Монтаж стальных рамных и балочных конструкций

29.06.2016

Во многих промышленных и гражданских зданиях и сооружениях различного назначения по требованиям эксплуатации и архитектурным соображениям необходимо предусматривать покрытия с большими пролетами, без промежуточных колонн.
К гражданским большепролетным зданиям относятся крупные спортивные, выставочные и концертные залы, крытые стадионы, рынки, вокзалы, цирки и другие подобные сооружения.
В промышленных зданиях большие пролеты чаще всего применяют в сборочных цехах самолетостроительных и судостроительных предприятий, складах сырья и экспериментальных корпусах.
В зданиях для ремонта и стоянки самолетов, крупных автобусных и троллейбусных парках применение больших пролетов вызвано размерами находящихся там изделий и требованиями технологии эксплуатации зданий и противопожарной безопасности.
Разнообразие большепролетных зданий и различные требования, предъявляемые к ним, диктуют соответствующие конструктивные решения. Наиболее часто применяют рамные и баночные системы. Реже проектируют арочные покрытия, висячие пространственные системы и купола.
Обычно в промышленных зданиях, где пролег превышает 50—60 м, вместо мостовых кранов устанавливают монорельсовые подвесные краны, что еще больше увеличивает вертикальные нагрузки на несущие элементы покрытия. Часто несущие элементы конструируют в виде ферм с поясами и решеткой из H-образных сечений или балок. Масса таких конструктивных элементов 1—2 т на 1 м длины, т.е. вся ферма весит 60—200 т и более. Поперечный горизонтальный несущий элемент рамы каркаса из балок или ферм называют ригелем.
Особенности объемно-планировочных и конструктивных решений, различные условия строительства, традиции и возможности строительно-монтажных организаций определяют различные методы возведения того или иного сооружения. При всем разнообразии методов и способов монтажа их суть сводится к тому, чтобы максимальная часть работ выполнялась на земле или на проектной отметке, но с обеспечением безопасных и удобных условий производства работ.
Перед монтажом производят укрупнение ригеля. Степень укрупнения зависит от возможностей грузоподъемного оборудования. В соответствии с конкретными ситуациями укрупнительная сборка может производиться непосредственно под местом монтажа, в торце здания или в стороне — на специально оборудованной площадке с последующей подачей укрупненных и негабаритных конструкций к месту монтажа. Если с помощью одного или нескольких монтажных кранов весь ригель поднять невозможно, монтаж производится с применением временных монтажных опор. Монтажные опоры могут иметь различную конструкцию, но все они должны предусматривать возможность рас-кружаливания несущих конструкций. Раскружаливанием называется операция, в результате которой нагрузка от собственной массы ригеля полностью передается на опорные проектные элементы, а временные монтажные опоры освобождаются от нагрузки, Раскружаливание производится после оформления всех стыков несущих элементов и надежной развязки ригеля из плоскости максимальной жесткости конструктивными элементами покрытия.
Обычно ригели укрупняют в горизонтальном положении на предварительно выверенных стеллажах высотой 600—700 мм. При этом важно собрать весь ригель целиком с обеспечением заданных строительных подъемов и общей геометрии, а затем уже поднимать блоками массой в пределах грузоподъемности крана и устанавливать на временные опоры
Монтаж стальных рамных и балочных конструкций

Весьма эффективна сборка конструкций покрытия из отдельных отправочных марок и предварительно укрупненных монтажных блоков в проектном положении без сборки всего ригеля целиком на земле. В этом случае проектируют и изготовляют специальный пространственный кондуктор-подмости, оснащенный маршевыми лестницами для подъема рабочих, настилами, ограждениями и узлами для опирания, раскрепления (на период сборки) и последующего раскружаливания очередного ригеля. Конструкция опорного узла на таком кондукторе или на отдельно стоящих монтажных опорах дана на рис. 11.1. Толщина подкладок в этих узлах должна быть подобрана таким образом, чтобы при раскружаливании нагрузка снималась определенными ступенями равномерно на всех опорных узлах при удалении (отворачивании) по одной очередной подкладке. Такая конструкция позволяет опустить или поднять опору на величину, превышающую ход применяемых домкратов.
После раскружаливания кондуктор-подмости (или отдельные монтажные опоры) перемещается к следующему ригелю и монтируются конструкции очередной захватки покрытия, Применение такого метода позволяет производить монтаж кранами грузоподъемностью 40—60 т, расположенными в пролете здания или за его пределами.
При этом монтаж ведется в удобных и безопасных условиях и могут быть обеспечены высокая точность и качество. Этот способ можно проследить на примере монтажа здания судостроительного назначения (рис. 11.2).
Монтаж стальных рамных и балочных конструкций

Успешно применяют и способ сборки конструкций в торце здания или сооружения на проектной отметке на стационарных подмостях с последующим раскружаливанием и надвижкой по подстропильным балкам в проектное положение отдельными замкнутыми блоками (монтаж перекрытия летнего катка в Сокольниках в Москве, рис. 11.3) или с постепенной сдвижкой на один шаг ригелей всей ранее смонтированной части покрытия (перекрытие Казанского вокзала в Москве, рис. 11.4).
Монтаж стальных рамных и балочных конструкций

При перекрытии летнего катка в Сокольниках вдоль существующих трибун катка с двух сторон были смонтированы колонны с шагом 12,3 м и на них уложены подстропильные балки, а в торце — три пространственные временные опоры, соединенные сплошными подмостями. Установлены лестницы, ограждения и элементы опорных узлов на временных опорах для опирания и раскрепления монтажных блоков пролетной части несущих сигарообразных двух консольных ферм пролетом 72,4 м. Покрытие было спроектировано в виде отдельных блоков, состоящих из двух ферм с шагом 6,15 м; двух консольных прогонов, по которым укладывались ребристые сборные железобетонные плиты покрытия, и элементов подвесного потолка. Между блоками в подвесном потолке были предусмотрены просветы для установки в этих местах электрических светильников.
Монтаж стальных рамных и балочных конструкций

После сборки очередного блока производилось раскружаливание и блок смещался двумя полиспастами грузоподъемностью 40 т каждый на 6,15 м, после чего с подмостей производился демонтаж элементов потолка на временных монтажных подвесках и блок вновь смещался на 6,15 м.
После монтажа конструкций следующего блока (с «примеркой» прогонов) ранее смонтированный блок массой до 225 т с помощью полиспастов перемещался в проектное положение. При этом сдвижка производилась этапами по 12 м, после чего полиспасты вновь растягивались с помощью ручных лебедок грузоподъемностью 3 т и неподвижные блоки тяговых полиспастов крепились к подстропильным балкам. Для быстрого закрепления болтами в верхнем поясе балок были предусмотрены отверстия в определенных местах. В дальнейшем, когда в проектное положение подходил следующий блок, прогоны смежных блоков соединялись между собой, а элементы подвесного потолка опирались на нижние пояса ферм вновь надвинутого блока. После окончания монтажа блоков гусеничный кран прошел вдоль фасадов зданий для монтажа контрольных частей покрытия.
Большой положительный эффект дает сборка блоков покрытия легкими монтажными кранами на земле с последующим подъемом на проектную отметку.
Сборка на земле может быть произведена под местом установки, в торце здания или на специально оборудованной площадке, расположенной недалеко от строящегося здания.
При сборке отдельных блоков, всего покрытия или его основной несущей части под местом установки в проектное положение подъем на проектную отметку производят специальными гидроподъемниками или полиспастами с использованием проектных колонн. В качестве примера такого способа можно представить монтаж конструкций ангара на Кубе, разработанный российскими специалистами (рис 11.5). Колонны при таком способе монтажа должны быть запроектированы большей высоты с консолями, к которым подвешивают неподвижные блоки подъмных полиспастов.
Подъем несущего блока покрытия массой 500 т, состоящего из двух ригелей, соединенных вертикальными и горизонтальными связями, осуществляется с помощью четырех полиспастов грузоподъемностью 160 т каждый. Оба ригеля укрупняли в горизонтальном положении с последующей кантовкой и установкой остальных конструкций покрытия и кровли.
Монтаж стальных рамных и балочных конструкций

Под опорные, узлы нижних поясов ригелей подводили поперечные балки с закрепленными на концах подвижными блоками полиспастов. Для равномерного распределения нагрузок на все четыре полиспаста их надо запасовывать по схеме, показанной на рис. 11.6.
Колонны собирали также в горизонтальном положении на земле и устанавливали в проектное положение методом поворота вокруг шарнира с помощью тех же полиспастов, которые затем поднимали блок покрытия.
После установки четырех основных колонн и блока покрытия над воротами обычными гусеничными кранами был смонтирован остальной участок покрытия, состоящий из обычных стропильных ферм, опирающихся одним концом на этот несущий блок, а другим — на колонны задней стенки здания.
В 1988—1989 гг. в Москве было осуществлено перекрытие Казанского вокзала без остановки движения поездов на 17 железнодорожных путях. Проектирование велось с учетом производства монтажа с применением надвижки подстропильных балок и покрытия с двухконсольными несущими пространственными фермами.
После монтажа двух рядов колонн в торце сооружения были устроены эстакады (временные опоры), на которых производили сборку и сварку коробчатых ригелей и их раздвижку по мере выполнения работ. Когда была сделана последняя сдвижка ригелей (гидроцилиндры, Q=1800 кН, ход поршня 1000 мм), временные опоры перемонтировали и собрали на них первую пространственную ферму пролетом 57 м и консолями 37 и 27 м. После чего ферма была сдвинута (после раскружаливания) по подстропильным конструкциям на 12 м и на временных опорах собрали вторую ферму и щиты покрытия между фермами. После раскружаливания второй фермы была вновь произведена сдвижка всей смонтированной части покрытия и стала монтироваться третья ферма и т.д. Такой способ позволяет производить монтаж покрытия без захода монтажных кранов в зону застройки, где происходит эксплуатация сооружения — в данном случае железнодорожных путей пригородных электричек и поездов дальнего следования (см. рис. 11.4).
В сооружениях, где нет достаточно мощных для осуществления надвижки подстропильных конструкций, покрытие монтируют участками (блоками) с помощью специального установщика, который транспортирует очередной блок и устанавливает его в проектное положение. В качестве примера сборки блоков целиком на земле можно рассмотреть монтаж трехпролетного корпуса авиационно-промышленного комплекса (рис. 11.7). На этом объекте на установщике транспортировались блоки полной строительной готовности на 1,5 пролета (60+12 м) массой до 550 т.
Монтаж стальных рамных и балочных конструкций

Собирались блоки на специально оборудованной площадке на конвейерной линии. После подачи готового блока в торец здания его поднимали специальным подъемником Q=600 кН и укладывали на установщик, а на расположенный в другом шестидесятиметровом пролете установщик укладывался второй блок. После отхода подъемника установщики одновременно или поочередного отвозили полутопролетные блоки покрытия в проектное положение. Таким образом монтировалось сразу полное сечение трехпролетного здания. Колонны здания устанавливали предварительно с помощью гусеничных кранов. Продолжительность сборки и установки одного блока (24x72 м) 4—5 сут. Все работы (монтажные и сборочные) были выполнены одной комплексной бригадой из 42 человек.
При очень больших пролетах и массе одного блока покрытия (более 1000 т) применяют комбинированный способ со сборкой несущего ригеля (в вертикальном положении) в торце здания; его подъемом целиком на проектную отметку с помощью полиспастов и укладкой на подкатываемый под него установщик; последующим монтажом остальных конструкций блока покрытия на установщике с помощью монтажных кранов, установленных в торце здания; транспортированием и установкой в проектное положение. Такой способ успешно применен при монтаже крупнейшего эллинга высотой 72 м, с пролетом несущего ригеля 120 м и шагом колонн 36 м (рис. 11.8).
Монтаж стальных рамных и балочных конструкций
Монтаж стальных рамных и балочных конструкций

Транспортный портал общей грузоподъемностью 900 т был оборудован специальными домкратными опорными узлами и стойками, на которые опирались одним концом стропильные фермы. Стойки опускались с помощью одной лебедки, что позволяло после транспортирования очередного блока опереть фермы на ригель ранее смонтированного блока.
Укрупняли все конструкции на площадке, расположенной за торцом здания. Колонны массой до 230 т высотой 56 м собирали в горизонтальном положении на земле у колонн, установленных на первой оси со смещением наружу от проектного положения на 5,5 м. На оголовках смещенных колонн установлены полиспастные подъемники, которые поднимали остальные колонны в вертикальное положение. Перевозили колонны в вертикальном положении до места установки и устанавливали их в проектное положение транспортным порталом (установщиком) с помощью двух шевров, установленных на консолях его ригеля. Одновременно перевозили сразу две колонны.
Ригели пролетом 120 м и массой до 670 т укрупняли в вертикальном положении на специальных железобетонных стендах. Установленные на них домкраты грузоподъемностью 1000 kH использовали для образования строительного подъема и последующего опускания ригеля на четыре двенадцатиколесные тележки. По рельсовым путям ригель подвозили к первой оси, поднимали полиспастными подъемниками на 300 мм выше проектного положения и под ригель подкатывали транспортный портал, на который он опирался и раскреплялся на нем к трем укосинам.
Краном CKP-1500 собиралась очередная панель кровли, состоящая из семи стропильных ферм пролетом по 36 м и тридцати щитов настила. После полной сборки Г-образный блок общей массой 870 т перевозили на портале и устанавливали в проектное положение. Ригель опирался на колонны, а свободные концы ферм — на ригель ранее установленного блока. Стойки транспортного портала опускались ниже нижнего пояса ригеля и портал возвращался к первой оси.
Продолжительность цикла сборки, транспортирования и установки одного блока 10—15 сут.
Всего с помощью транспортного портала смонтировали 26 колонн и 12 блоков покрытия общей массой 17560 т — почти 75% общей массы металлоконструкций корпуса (23800 т).
На изготовление всех монтажных приспособлений было израсходовано около 1200 т стали, или 5% всего расхода стали на корпус, однако объект был построен в сжатые сроки и общий экономический эффект был положительным. Такой способ монтажа значительно снижает объем верхолазных работ, что улучшает условия производства монтажных работ и повышает качество их выполнения.
Монтаж стальных рамных и балочных конструкций

В качестве еще одного примера полной сборки блоков покрытия на земле приведем описание метода монтажа здания спортивного комплекса ЦСКА в Москве (рис. 11.9). Сигарообразные фермы покрытия с натянутыми по нижнему и верхнему поясу листами толщиной 4 мм монтировали краном КБ-160 в блоки длиной 106 м, шириной 4,67 м и массой до 110 т на двух специальных шестиколесных тележках, способных передвигаться по горизонтальным и наклонным рельсовым путям. Для подъема на проектную отметку были смонтированы две наклонные монтажные балки. Подъем тележек с очередным блоком производился двумя тяговыми полиспастами. После достижения проектной отметки тележки упирались в специальный упор и фиксировались там. После этого двумя легкими полиспастами блоки (уже без тележки) надвигались в проектное положение и закреплялись.
Особенность этого способа — отсутствие монтажного крана большой грузоподъемности для подъема блоков на проектную отметку.
Все многообразие методов монтажа покрытий большепролетных рамных и балочных зданий можно представить в виде схемы (рис. 11.10; 11.11; 11.12), которую полезно использовать и при рассмотрении монтажа всех одноэтажных промышленных зданий.
Монтаж стальных рамных и балочных конструкций
Монтаж стальных рамных и балочных конструкций
Монтаж стальных рамных и балочных конструкций