Основи розрахунку щогл
Щогла складається з жорсткого стовбура, який працює на стиск і згин, та відтяжок, які можуть працювати тільки на розтяг.
Як правило стовбури виконують решітчастими 3 - або 4 - гранної призматичної форми. Для надання стовбуру необхідної жорсткості відстані між сусідніми ярусами кріплення відтяжок приймаються :
a
40b – для 4 – гранного стовбуру;
а30b – для 3 – гранного стовбуру.
Ширина грані «b» в типових тригранних щоглах з трубчатих стержнів приймається:
при H = 45…120м – b
0,8м;
при H = 100…250м – b1,35м;
при H = 150…400м – b2,2м.
Місця кріплення відтяжок погоджують з розміщенням обладнання. Для тригранних щогл використовують три відтяжки, розміщені під кутом 
одна до одної, для 4 - гранних – чотири відтяжки, розміщені у двох взаємно перпендикулярних напрямках. Кут нахилу відтяжок до горизонту приймають приблизно 
. Для відтяжок використовують стальні оцинковані канати.
Розрахункова схема стовбура щогли - це ненарізна багатопролітна балка, пружними опорами якої служать вузли примикання відтяжок. Відтяжки є гнучкими нитками, навантаженими розподіленим навантаженням від власної ваги та вітру, кінці яких закріплені в різних рівнях.
Така здавалось би проста за конструкцією вантово-стержнева система відрізняється досить складним характером поведінки під навантаженням, що пов’язано з особливістю роботи відтяжок як гнучких ниток, навантажених поперечним навантаженням. Зменшення або збільшення прольоту гнучкої нитки (тобто зближення або розходження кінців) відбувається як від пружного подовження чи скорочення, так і в результаті зміни форми провисання нитки від змінних навантажень, якими для відтяжок є вітер, обледеніння, температурні перепади. Внаслідок цього виникають значні переміщення відтяжечних вузлів стовбура щогли, що за величиною досягають поперечного розміру стовбура. Зміна ексцентриситету вертикальних сил у стовбурі призводить до появи в ньому додаткових згинаючих моментів. Таким чином, великі деформації щогли призводять до того, що її розрахункова схема змінюється під навантаженням, а тому необхідно виконувати розрахунок за деформованою схемою методом послідовного наближення.
Працездатність щогл забезпечується попереднім натягом відтяжок, в результаті чого вони можуть сприймати стискаючі зусилля, а також збільшується їх поздовжня жорсткість за рахунок зменшення стріли провисання.
Перед розрахунком розробляється конструктивна схема щогли з призначенням форми і основних розмірів елементів стовбура, необхідних для визначення вітрового тиску на щоглу.
Розрахунок щогли виконується в два етапи. На першому, наближеному етапі, коли перерізи відтяжок ще невідомі (а відповідно, ще невідомі ні вага ниток, ні вітрове навантаження на них), відтяжки розглядаються як невагомі нитки, і переміщення вузлів кріплення їх до стовбура щогли не враховуються. В результаті стовбур умовно розраховується, як балка на жорстких опорах. Для спрощення попередніх розрахунків в вузли опирання такої балки вводяться шарніри. Отримана таким чином спрощена розрахункова система використовується для попереднього підбору перерізів стовбура і відтяжок. Для цього в напрямку на одну з відтяжок визначається розрахункове вітрове навантаження на стовбур щогли. За результатами розрахунків будується епюра фактичного вітрового тиску на стовбур щогли, яка в межах ділянок між вузлами кріплення відтяжок замінюється еквівалентним рівномірно розподіленим навантаженням. Таким чином, стовбур щогли розглядається як система розрізних балок, навантажених вітровим тиском (рис.17.6). Для кожної балки визначаються опорні реакції і обчислюється сума реакції балок в кожному вузлі. Тоді зусилля розтягу в i-тій відтяжці визначається як (рис.17.7):
,
де 
– сума опорних реакцій балок в і-тому вузлі; 
– коефіцієнт, який враховує зусилля попереднього натягу відтяжок; К=1,2 ( при трьох або чотирьох відтяжках у вузлі); 
– кут нахилу і-тої відтяжки до вертикалі.
Розтягуюче зусилля 
не повинно перевищувати половини розривного зусилля, яке може сприйняти відтяжка.
Зусилля М та N в перерізах стовбура визначаються за формулами:
;
,
де 
– усереднений тиск вітру в даному прольоті стовбура щогли;
– сума проекцій зусиль усіх вище розташованих відтяжок на вертикаль;
N1 і N2– зусилля відповідно від власної ваги щогли та устаткування.
Зусилля тиску в поясі решітчастого стовбура при спільній дії M і N визначається як і для башт за формулою, що має загальний вигляд
,
а саме:
а) для щогли з прямокутною формою перерізу стовбуру
;
Рис. 17.7. До визначення зусилля розтягу у відтяжках
б) для щогли з чотирикутною формою перерізу стовбура
.
За отриманими зусиллями попередньо підбираються перерізи відтяжок і поясів стовбура щогли.
Після цього переходять до другого, остаточного, етапу розрахунку. Оскільки перерізи відтяжок вже попередньо підібрані, то можна визначити діючі на них постійне та вітрове навантаження і розраховувати відтяжки як нитки, навантажені поперечним навантаженням. Це дозволяє врахувати фактичні зміщення вузлів кріплення відтяжок і розглядати стовбур як нерозрізну багатопролітну балку на податливих опорах. Невідомими в цій багатократно статично невизначеній системі є зусилля у відтяжках, зміщення в горизонтальній площині точок кріплення відтяжок до стовбура і моменти в стовбурі в тих же точках.
Якщо число ярусів відтяжок позначити через n, а число відтяжок в кожному ярусі - через m,то в загальному випадку для визначення невідомих використовуються:
а) 2n рівнянь статики рівноваги вузлів в координатах X i Y;
б) m∙ n рівнянь спільності деформацій точок кріплення відтяжок до стовбура;
в) 2n рівнянь нерозривності пружної лінії стовбура.
Методика складання названих систем рівнянь наведена в “Справочнике проектировщика. Металические конструкции. Под. ред. Н.П. Мельникова”, стор. 526…542.
Статичний розрахунок щогли як просторової вантово-стержневої системи дуже трудомісткий і може бути виконаний тільки з використанням ЕОМ.
Після визначення в стовбурі розрахункових зусиль M, N i Q, кожну його ділянку в межах між вузлами кріплення відтяжок перевіряють на стійкість як суцільний чи складений решітчастий позацентрово стиснутий стержень за формулою
Для решітчастого стовбура визначають поздовжні зусилля в поясах Nf і розкосах Nd, користуючись наведеними вище формулами. Пояси і розкоси перевіряють на стійкість як центрально стиснуті елементи за формулою
