲长度。另一方面，可能需要加倍(double up) 一些或所有的水平支杆和一些或所有的支 腿元件来更多地增加承载能力。可以在开始使用适当设计考虑和相关计算来事先计划对于 需要被引入或通过加倍其构造来升级的格构式塔架部件的每一次改变和组合。应该理解的是，术语第一升级和第二升级不意味着基本格构式塔架应该实现的升 级次序，并且被描述为属于第二升级的实际部件可以在被描述为属于第一升级的部件之前 使用。因此，升级的次序取决于要被实现的承载能力的增加以及格构式塔架的设计。同样，下面描述了根据本发明所生产的格构式塔架的一些优选属性和特性根据需要使用一个通用尺寸的螺母和螺栓并且使用大量的通用预钻孔连接板来 优选地组装整个结构。因此在任何阶段(初始架设期间或后来升级期间)都不需要焊接。 因此，可以以小成本来扁平封装并运输格构式塔架的部件。所有部件被预钻孔以具有所有 必须的孔，从而用于不仅将基本格构式塔架的部件固定在一起，而且附接必须的任意附加 部件，以便实现如下面详述地第一和/或第二升级。部件都是对称的，使得端部可翻转，并且可以使用CNC冲压技术来容易地制造部 件。在本发明的这个优选实施方式中，所有部件均是通用的，其由通常被电镀或以其他方式 表面处理以防侵蚀的角铁制成。对于支腿部段，同样便利的是，这些支腿部段是由扁平金属 切板弯曲成所需形状，之后弯曲支腿的所需部段。因此，对于三支腿结构而言，可以沿纵向 线弯曲金属板，使得两个凸缘彼此以大约60度角延伸，从而大致对应于三角形格构式塔架 的侧面，而在正方形横截面塔架的情况下，凸缘可以彼此以大约90度延伸。而且，使用恒定的反标记(处于距角部段的角隅或趾端的固定距离)来定位支腿 部段中的所有孔，使得具有不同横截面尺寸的角部段均可使得其角隅纵向对齐(端对端的 对接关系)并且是并排关系。这也使得不论是否使用具有相同尺寸的角部段，均可以使用 连接板来连接共线支腿部段，其中这些共线支腿部段对于所有接头都是标准的。因此，当使用较小尺寸的角铁作为朝向塔架顶端的支腿部段时，恒定的反标记确 保了支腿保持成直线。当分析塔架强度时这具有明显优势。例如，如果决定在加倍的支腿 部段上使用更大外形的角铁(以便进一步增加承载能力)，则因为具有恒定反标记并且更 大外形不会干涉结构的其他部件，所以可以使用更大外形。所有支杆、撑杆和支腿元件可以被预标示、编号且任选地被彩色编码，以便有助于 现场组装。现在参照附图中所示的本发明的具体实施例，并且在现阶段具体参照图1、图2、 图5和图6，如上所述由各部件制成并螺栓连接在一起从而构成大体由附图标记1标出的格构式塔架，该格构式塔架包括大体直立的基本支腿元件2，其会聚在塔架高度的下部稍上 方，并且在这种情况下在平面视图中被设置在正方形的角隅处。通过一系列竖直间隔开的 基本水平支杆3和基本对角撑杆4互连支腿元件。这种塔架的大体尺寸可以大范围变化， 不过简单举例而言，在45米高的格构式塔架的情况下，占地面积可以是具有大约5米侧边 的正方形。而且，为了方便起见，支腿元件优选地大约2米长并使用常规设计原理，从而适 用最大长度大约3. 7米的对角撑杆。使用适当的连接板和用于将连接板固定于支腿元件的 凸缘的多个螺栓使得共线支腿元件彼此附接，其中所述支腿元件被设置成对接形式。如图5所示，通过将支脚6本身锚定于地基从而通过混凝土地基5来支撑每一个 最下方的支腿元件2。如上所述，基本格构式塔架是塔架的最简单形式，并且所有部件均具有附加孔从 而接收螺栓并且这可能是所需的以便用于实现下述升级。现在参照图3和图7-10，通过在预定位置引入附加水平支杆7和附加对角撑杆8 可以实现第一升级，其中所述预定位置被选择以便为格构式塔架提供所需的增加负载承载 能力。至少在本发明的这个实施例中，有效地这些附加水平支杆和附加对角撑杆具有如下 效果，即减半了其所附接的相关部件的无支撑跨度或压屈长度。第一升级也包括添加地基材料9，其适用于升级的格构式塔架所容纳的附加负载， 特别是由风力施加在塔架上的悬臂负载。在本发明的这个实施例中，并且如图4、图11-14和图17所示，可以通过使用平行 偏置的附加支腿元件10、附加水平支杆11和附加对角撑杆12来加倍预定基本支腿元件、预 定基本水平支杆和预定基本对角撑杆，并且通过为地基平台增加又一数量(quantity)的 混凝土 13，从而实现第二升级。在本发明的这个实施例中，如图16最清楚地示出，附加支腿元件被定向成使得角 部段的角隅14间隔开并且凸缘15沿相反方向延伸。使用扁平连接板16来实现将附加支 腿元件固定于基本支腿元件，其中所述扁平连接板16被定向成彼此交替成90度，并且适当 地间隔开从而提供具有所需强度的复合支腿部段。当然，最下方的附加支腿元件的下端需要被令人满意地附接于地基，并且其一种 实现方法被最清楚地示于图15。在这种情况下，每个支脚6被预制成具有附加角部段附接 件17，使用该附接件17能够将附加支腿元件以对接端(butt end)关系固定并因而固定到 地基，如最下方的基本支腿元件的情况中所示。因此，原始支脚6和附加角部段附接件17 均被固定于常用锚板18，该常用锚板18以通常方式被固定于地基。支腿元件的角隅之间的间隙允许在内支腿和外支腿之间具有优化的力传递。这个 空间也产生了用于支撑现有和未来天线及其他传输设备的托架的空间。应该注意到，当增 加附加支腿元件时，不影响现有天线和其他传输设备。如图17最清楚地示出，通过使用与用于将基本水平支杆3固定于相关基本支腿元 件的支撑凸缘的内侧的螺栓相同的螺栓，将附加水平支杆11的相对指向角部段螺栓连接 到相同支撑凸缘的外侧，从而实现加倍水平支杆。应该提到的是，具体参照图15和图16所述的支脚是适于根据本发明升级的基本 常规支脚装置。不过，有时当支脚装置被侵蚀时会遇到问题，并且当更换这样的支脚装置时 可能遇到相当大的难度。因此，从使得根据本发明制造的基本格构式塔架具有更长的预期使用寿命的观点出发，优选的是使用下面参照附图中图18-21所述的支脚装置，即使事实 上其可能成本更高也是如此。在这个可替换装置中，具有用于附接到地基锚的四个孔的常规锚板是由四个单独 零件20、21、22、23构成的，每个零件均具有一个附接孔和固定到其相邻边缘的竖立附接凸 缘，在组装条件下，所述相邻边缘是复合锚板的相邻零件的边缘。因为最下方的支腿部段相 对于竖直方向倾斜，而且为了为对角撑杆提供附接点，这个附接凸缘装置的四个零件中的 每个零件各不相同。复合锚板的最内零件20已经附接到其展开附接凸缘对，这些附接凸缘M不仅用 于将最下方支腿部段2的下端固定在它们和复合锚板的两个侧向零件21、22上的附接凸缘 25之间，并且还用于固定对角撑杆4的下端，如图21所示。复合锚板的最外零件23具有仅用于附接到最下方第二升级支腿部段10的附接凸 缘26。可以理解的是，使用这种支脚装置，当与更换参照图15和图16所述的支脚装置相 比时，更换其单个零件是实质上便利的。应该提到的是，可以在其间夹持支腿部段的相邻凸 缘之间使用垫片27，以便适应各种厚度的支腿部段以及适应可能存在的结构公差。可以通过切割或焊接过程来制造构成这种类型的支脚装置的四个零件，或者它们 可以被制成一体零件，例如通过钢铁铸造工艺。应该意识到的是，因此，根据需要且当需要时，实施本发明能够升级格构式塔架的 负载承载能力，以便增加其负载承载能力。这可以在对网络操作者没有任何通讯停工期的 情况下被实现。在升级期间，例如当加倍水平支杆和对角撑杆的情况下，只要合适就可以使 用现有紧固件。在所有其他情况下，只要需要就可以使用相同尺寸的螺母和螺栓来附接附 加部件。 实施本发明也可以在适当时候移除和更换任意被侵蚀部件。 当然，也可以使用本发明提供的原理来制造三支腿塔架或者具有多于四个支腿的
可替换塔架。
权利要求
1.一种格构式塔架(1)，其包括大体直立的支腿元件(所述支腿元件能够会聚在所述 塔架的高度的至少大体下部稍上方)，在平面视图中所述支腿元件被布置在多边形的角隅 处，且水平支杆和对角撑杆与所述支腿元件互连，所述格构式塔架的特征在于其相关于支 腿元件的第一且基本装置(这里被称为基本支腿元件(幻)、水平支杆的第一且基本装置 (这里被称为基本水平支杆(3))和对角撑杆的第一且基本装置(这里被称为基本对角撑 杆(4))，其提供所述塔架的第一且基本预定负载承载能力，并且其中至少所选的基本支腿 元件和/或基本水平支杆和/或基本对角撑杆具有附接结构，由此附加支腿元件(10)和/ 或附加水平支杆(7)和/或附加对角撑杆(8)能够被固定到所述基本支腿元件和/或所述 基本水平支杆和/或所述基本对角撑杆从而提供所述格构式塔架的增加的预定负载承载 能力。
2.根据权利要求1所述的格构式塔架，其中所述支腿元件、所述水平支杆和所述对角 撑杆均是标准金属部段，且所述支腿元件、所述水平支杆和所述对角撑杆具有相同或不同 的横截面尺寸。
3.根据权利要求2所述的格构式塔架，其中所述标准金属部段是角部段。
4.根据前述任意一项权利要求所述的格构式塔架，其中将每个所述支腿元件附接于 彼此且附接于所述水平支杆和所述对角撑杆是通过螺栓且适当地还通过连接板(16)的方 式，在这种情况下所述附接结构由此所述附加支腿元件和/或所述附加水平支杆和/或所 述附加对角撑杆能够被固定于所述基本支腿元件和/或所述基本水平支杆和/或所述基本 对角撑杆，其具有用于容纳螺栓从中穿过的孔。
5.根据前述任意一项权利要求所述的格构式塔架，其中所述格构式塔架的部件关于其 端部是可翻转的。
6.根据前述任意一项权利要求所述的格构式塔架，其中所述格构式塔架的部件能够关 于哪个部件被附接于另一个部件而被预标记。
7.根据前述任意一项权利要求所述的格构式塔架，其中附加部件的预定套件被设计为 对所述塔架的预定负载承载能力提供预定增加，使得提供预定的升级阶段。
8.根据前述任意一项权利要求所述的格构式塔架，其中升级包括添加地基材料(9、 13)到所述格构式塔架的地基(5)。
9.根据前述任意一项权利要求所述的格构式塔架，其中每个支腿的支脚装置包括锚板 (18)，其具有用于基本支腿部段的支脚(6)和用于附加支腿部段的附加附接件(17)。
10.根据权利要求1-8中任意一项权利要求所述的格构式塔架，其中每个支腿的支脚 装置包括多个单独零件，每个所述零件均具有至少一个附接孔以及竖立凸缘(M、25J6)， 支腿部段的端部的凸缘能够被固定于竖立凸缘之间，使得所述单独零件在使用时被固定在 一起。
11.根据前述任意一项权利要求所述的格构式塔架，其中升级是通过引入附加支杆和 附加对角撑杆而实现的，其中所述附加支杆和所述附加对角撑杆具有减半基本部件的跨度 或压屈长度的效果。
12.根据前述任意一项权利要求所述的格构式塔架，其中升级是通过使用平行偏置的 附加支腿元件、附加水平支杆和附加对角撑杆来加倍预定支腿元件和预定水平支杆和预定 对角撑杆而实现的。
13.根据前述任意一项权利要求所述的格构式塔架，其中使用恒定的反标记来定位所 述支腿部段内用于螺栓的所有孔，使得具有不同横截面尺寸的角部段能够使其角隅均纵向 对齐(以端对端的对接关系)并且是并排关系。
14.一种用于升级格构式塔架的负载承载能力的系统，其中支腿元件的基本装置(这 里被称为基本支腿元件)、水平支杆的基本装置(这里被称为基本水平支杆)和对角撑杆的 基本装置(这里被称为基本对角撑杆)能够被组装并被设计成提供格构式塔架的第一且基 本的预定负载承载能力，并且其中能够通过向所述基本装置添加至少选定的附加支腿元件 和/或附加水平支杆和/或附加对角撑杆来实现所述塔架的一个或更多个增加的负载承载 能力，其中所述附加支腿元件和/或附加水平支杆和/或附加对角撑杆能够被固定于所述 基本支腿元件和/或基本水平支杆和/或基本对角撑杆从而提供所述塔架的一个或更多个 预定的增加的负载承载能力。
15.一种成套件形式的格构式塔架的部件，其特别适于如权利要求1至13中任意一项 权利要求所述地架设格构式塔架或为其升级。
全文摘要
提供一种格构式塔架(1)，其包括大体直立的支腿元件，在平面视图中所述支腿元件被设置在多边形的角隅处且水平支杆和对角撑杆与所述支腿元件互连。格构式塔架具有基本支腿元件(2)、基本水平支杆(3)和基本对角撑杆(4)的第一装置，其提供塔架的第一且基本预定负载承载能力。所选的基本支腿元件和/或基本水平支杆和/或基本对角撑杆具有附接结构，从而附加支腿元件(10)和/或附加水平支杆(7)和/或附加对角撑杆(8)可以被固定到基本支腿元件和/或基本水平支杆和/或基本对角撑杆，从而为格构式塔架提供增加的预定承载能力。
文档编号E04H12/10GK102076921SQ200980123880
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月23日 优先权日2008年6月24日
发明者约翰·赫丁杰, 约翰尼斯·科内留斯·诺蒂 申请人:约翰·赫丁杰, 约翰尼斯·科内留斯·诺蒂