Общие положения и подготовка элементов конструкций к монтажу

Монтаж - комплексный процесс сборки зданий и сооружений из укрупненных конструкций, деталей и узлов заводского изготовления.

Организационные принципы включают:

■ первостепенное выполнение работ нулевого цикла, включая про­кладку коммуникаций к зданию;

■ поточный метод монтажа при увязанном по производительности комплекте подъемно-транспортных машин;

■ монтаж конструкций с транспортных средств («с колес»);

■ предварительное укрупнение на земле конструкций в неизменяе­мые блоки;

■ разбивка здания на монтажные участки или захватки с закреп­ленными на них комплексными бригадами рабочих и монтажны­ми механизмами;

■ обеспечение ритмичной сдачи отдельных смонтированных уча­стков возводимого сооружения для выполнения последующих работ;

■ выбор методов монтажа и механизмов на основе технико-эконо­мического сравнения вариантов.

Технологическая структура монтажных процессов

Важным фактором для строителей является технологичность возво­димого здания в целом, включая технологичность используемых мон­тажных элементов, которые подразумевают:

■ минимальное количество типоразмеров монтируемых элементов, т. е. степень типизации конструкций;

■ максимальная строительная готовность поставляемых конструк­ций - степень точности геометрических размеров и положения закладных деталей;

■ удобство строповки, подъема, установки и выверки всех элемен­тов;

■ простота и удобство заделки всех стыков и заливки швов;

■ близкий к 1 показатель монтажной массы, выражающий отноше­ние среднего веса конструкций к максимальному, т. е. их укрупненность и равновесность.

Комплексный технологический процесс монтажа сборных строи­тельных конструкций - совокупность процессов и операций, в резуль­тате выполнения которых получают каркас, часть здания или сооруже­ния, полностью возведенное сооружение. Вся совокупность процессов, позволяющая получить готовую смонтированную продукцию, состоит из транспортных, подготовительных, основных и вспомогательных процессов.

Транспортные процессы состоят из транспортирования конструк­ций на центральные и приобъектные склады, погрузки и разгрузки конструкций, сортировки и укладки их на складах, подачи конструк­ций с укрупнительной сборки или складов на монтаж, транспортирова­ние материалов, полуфабрикатов, деталей и приспособлений в зону монтажа. При складировании конструкций особо контролируют их ка­чество, размеры, маркировку и комплектность. При монтаже зданий с транспортных средств исключаются процессы разгрузки и сортиров­ки, так как конструкции сразу подаются на монтаж.

Подготовительные процессы включают: проверку состояния кон­струкций, укрупнительную сборку, временное (монтажное) усиление конструкций, подготовку к монтажу и обустройство, подачу конструк­ций в виде монтажной единицы непосредственно к месту установки. Дополнительно входят процессы по оснастке конструкций приспособ­лениями для временного их закрепления и безопасного выполнения работ, нанесение установочных рисок на монтируемые элементы, на­веска подмостей и лестниц, если это требуется выполнить до подъема конструкций.

Вспомогательные процессы включают подготовку опорных по­верхностей фундаментов, выверку конструкций, если ее выполняют после их установки, устройство подмостей, переходных площадок, ле­стниц и ограждений, выполняемых в период установки конструкций.

Основные или монтажные процессы - установка конструкций в проектное положение, т. е. собственно монтаж. В состав монтажных процессов входят:

■ подготовка мест установки сборных конструкций;

■ строповка и подъем с необходимым перемещением в простран­стве, ориентировании и установке с временным закреплением;

■ расстроповка;

■ окончательная выверка и закрепление;

■ снятие временных креплений;

■ заделка стыков и швов.

В зависимости от вида конструкций, монтажной оснастки, стыков и условий обеспечения устойчивости, выверку можно осуществлять в процессе установки, когда конструкция удерживается монтажным кра­ном, или после установки при временном ее закреплении.

Монтаж строительных конструкций (с точки зрения его организа­ции) может быть осуществлен по двум схемам: монтаж со склада и монтаж с транспортных средств.

При осуществлении монтажа со склада все технологические опе­рации, рассмотренные ранее, выполняют непосредственно на строи­тельной площадке.

Монтаж «с колес» предполагает выполнение на строительной площадке в основном только собственно монтажных процессов. Пол­ностью изготовленные и подготовленные к монтажу конструкции по­ставляют на строительную площадку с заводов-изготовителей в точно назначенное время и эти конструкции непосредственно с транспорт­ных средств подают к месту их установки в проектное положение. Та­кая организация строительного процесса должна обеспечивать ком­плектную и ритмичную доставку только тех конструкций, которые должны быть смонтированы в данный конкретный момент. Этот метод прогрессивен, при нем практически отпадает потребность в приобъект­ном складе, исключается промежуточная перегрузка сборных элемен­тов, создаются благоприятные условия для производства работ на стесненных строительных площадках, организация труда на строитель­ной площадке начинает напоминать заводскую технологию сборочного процесса, обеспечивается ритмичность, непрерывность строительного процесса.

Горизонтально перевозят элементы, укладываемые в сооружение и работающие в горизонтальном положении: балки, ригели, прогоны, плиты и панели перекрытий, балконные и кровельные плиты, высокие (более 1,5 м) стеновые блоки; а также длинномерные сборные конст­рукции - колонны и сваи.

Вертикально и наклонно транспортируют стропильные и подстро­пильные фермы, стеновые панели, панели перегородок.

Необходимый запас конструкций на складе устанавливают проек­том производства работ с учетом календарного графика монтажа и площадей, которые могут быть отведены для раскладки конструк­ций в зоне действия кранов. Разгрузку доставленных на строитель­ную площадку сборных конструкций обычно производят специаль­ным разгрузочным самоходным краном и реже основным монтажным механизмом. Более экономичным и менее трудоемким является «мон­таж с колес».

Складирование сборных железобетонных конструкций:

а - фундаментные подушки; б - бетонные блоки; в - прямоугольные прогоны и перемычки; г- колонны; д - плиты перекрытий; е - ригели;

ж - лестничные марши; з - балки; 1 – скрутка

Складирование стальных элементов конструкций в многоярусных штабелях:

а - одностенчатых балок с вертикальным положением их стенок; б - двухстенчатых элементов конструкций; 1 - лежни-подкладки;2 -прокладки

Подготовка элементов конструкций к монтажу

Подготовка элементов к монтажу предусматривает: укрупнительнуго сборку в плоские или пространственные блоки, временное уси­ление элементов для обеспечения их устойчивости и неизменяемости при подъеме, обустройство подмостями, лестницами, ограждениями и другими временными приспособлениями для безопасного и удобно­го ведения работ, закрепление страховочных канатов, расчалок.

Укрупнительная сборка необходима в тех случаях, когда из-за габарит­ных размеров или массы элементов их невозможно доставлять на строи­тельную площадку в готовом, собранном виде. Из доставленных сборных железобетонных элементов (отправочных марок) производят укрупнительную сборку ферм длиной 24 м и более, высоких колонн одноэтажных про­мышленных зданий тяжелого типа

В металлических конструкциях сборку на строительной площадке выполняют для тех же конструкций, а также ферм покрытий с фермами световых и аэрационных фонарей. Для укрупнительной сборки металлических конструкций устраива­ют стационарные стеллажи на специальных площадках возле строя­щихся объектов. Металлические фермы и подкрановые балки, из-за их большой поперечной гибкости укрупняют преимущественно в гори­зонтальном положении.

Временное усиление конструкций

Временное усиление осуществляют для восприятия монтажных усилий. Применяют усиление конструкций, когда расчетная схема кон­струкции и возникающие при подъеме элемента усилия не совпадают, что может привести к потере устойчивости и прочности конструкции или ее отдельных частей и узлов при подъеме. Потребность в таком усилении в большей степени относится к металлическим фермам, поя­са которых, при большой нераскрепленной длине, могут оказаться не­достаточно устойчивыми и жесткими при подъеме. Не обладающие достаточной жесткостью, в процессе транс­портирования и подъема усиливают, увеличивая их жесткость, а при необходимости и прочность. Необходи­мость усиления проверяют расчетом.

Обустройство и подготовка конструкций к монтажу

Обустройство подлежащих монтажу конструкций подразумевает их оснащение навесными подмостями, приставными и навесными лестни­цами, навесными люльками. Такое обустройство устраивают с целью обеспечения безопасных условий труда монтажников на высо­те. Инвентарные навесные подмости, площадки и лестницы закрепля­ют к монтируемым элементам у мест их установки.

Монтажные краны и механизмы. Выбор крана.

С технологической точки зрения монтажные машины классифици­руются по их мобильности и зоне монтажа, которую они могут обслу­живать. По этим признакам монтажные краны и механизмы можно разбить на несколько основных групп.

Стационарные монтажные машины допускают ведение монтажа в строго зафиксированном пространстве ограниченным радиусом их действия. При перемещении на новую стоянку механизм необходимо полностью или частично демонтировать. К таким стационарным меха­низмам относят монтажные стрелы, мачты, шевры, мачтово-стреловые краны, ленточные и тросовые подъемники, приставные краны и др.

Ограниченно мобильные машины позволяют вести монтажные ра­боты в зоне, ширина которой определяется радиусом их действия, а длина - длиной пути их перемещения. Монтажные краны этой груп­пы способны перемещаться со стоянки на стоянку в пределах зоны монтажа, практически при этом не вызывая перерывов в работе. При изменении зоны или объекта монтажа необходимо переложить подкра­новые пути на новое место, переместить механизм или демонтировать его и собрать на новом объекте работ. К ограниченно мобильным мон­тажным кранам относятся башенные краны, портальные, козловые, же­лезнодорожные, крышевые и кабельные краны, передвижные жестконогие стреловые краны и др.

Мобильные монтажные машины практически не имеют ограниче­ния зоны работы. Они легко перемещаются с одной стоянки на другую, с одного объекта на другой и быстро приводятся из транспортного в ра­бочее состояние. К таким машинам относят самоходные стреловые кра­ны на гусеничном и пневмоколесном ходу, автомобильные и трактор­ные краны, краны на спецшасси автомобильного типа, вертолеты.

Специальные монтажные машины составляют специфическую группу. Эти машины могут представлять разновидность выпускаемых машин либо усовершенствованный вариант существующих. К таким машинам относят самоползучие и переставные краны для монтажа башен и труб, гидравлические подъемники, краны для монтажа гра­дирен и др.

Монтажные краны и механизмы помимо основных рабочих пара­метров (грузоподъемность, высота подъема крюка, вылет стрелы) - должны обладать достаточно малой скоростью опускания груза (0,2 м/мин), обеспечивая плавную посадку конструкций.

Самоходные стреловые краны

Такие краны на гусеничном и пневмоколесном ходу широко при­меняются в промышленном строительстве, так как обладают большой маневренностью. На кранах устанавливается стреловое или башенно-стреловое оборудование. Стреловое оборудование может быть невыдвижным, выдвижным и телескопическим. Стрела с невы­движным оборудованием выполняется решетчатой, с секциями, жестко соединенными одна с другой.  При выдвижном оборудовании стрела для изменения ее длины (без рабочей нагрузки) выполняется состоя­щей из нескольких выдвижных секций. В телескопическом варианте длина стрелы изменяется при рабочей нагрузке за счет выдвижения одной или нескольких секций. Все виды стрелового оборудования могут быть оснащены гуськом, допускающим применение второго крюка. Башенно-стреловое оборудо­вание монтируется после установки крана на строительной площадке.

Самоходные стреловые краны различаются на:

Стреловые краны на гусеничном ходу,

Стреловые краны на пневмоколесном ходу,

Стреловые автомобильные краны.

Стреловые краны на гусеничном ходу. По типу ходовых уст­ройств эти краны делят на гусеничные нормальные и гусеничные с увеличенной поверхностью гусениц. Они не требуют специальной подготовки основания, так как имеют самое малое давление на грунт по сравнению с другими стреловыми самоходными кранами. Эти кра­ны маневренны, могут поворачиваться на месте при одной затормо­женной гусенице. Гусеничные краны можно перебазировать с объекта на объект, перевозя их на специальных автомобильной или железнодо­рожной платформах. Гусеничные краны обладают большой маневрен­ностью и устойчивостью, имеют грузоподъемность 16...250 т, длины стрел от 6,5 до 40 м.

Стреловые краны на пневмоколесном ходу. Данный тип кранов чаще всего применяется при строительстве объектов со средними объ­емами работ и для обслуживания объектов, находящихся на неболь­шом удалении один от другого, что обусловлено небольшой скоро­стью их передвижения. Основным стреловым оборудованием кранов являются жесткие решетчатые стрелы. Эти краны имеют грузоподъемность 16... 100 т, оборудованы стре­лами до 25 м, имеют хорошую устойчивость и могут перемещаться по горизонтальной площадке с грузом на крюке, меньшим максимальной поднимаемой массы. Для подъема и монтажа максимального для крана груза он предварительно должен быть выставлен на выносные опоры - аутригеры для повышения опорной зоны и устойчивости крана. Благодаря мобильности, возможности передвигаться своим ходом и на буксире пневмоколесные краны нашли широкое применение.

Стреловые автомобильные краны. Краны применяют на вспомо­гательных и погрузо-разгрузочных работах, на монтаже мелких, разоб­щенных, невысоких объектов из элементов малой массы. Недостатка­ми автомобильных кранов являются наличие двух кабин - одной для управления транспортированием и второй - для выполнения монтаж­ных процессов. Малая устойчивость крана при подъеме конструкций требует в большинстве случаев постановки крана на выносные опоры.

Автомобильные краны с телескопическими стрелами могут приме­няться в стесненных условиях строительной площадки, в закрытых зданиях.

Грузовые характеристики кранов для каждой длины стрелы и каж­дого наклона ее различны. Кроме этого при работе на выносных опо­рах грузоподъемность на 80% выше, чем без выносных опор.

Краны на спецшасси автомобильного типа. Краны этой группы предназначены для работы на строительных объектах, в том числе рас­средоточенных, при кратковременном пребывании и, в основном, разо­вых подъемов тяжелых и габаритных грузов

Стреловые железнодорожные краны. Краны имеют грузоподъем­ность до 75 т, длина стрел варьируется в пределах от 10 до 45 м.

Преимущества железнодорожных кранов по сравнению с другими:

■ транспортирование на любые расстояния в составе железнодо­рожного поезда с малыми трудозатратами на подготовку пере­езда;

■ возможность установки внутри цеха действующего или строяще­гося предприятия при наличии железнодорожного пути;

■ нет необходимости в устройстве специальной площадки для ус­тановки крана;

■ возможность в составе поезда погрузить две соседние платфор­мы и разгрузить их в пункте прибытия.

Недостатки железнодорожных кранов - необходимость наличия или устройства железнодорожного пути; ограниченная зона работы; резкое снижение грузоподъемности при увеличении вылета стрелы; необходимость установки выносных опор при работе крана (колея же­лезнодорожного пути всего 1520 мм); невозможность работы крана на кривых участках пути.

Тракторные краны применяют при выполнении специальных ви­дов работ, связанных с перемещением в условиях бездорожья. Краны подразделяют на поворотные и краны-трубоукладчики. Их монтируют на серийных гусеничных тракторах. Тракторные поворотные краны имеют малую грузоподъемность 1...6,3 т, максимальный вылет стрелы до 10 м.

Краны-трубоукладчики представляют собой специальные трактор­ные краны, у которых стрела расположена сбоку трактора. Они пред­назначены для укладки в траншею трубопроводов, параллельно обес­печивают работу очистных и изоляционных машин, выполняют разные подъемно-транспортные операции при строительстве трубопроводов. Они являются неповоротными машинами, боковое размещение стрелы позволяет им передвигаться в рабочем положении вдоль траншеи. Гру­зоподъемность кранов доходит до 63 т, максимальный вылет стрелы - до 7,5 м.

Башенные краны

Башенные краны применяют в гражданском и промышленном строительстве. Учитывая огромное разнообразие кранов, существует несколько классификаций для них. Башенные краны подразделяют по способу установки на строительной площадке, по типу ходового уст­ройства, башни и стрелы.

По способу установки краны подразделяют на стационарные, пере­движные и самоподъемные. Стационарные краны устанавливаются на фундамент и обслуживают площадку с одной стоянки. При большой 300 высоте возводимого здания и, соответственно, монтажного крана, ста­ционарный кран дополнительно необходимо крепить к каркасу возво­димого здания, в этом случае он становится приставным краном.

Самоподъемными называют краны, устанавливаемые на конструк­циях возводимого сооружения и перемещаемые вверх по мере возведе­ния здания с помощью собственных механизмов. Главным образом приставные и самоподъемные краны применяют при строительстве зданий повышенной этажности.

По типу применяемых башен различают краны с поворотной и не­поворотной башней. В кранах с поворотной башней опорно-поворот­ное устройство размещено на ходовой части или портале. При поворо­те вращается весь кран за исключением ходовой части. В кранах с не­поворотной башней опорно-поворотное устройство размещено на вер­ху башни. У этой группы кранов вращается только стрела, оголовок и противовесная консоль, с размещенными на ней механизмами и про­тивовесом.

Для обеспечения устойчивости передвижных кранов на поворот­ной платформе или в нижней части неповоротной башни укладывают балласт.

Достоинства башенных кранов:

■ хороший обзор крановщиком монтажной зоны;

■ расположение стрелы на большой высоте, вследствие чего она не пересекает конструкции строящегося объекта;

■ простота и надежность в эксплуатации;

■ большие линейные размеры рабочей зоны.

Недостатки башенных кранов - необходимость устройства подкра­новых путей для передвижных кранов и специально подготовленной опорной поверхности для стационарных, монтаж и демонтаж крана при его перебазировке, сложности при перевозке.

Башенные краны используют для монтажа гражданских и промыш­ленных зданий и сооружений. Сравнительно высокие затраты на транспортирование, монтаж и демонтаж башенных кранов, необходи­мость устройства подкрановых путей определяют область использова­ния этих кранов - монтаж больших объемов конструкций, а также зда­ний большой высоты и протяженности.

Специальные краны и механизмы

Козловые краны преимущественно используют на погрузочно-разгрузочных работах при обслуживании складов и заводов-полигонов строительной индустрии и на площадках укрупнительной сборки кон­струкций. Они нашли применение в промышленном, энергетическом и транспортном строительстве при возведении зданий и сооружений, монтаже технологического оборудования.

Мачты, шевры и порталы применяют в последнее время все реже. Иногда их используют для подъема конструкций большой мас­сы, а также в особых условиях монтажа

Выбор монтажного крана

Выбор крана для монтажа сбор­ных конструкций зависит от геометрических размеров зданий, распо­ложения и массы монтируемых конструкций, характеристики монтаж­ной площадки, объема и продолжительности монтажных работ, техни­ческих и эксплуатационных характеристик монтажных кранов.

Целесообразность монтажа конструкций здания тем или иным кра­ном устанавливают согласно технологической схеме монтажа с учетом обеспечения подъема максимально возможного количества монтируемых конструкций с одной стоянки при минимальном количестве пере­становок крана.

Монтируемые конструкции характеризуются монтажной массой, монтажной высотой и требуемым вылетом стрелы.

Монтажная масса - это масса монтируемой конструкции и подни­маемых с ней приспособлений. Для определения требуемой грузоподъ­емности крана из всех конструкций зданий выбирают конструкцию с максимальной массой и после выбора такелажного приспособления, элементов обстройки, усиления и т.п. находят монтажную массу кон­струкции.

Монтажная высота складывается из высоты (отметки) установки конструкции, запаса высоты над уровнем земли или опорной поверх­ностью монтируемого элемента (высоты подъема конструкции над опорой), высоты (длины или толщины) монтируемой конструкции, вы­соты строповки или грузозахватных устройств.

Вылет стрелы крана зависит (для рельсовых кранов) от ширины здания и расстояния от крана до возводимого здания.

Башенные краны. Выбор монтажного крана производят путем на­хождения трех основных характеристик: - требуемых грузоподъемно­сти (монтажная масса), высоты подъема крюка (монтажная высота) и вылета стрелы.

Требуемая грузоподъемность крана 

Q = q1+ q2;         где q1- максимальная масса поднимаемого груза, т;

                                 q2 - масса травер­сы или другого строповочного устройства, т.

Схема определения параметров башенного крана

Определение требуемых технических параметров башенного крана

Высота подъема крюка

H = h ₀ + h _зап + h_э + h _стр ;

 где ho - отметка, на которую устанавливается конструкция, м;

h зап - за­пас высоты - минимальное расстояние между монтажным уровнем и низом монтируемого элемента (обычно 0,4... 1,0 м), м;

hэ - - высота (или толщина) элемента в монтажном положении, м;

   h стр - высота строповки в рабочем положении от верха монтируемого элемента до крюка крана (заложение стропов от 1:1 до 1:2, высота в пределах 1...4м), м.

Вылет стрелы крана (крюка крана)

L = a/2 + b + c + l;

Где  а - ширина подкранового пути, м;

b - расстояние от ближайшей к зданию головки подкрановых путей до здания, м;

c - ширина здания, м

  1 м - минимальный запас для приемки элемента без подтягивания с учетом безопасного монтажа.

Стреловые краны. Стреловые краны, часто используемые для мон­тажа одноэтажных промышленных зданий, подбирают для монтажа наиболее тяжелых элементов каркаса (колонна, подкрановая балка, подстропильная или стропильная ферма) которые могут монтироваться при минимальном вылете стрелы, и проверяют на возможность уклад­ки относительно легких элементов (плиты перекрытий и покрытий), которые необходимо поднимать над фермами и укладывать на них, т. е на значительно большем вылете стрелы.

Требуемые максимальную грузоподъемность и высоту подъема крюка определяют аналогично башенным кранам. Для каждого монти­руемого элемента необходимо четко определять монтажный горизонт, расчетные размеры элемента; фактическую высоту монтажных приспо­соблений. Так, для колонны необходимо учитывать всю ее высоту и только часть строповки над уровнем верха колонны, для фермы - верх уже установленной колонны, для плиты покрытия - уровень конька установленной фермы.

Необходимо учитывать, что монтаж колонн, балок и ферм выпол­няется на минимальном вылете крана, поэтому для выбора оптималь­ного крана для этих конструкций необходимо знать необходимую гру­зоподъемность и высоту подъема крюка, вылет стрелы определять не нужно. Для стрелового крана

Треугольник АВС подобен треугольнику А₁В₁С:

АВ = b + с/2;

b= 0,5...1,0 м;     с = 1/2 панели покрытия (3 или 6 м);

ВС = h_э + h_стр + h_пол;

 h_стр =1…3 м; h_пол =0,5…5 м; tgβ =СВ/АВ˂1;

В₁С = ВС + h_зап + h₀ – d;

h_зап =0,5..1,0 м; d =1,0…1,5 м; h₀ =Н_кол + h_ф,  гдеН_кол – верхняя отметка установленной колонны, м; h_ф – высота фермы в коньковой части, м.

ВС/ В₁С = АВ/А₁В₁ ;

А₁В₁ = АВ* В₁С/ ВС = В₁С/ tgβ = L₀

Выбор технических характеристик гусеничного крана

Требуемый вылет стрелы:

L = L₀ + a, где    а- 0,5 – 1,0 м

Требуемая высота подъема крюка

H = B₁C + d - h_пол    

Для крана с гуськом необходимая высота подъема крюка

H₀ = h₀ + h_зап + h_э + h_стр

где  h₀ - отметка верха фермы, м;  h_зап - высота запаса (0,5—1,0 м), м; h_э - высота плиты покрытия, м;  h_стр - высота траверсы или стропов (1...3 м), м.

Из расчетов выпадает высота полиспаста.

Определение необходимой длины стрелы крана с гуськом анало­гично стреловому крану, только угол наклона стрелы значительно воз­растает, tgβ > 2 и обычно принимается в пределах 2...5 (если в техни­ческих характеристиках крана отсутствует рабочее значение).

В общем виде выбор крана состоит из отбора соответствующих требованиям объекта нескольких кранов, проверки их соответствия по технологическим параметрам и окончательной оценки по результатам технико-экономического расчета.