Монтаж объектов с каркасом рамного типа

Рамные конструкции большого пролета чаще всего применяют для сборочных и ремонтных корпусов авиа- и судостроения, а также спортивных зданий и выставочных павильонов.

В производственных зданиях вместо мостовых кранов устанавливают один или два многоопорных подвесных крана грузоподъемностью по 30-50 т, передвигающихся вдоль пролета по монорельсовым путям, подвешенным в узлах нижнего пояса ригеля. В связи с большими постоянными и подвижными нагрузками, конструктивное решение ригеля принимают аналогично тяжелым мостовым фермам с поясами и решеткой из двухступенчатых Н-образных сечений.

При пролетах более 50 м масса стропильной конструкции (ригеля) достигает 60 т и более, монтаж ее может быть выполнен либо частями с применением временных промежуточных опор, либо целиком.

Ригели рам в виде ферм превышают допустимые железнодорожные габариты (длину, высоту), в связи, с чем на монтажную площадку пояса и решетки ригеля поступают отдельными элементами длиной не более 12-13м. Перед монтажом ригель укрупняют. Степень укрупнения зависит от массы всего ригеля и принятого для монтажа грузоподъемного оборудования.

Очевидно, что ригель массой 200 т может быть установлен в проектное положение целиком двумя кранами грузоподъемностью по 100 т каждый, либо одним краном или мачтой грузоподъемностью 200 т. Возможен монтаж двумя частями с применением одной временной опоры (посредине пролета) краном грузоподъемностью 100 т или двумя по 50 т. Практически осуществим и монтаж трех или четырех частей с установкой соответственно двух или трех опор кранами грузоподъемностью 70 или 50 т.

Выбор варианта определяется конструктивным решением ригеля, местными условиями (например, отсутствует возможность установки временной опоры), наличием монтажного оборудования, а также экономическими соображениями.

При монтаже ригеля частями каждую из них устанавливают на две опоры — постоянную и временную – либо (при количестве временных опор более одной) — на две временные (рис. 6.101, а).При этом во избежание работы нижнего пояса на местный изгиб опоры располагают только под узлами ригеля.

Достоинством такого способа является возможность применения кранов относительно небольшой грузоподъемности, недостатками — дополнительный расход стали на временные опоры, значительный объем работ, выполняемый наверху, более длительная продолжительность монтажа.

Рис. 6.101.Схемы монтажа ригелей рамных конструкций:

а — монтаж частями на временных опорах; б — монтаж целиком двумя мачтами; в — монтаж целиком без кранов; г – 1 — колонны; 2 — ригель; 3 — временные опоры; 4 — монтажный кран; 5 — домкратные узлы; 6 — мачты; 7 — расчалки мачт; 8 — якоря; 9 — подъемные полиспасты; 10 — опорные балки; 11 — монтажные подкосы; 12 — тяговый канат к электробудке; 13 — транспортный портал-установщик

Монтажные стыки поясов ригеля располагают по осям узлов и перекрывают двумя фасонками (в плоскости каждой полки), служащими также стыковыми накладками. Такое решение позволяет при подъеме ригеля частями крепить к каждому монтажному элементу по одной фасонке, обеспечивая замыкание узлов в треугольную неизменяемую систему (пояс-раскос) и создавая без дополнительного усиления жесткость блоку, достаточную как для подъема, так и для опирания его на временную опору. После примыкания и закрепления смежного блока второй фасонкой узел подготовлен к домкратным работам.

Ригели укрупняют в горизонтальном положении на постоянных тщательно выверенных стеллажах высотой 600-700 мм преимущественно на складе конструкций. Независимо от способа монтажа — частями или целиком — укрупняют весь ригель. Это необходимо для придания нижнему поясу заданного строительного подъема, т.е. прогиба, равного расчетному от нормативных нагрузок, но противоположного по знаку.

Благодаря строительному подъему нижний пояс ригеля, установленного в проектное положение, под действием эксплуатационных нагрузок займет строго горизонтальное положение. При отсутствии строительного подъема все узлы нижнего пояса, расположенные между колоннами, будут находиться ниже опорных и тем больше, чем ближе они расположены к середине пролета. Это не только производит неблагоприятное зрительное воздействие, но и весьма затрудняет эксплуатацию подвесного транспорта.

Величину строительного подъема рассчитывают в проекте и задают в рабочих чертежах (КМ и КМД) для каждого узла.

Постановка высокопрочных болтов или заклепок в узлах при укрупнении ригеля возможна только в узловых фасонках, расположенных сверху. Одновременно все нижние фасонки закрепляют к поясам и решетке пробками и сборочными болтами, после чего каждый монтажный элемент кантуют (переворачивают) на 180° и устанавливают болты или заклепки в фасонках второй плоскости двухстенчатого сечения.

Монтажные негабаритные блоки длиной 35-50 м, шириной 6-12 м и массой 40-50 т перевозят со склада в зону монтажного крана на 2-3 платформах, соединенных поперечно расположенными спаренными двутавровыми балками, на которые укладывают транспортируемый блок. При установке ригеля в проектное положение частями под опорный узел укрупненного блока на каждой временной опоре устанавливают домкрат необходимой грузоподъемности, а по обе стороны от него — клетки из деревянных брусьев с клиньями, которые плотно забивают после каждой домкратной операции. Клетки служат для опирания каждого монтажного блока, а домкрат — для обеспечения проектной отметки узла нижнего пояса и последующего раскружаливания ригеля.

Постановка постоянных болтов (заклепок) в монтажных узлах допустима только после выверки и закрепления геометрии строительного подъема.

Монтаж ригеля частями производят от одной постоянной опоры до другой с обеспечением устойчивости каждого элемента от опрокидывания.

При шаге ригелей 6 и 12 м длину временной опоры в плане принимают соответственно 6 или 12 м. Это позволяет одновременно собирать два ригеля, обеспечивая их устойчивость и выверку (отклонение от вертикального положения) креплением верхнего пояса к временной опоре наклонным подкосом с включенной в него винтовой стяжкой.

В случаях расположения ригелей с шагом 18 или 24 м применяют единичные опоры, что существенно усложняет сборку ригеля, устанавливаемого первым (по оси), из-за необходимости расчаливания в двух направлениях (из плоскости ригеля) верхнего пояса каждого блока с закреплением концов расчалок к якорям.

Последующую часть покрытия монтируют двумя кранами, из которых кран большей грузоподъемности устанавливает каждый блок ригеля в проектное положение и удерживает его на крюке до тех пор, пока второй кран меньшей грузоподъемности, перемещаясь поперек пролета между каждой парой ригелей, не установит между ними продольные фермы и связи, обеспечивающие устойчивость ригеля.

Расчалки первого ригеля освобождают по мере монтажа конструкций между ригелями по осям 1 и 2.

Когда все части ригеля будут установлены, выверены и выполнены по проекту все монтажные соединения, приступают к одной из самых ответственных операций — раскружаливанию, т.е. планомерному включению в работу смонтированных конструкций путем постепенного выключения из работы временных опор. Раскружаливание производят ступенями с проверкой величины опускания узла ригеля на каждой ступени, используя домкраты, установленные на временных опорах.

Винтовые домкраты проще в эксплуатации, но их грузоподъемность не превышает 50 т. Поэтому при больших нагрузках использование гидравлических домкратов неизбежно. Работа с ними требует соблюдения ряда специфических мер безопасности и в первую очередь применения предохранительных полуколец. По мере подъема поршня под его кольцевой бурт с обеих сторон укладывают полукольца толщиной 10-15 мм, которые в случае внезапного выхода домкрата из строя предотвращают опускание поршня на всю высоту выкачки.

При раскружаливании поршень домкрата сначала несколько поднимают, чтобы освободить верхние полукольца, а затем последовательно их разбирают, не допуская между очередным кольцом и кольцевым буртом поршня просвета более 10-15 мм (толщины полуколец). По мере опускания ригеля разбирают клетки из деревянных брусьев. Освободившиеся от нагрузки после раскружаливания временные опоры передвигают на следующую стоянку для сборки очередного ригеля. Подъем ригелей целиком возможен как со сборкой их непосредственно у места установки, так и в стороне.

При подъеме полностью собранного ригеля одним краном происходит изменение расчетной статической схемы его работы: вместо однопролетной балки ригель превращается в двухконсольную балку. При этом меняется знак усилия в поясах и раскосах: в нижнем поясе и растянутых раскосах возникает сжатие, в верхнем поясе и сжатых раскосах — растяжение, что требует проверки устойчивости и несущей способности элементов, испытывающих в момент подъема сжатие, а при необходимости и их усиление.

Достоинства этого способа — выполнение подавляющего количества работ на земле, исключение раскружаливания ригелей и высокий темп монтажа — сохраняются и при подъеме ригеля двумя кранами или мачтами (рис. 6.101, б). Вместе с тем, такая схема позволяет сохранить расчетную схему работы ригеля при подъеме и тем самым избежать необходимости усиления отдельных элементов, а наличие двух кранов — расширить фронт работ и тем самым сократить время укрупнения ригелей.

При варианте подъема ригеля двумя мачтами укрупнение производят на стационарных стеллажах, располагаемых за торцом здания, с которого начинают монтаж.

Ригель без концевых панелей, препятствующих его перемещению между колоннами, перевозят на вагонетках по рельсовым путям к мачтам, где пристыковывают подвезенные раздельно концевые панели. Грузовыми полиспастами мачт ригель приводят в вертикальное положение и опирают на клетки, удерживая полиспастами от опрокидывания. В таком положении производят установку всех болтов (заклепок) в фасонках узлов, которые при укрупнении находились внизу и по этой причине были закреплены только сборочными болтами и пробками. Затем ригель поднимают и устанавливают на колонны, а гусеничным краном монтируют соединительные конструкции между очередным и ранее смонтированным ригелем.

При отсутствии кранов необходимой грузоподъемности монтаж ригелей возможно выполнять полиспастами (см. рис. 6.101, в).Для этого колонны должны быть запроектированы большей высоты, с консолями, к которым подвешивают неподвижные блоки полиспастов. Подъем производят блоками, состоящими из двух ригелей, соединенных вертикальными и горизонтальными связями.

Оба ригеля собирают в горизонтальном положении, затем переводят в вертикальное положение (кантуют), устанавливают между ними поперечные конструкции и кровлю. Под опорные узлы нижних поясов ригелей подводят поперечные балки с закрепленными на концах подвижными блоками полиспастов. Блок массой 500 т поднимают четырьмя полиспастами грузоподъ­емностью по 160 т.

Колонны собирают также в горизонтальном положении на земле и устанавливают в проектное положение методом поворота вокруг опорного шарнира с помощью падающего шевра.

Принципиально другая схема была применена при монтаже блоков покрытия здания спортивного комплекса ЦСКА в Москве (рис. 6.102). Фермы покрытия внизу укрупняли башенным краном в блоки длиной 106 м, шириной 4,67 м и массой 110 т на двух восьмиколесных тележках, приспособленных для передвижения по горизонтальным и наклонным рельсовым путям. Двумя полиспастами грузоподъемностью по 52 т, закрепленными к тележкам, каждый блок по наклонным балкам временной эстакады накатывали до уровня горизонтальных подстропильных балок, установленных на оголовках колонн. Далее блоки двумя полиспастами по 2 т сдвигали с тележек и надвигали по подстропильным балкам в проектное положение.

Рис. 6.102. Схема бескранового монтажа блоков покрытия:

1 — колонны здания; 2 — подстропильные балки; 3 — наклон­ные балки временной эстакады;

4 — блок покрытия; 5 — тележка для передвижения блоков; 6 — тяговый полиспаст;

7 — рельсовый путь тележек

Разновидностью такого способа монтажа является неоднократно примененная схема сборки блоков покрытия не на земле, а на проектной отметке в торце здания на временных подмостях с передвижением блоков полиспастами в проектное положение: первого блока — в противоположный от места сборки торец, всех последующих — на одну панель ближе предыдущего.

Уникальное по своим параметрам однопролетное производственное здание (пролет 120 м, высота 72 м, шаг колонн 36 м) было смонтировано блоками с помощью специального монтажного механизма — транспортного портала грузоподъемностью 900 т (рис. 6.103).

Укрупнение всех конструкций выполняли на площадке, расположенной за торцом здания.

Колонны массой по 230 т и длиной 55,85 м собирали в горизонтальном положении и поднимали в вертикальное положение полиспастом подъемника, который был заранее установлен на крайних колоннах здания, смещенных на весь период монтажа конструкций на 5,46 м со своего проектного положения (рис. 6.103, б). Перевозка колонн в вертикальном положении до места установки и установка их в проектное положение осуществлена транспортным порталом с помощью двух шевров, установленных на консолях его ригеля. Таким образом, одновременно перевозили и монтировали по две колонны.

Ригели длиной 120 м и массой по 670 т укрупняли в вертикальном положении на специальных бетонных стендах. Установленные на них гидравлические домкраты грузоподъемностью 1000 кН (100 т) использовали для выверки строительного подъема и последующего опускания полностью собранного ригеля на четыре 12-колесные тележки. По рельсовым путям ригель подвозили к подъемнику на колоннах, поднимали на 300 мм выше своего проектного положения, а затем подводили под него транспортный портал, на который ригель опирали и закрепляли от опрокидывания к трем укосинам.

Далее рельсовым краном СКР-1500 собирали панель кровли, состоящую из 7 стропильных ферм пролетом по 36 м и 30 щитов настила. Такой Г-образный блок общей массой 870 т перевозили на портальном кране в проектное положение (рис. 6.103, в). С помощью гидравлических домкратов ригель опускали и опирали на колонны, а стропильные фермы — на ранее установленный ригель. Освобожденный портал возвращали в исходное положение для сборки следующего блока. Продолжительность сборки, перевозки и опускания каждого блока составляла 10-15 дней.

Всего транспортным порталом было смонтировано 26 колонн и 12 блоков покрытия массой 17560 т или 75 % общей массы каркаса (23800 т).

Рис. 6.103. Схема поточно-блочного монтажа однопролетного здания транспортным порталом: а — стройгенплан; б — схема монтажа колонн; в — схема монтажа блоков покрытия; 1 — площадки укрупнительной сборки; 2 — железнодорожные пути подачи конструкций; 3 — козловые краны; 4 — укрупняемый ригель; 5 — пути под тележку подачи ригелей и колонн под подъемники; 6 — подъемники; 7 — тележка для подъема колонн; 8 — полиспаст грузоподъемностью 250 т; 9 — лебедки; 10 — надколенник подъемника; 11 — транспортный портал грузоподъемностью 900 т; 12 — подъемник на портале для монтажа колонн; 13 — домкратные опоры; 14 — укосины на портале для закрепления ригеля; 15 — башенный кран БК-1425; 16 — рельсовые краны СКР-1500

На изготовление монтажных приспособлений (транспортного портала, подъемников на колоннах и др.) было израсходовано 1200 т стали, что составляет 5 % расхода стали на весь каркас. Стоимость этих приспособлений полностью легла на затраты по объекту, так как индивидуальный характер оборудования исключает возможность повторного его использования.

Несмотря на столь значительные дополнительные материальные затраты, осуществленный метод монтажа оказался экономически эффективным благодаря сокращению срока строительства на 5 месяцев.

Имеется опыт монтажа покрытия трехпролетного здания (60 + 24 + 60 м) блоками размером 24х72 м, собранными на конвейерной линии. Масса блока полной строительной готовности достигает 550 т, в том числе стальных конструкций 331 т, что потребовало оснащения конвейерной линии специальным козловым краном соответствующей грузоподъемности для погрузки собранных блоков на транспортный портал (установщик). Каждый блок перевозили к месту установки отдельно, где ригели и поддерживающую ригель конструкцию соединяли проектными креплениями (высокопрочными болтами), а затем с помощью домкратных опор, расположенных на установщиках, объединенный блок покрытия размером 24х144 м опускали на проектные колонны (рис. 6.104).

Продолжительность сборки одного блока составляла четыре смены, а его перемещения с конвейерной линии к месту установки — 4-5 часов. Фактическая выработка достигла 900 кг/чел.-дн. Все монтажные работы выполнены одной комплексной бригадой в составе 42 чел.

Осенью 2004 г. на западе столицы введен в эксплуатацию Крытый конькобежный центр (ККЦ) в Крылатском на 10 тыс. зрителей. Это первый в России крытый каток с 400-метровой беговой ледовой дорожкой (рис. 6.105).

Строительство ККЦ – важное событие, так как сооружения такого масштаба и степени новизны в нашей стране не возводили с 1980 г. — со времени проведения Московской Олимпиады. Покрытие ККЦ площадью около 20000 м² подвешено на 19 вантах, усилия от которых воспринимаются центральной Л-образной опорой и двумя многозвенными оттяжками (рис. 6.106). Несущие конструкции покрытия катка — радиальные двухпролетные разрезные металлодеревянные фермы пролетом по 50,4 м.

Рис. 6.104. Схема блочного монтажа покрытия трехпролетного здания:

1 — склады конструкций; 2 — железнодорожные пути; 3 — козловые краны; 4 — рельсовый кран СКР-1500; 5 — краны-погрузчики КП-300; 6 — козловой кран грузоподъемностью 550 т; 7 — установщики; 8 — рельсовые пути установщиков; 9 — монтируемые блоки покрытия на установщиках; 10 — смонтированная часть покрытия

Рис. 6.105. План здания, совмещенный с фрагментом плана несущих конструкций