Подъем стального каркаса здания сварочного цеха

18.05.2016

На одном из заводов потребовалось установить в пролетах большого сборочного цеха второй ярус мощных мостовых кранов, для чего необходимо было увеличить высоту цеха на 9,15 м.
Здание сборочного цеха объемом около 1 млн. м3 было двухпролетным. Вертикальные несущие конструкции состояли из трех рядов решетчатых колонн. Ширина каждого пролета была равна 37,6 м, а длина всего корпуса — более 300 м при шаге колонн от 18 до 21,3 м. Покрытие цеха было выполнено из парных стальных ферм, связанных в продольном направлении также парными фермами.
К продольным фермам через каждые 3 м были прикреплены подвески, на консоли которых опирались подкрановые балки. Колонны опирались на железобетонные башмаки и крепились к ним анкерными болтами. Общий вес каркаса, подлежащего подъему, составлял 4500 тс.
Было разработано два варианта увеличения высоты цеха: по первому из них предусматривался демонтаж верхней части каркаса — шатра корпуса, усиление и наращивание колонн и последующий монтаж шатра, по второму варианту — подъем снизу всего корпуса каркаса с заполнением образовавшегося разрыва в колоннах новыми вставками.
При работе по первому варианту пришлось бы приостановить на длительное время эксплуатацию сборочного цеха, а следовательно, и других, технологически связанных с ним цехов. Осуществление второго варианта давало возможность не прерывать нормальной работы завода.
При втором варианте можно было использовать цеховые мостовые краны для подачи конструкций к месту их монтажа, что намного сокращало затраты рабочей силы и сроки работ. Сравнение обоих вариантов приведено в табл. 10. Преимущества второго варианта убедили строителей в целесообразности его осуществления.
Подъем стального каркаса здания сварочного цеха

Для воспринятая всех нагрузок существующими стальными конструкциями на время подъема, а также дополнительных вертикальных и горизонтальных нагрузок после окончания подъема, потребовалось усилить лишь некоторые элементы конструкций и увеличить устойчивость всего каркаса, главным образом, в поперечном направлении. Прочность фундаментов и их площадь подошвы вполне допускали предстоящее увеличение нагрузок.
В отличие от ранее производившихся подъемов сооружений вставки в колоннах для заполнения разрывов были установлены до начала подъема корпуса. Каждая вставка была сконструирована в виде восьмиугольной обоймы (рис. 85), которая обхватывала поднимаемую колонну по всему ее периметру. Вертикальные ветви обоймы соединялись решеткой из уголков. Низ обоймы приварили к опорному башмаку колонны. Высота обоймы была равна 12,5 м, что превышало высоту заданного подъема корпуса на 3,35 м. Такие вставки-обоймы были установлены на всех колоннах. К вертикальным ветвям колонн в двух местах (на высоте до 3 м от башмаков) приварили короткие планки (направляющие) из полосовой стали толщиной 20 мм. При подъеме эти планки, будучи прижаты к вертикальным ветвям обоймы, препятствовали смещению низа колонны в горизонтальной плоскости, чем обеспечивалась вертикальность поднимаемых колонн.
Подъем стального каркаса здания сварочного цеха

До начала работ по подъему цеха опоры всех колонн были защемлены в фундаментах и гибко соединены с фермами перекрытия.
Принятая конструкция вставок не могла обеспечить надлежащего защемления опор во время подъема (из-за зазоров между ветвями обоймы и колонн), а следовательно, и необходимой устойчивости всего каркаса. Для большей устойчивости в поперечном направлении у всех колонн одного
фасадного ряда установили контрфорсы. Устойчивость в продольном направлении обеспечивалась продольными связями. Направляющими при подъеме сооружения помимо обоймы служили и контрфорсы, к которым приделали специальные захваты. Эти захваты позволяли колоннам скользить в вертикальном направлении и исключали возможность перемещения крайнего ряда колонн в горизонтальной плоскости.
На каждой поднимаемой колонне над линией среза, на высоте 1,5 м от опорной плиты, была устроена подъемная площадка из двух рядов балок (рис. 86). Верхний ряд из двух швеллеров № 30 соединял попарно соседние ветви колонн. Все стальные конструкции были заранее изготовлены на заводе и в собранном виде доставлены к месту работы.
Подъем стального каркаса здания сварочного цеха

Каждую колонну поднимали двумя домкратами, опорой для которых служил фундамент колонны. Для распределения давления от домкратов на большую площадь фундамента под них на близком расстоянии друг от друга уложили один ряд двутавровых балок. Внутри каждой колонны были установлены четыре одинаковые металлические стойки высотой 11,5 м каждая (рис. 87). Стойка состояла из двух швеллеров, связанных стальными планками. Все стойки свободно проходили между балками подъемной площадки. Две из них, служившие для подъема, опирались внизу на поршни 100-тонных гидравлических домкратов и поднимали подъемную площадку. Подъемные стойки, которые проходили между двумя средними двутаврами подъемной площадки, расположили по оси продольного ряда колонн.
Две другие стойки, фиксаторные, опирались на фундаменты колонн и оставались все время неподвижными. Фиксаторные стойки были расположены по обе стороны продольного ряда колонн и проходили между крайними и примыкающим к нему средним двутавром подъемной площадки.
Между металлическими планками каждой стойки оставлялись просветы-окна. В эти окна под подъемной площадкой, симметрично относительно центра стойки, вставляли горизонтальные двутавровые балочки, длина которых превышала ширину стойки. Консоли этих балочек, выходившие за пределы стоек, упирались в двутавры подъемной площадки и, следовательно, поднимали колонны. Две стойки, установленные на домкраты, воспринимали нагрузку во время подъема, а две другие — нагрузку во время осаживания поршней домкратов (перезарядки) — опускания подъемных стоек. После каждого подъема на высоту 60 см (один цикл подъема) из нижнего в следующее по высоте окно фиксаторной стойки переставлялись горизонтально располагавшиеся двутавровые балочки — две для подъемных и две для фиксаторных стоек. Все размеры просветов между планками в стойках были одинаковыми и соответствовали высоте горизонтальных балочек.
Подъем стального каркаса здания сварочного цеха

Длина хода поршня гидравлических домкратов была равна всего 15 см, в связи с этим для подъема колонны на 60 см приходилось производить четыре последовательных подъема поршня. После каждого подъема на 15 см колонну поддерживали при помощи подвесных стальных трехступенчатых подкладок.
Ступенчатые подкладки были сварены из обрезков двутавра № 20. К верхней части подкладок приварили захваты, при помощи которых их подвешивали к нижним полкам двутавров подъемной площадки. К каждому из двух крайних двутавров подвешивали одну трехступенчатую подкладку, а к каждому из соседних — три, т. е. всего восемь подкладок — по количеству консолей горизонтальных балочек, подпиравших двутавры подъемной площадки.
На фундаменте каждой колонны два гидравлических домкрата грузоподъемностью по 200 тс поднимали горизонтальные балочки и опирающуюся на них подъемную площадку колонны. За один ход поршня домкратов подъемные стойки с вставленными в них балочками поднимались вместе с колонной на 15 см. Фиксаторные стойки с вставленными в их нижние окна балочками во время подъема оставались неподвижными.
После подъема колонны на 15 см между выступающими консолями горизонтальных балочек, вставленных в фиксаторные (неподвижные) стойки, и подъемной площадкой образовывались зазоры. В эти зазоры вводили верхние ступени трехступенчатых подкладок, что обеспечивало передачу нагрузки от колонн с подъемных стоек на фиксаторные и позволяло опускать поршни гидродомкратов, а вместе с ними и подъемные стойки. После опускания последних в образовавшиеся зазоры между подъемной площадкой и горизонтальными балочками этих стоек заводились первые ступени подкладок высотой 15 см.
К концу второго этапа подъема высота зазоров между подъемными площадками и балочками фиксаторных стоек увеличивалась до 30 см. В эти зазоры вводили подвешенные трехступенчатые подкладки второй ступени высотой 30 см. Затем поршни домкратов с подъемными стойками снова опускали и в образовавшийся 30 см зазор между горизонтальными балочками подъемных стоек и подъемной площадкой вводили подкладки второй ступени.
После аналогичного третьего этапа подъема в зазоры вводили подкладки третьей ступени, поскольку высота этих зазоров и подкладок уже получалась одинаковой (45 см).
После четвертого этапа высота подъема достигала 60 см. Чтобы удержать колонны на этой высоте, горизонтальные балочки в фиксаторных стойках перекладывали в следующие по высоте «окна» этих стоек. На этом заканчивался первый цикл подъема. За время подъема всего корпуса было проделано 16 таких циклов. Каждый домкрат перезаряжали 61 раз, а ступенчатые прокладки для каждой колонны передвигали (61—16+1)*8 = 368 раз.
Гидравлические домкраты работали от центральной насосной станции, оборудованной двумя насосами высокого давления (до 400 ати) с электроприводом и централизованной системой трубопроводов. Для главных магистралей применили трубки с внутренним диаметром 10 мм, а для ответвлений, ведущих к домкратам, — 8 мм. Если путь от магистральной линии к домкрату был извилистым, то применяли медные трубки с внутренним диаметром 8 мм. Трубки соединяли на фланцах с медными кольцевыми прокладками. Вдоль каждого продольного ряда колонн была уложена специальная магистральная линия. Эта линия, как и отводные линии к домкратам, оборудована самостоятельными запорными кранами. Последние, располагаемые у отводных линий от каждой колонны, позволяли отключать домкраты любой колонны от общей сети. Перекрывая эти краны, можно было заменять домкраты, вышедшие из строя.
При расчете были приняты допуски ±7,5 см на неравномерность подъема, что предусматривало отставание подъема отдельных колонн или одного ряда их на один этап, т. е. на 15 см. При отставании подъема какой-либо колонны специально выделенные рабочие ускоряли работы и выравнивали все колонны под один уровень. Подъем цеха производили круглосуточно в течение 19 дней.
По окончании подъема вертикальные ветви колонн были приварены сплошным швом к вертикальным ветвям обойм по всей длине примыкания их друг к другу. Колонны фасадного ряда были дополнительно приварены к примыкающим к ним контрфорсам.
Во время подъема напряжение в элементах колонн и фермах перекрытий измеряли тензометрами системы Аистова. Величина дополнительного напряжения в элементах ферм перекрытий при максимальном неравномерности подъема 16/3760 = 1/235 была равна 350 кгс/см2.
Необходимо отметить следующие обстоятельства, учтенные, по нашему предложению, в проекте организации работ по подъему
1. При расчете стоек (фиксаторных и подъемных) не предусматривалась возможность гидравлического удара в домкрате, так как прочность трубки, входящей в отверстие домкрата, значительно меньше прочности других его элементов. Следовательно, при разрыве трубки произойдет постепенное, а не мгновенное опускание поршня. Отказ от учета гидравлического удара позволил существенно облегчить стойки.
2. При определении величины подъемной силы было учтено дополнительное сопротивление от трения скольжения между поднимаемыми колоннами и обоймами в размере 50% от веса каркаса цеха, которое подтвердилось показаниями манометров во время подъема.