Монтаж металлических конструкций
Опубликовано: 05.09.2018
Основные положения. Металлические конструкции применяются в тех случаях, когда использование железобетона или технически невозможно, или экономически неоправдано. Так, например, металлические конструкции целесообразны в покрытиях промышленных зданий при пролетах более 30 м, большепролетных структурных покрытиях, для каркасов высотных зданий, технологических конструкций, резервуаров, опор ЛЭП и т. д. Находят все большее применение легкие металлические конструкции из эффективных тонкостенных профилей, что позволяет экономить около 25 % стали.
Металлические конструкции и технология их изготовления имеют специфические особенности, которые определяют технологические требования к их монтажу.
1. Повышенная деформативность. Поэтому при перевозке, складировании и монтаже металлических конструкций необходимо принимать меры, исключающие повреждения ферм (потеря устойчивости в горизонтальном направлении, вмятины, повреждения фасонок, фрезерованных торцевых поверхностей и стыковых кромок и т. д.). Перевозка и хранение металлических конструкций (за исключением колонн, секций вертикальных конструкций и некоторых других) производятся в проектном положении. Нижние и верхние пояса ферм в необходимых случаях усиливаются путем прикрепления к ним деревянных пластин. При строповке универсальными тросами в обхват устраиваются прокладки, которые предохраняют стропы от перетирания, а конструкции из легких сплавов от местного смятия.
Сборка стальных рамных конструкции
2. Изготовление и доставка в виде отправочных марок. Это делает необходимой укрупнительную сборку до проектных размеров конструкции. Фермы обычно укрупняются на строительной площадке в непосредственной близости от места разгрузки. В процессе укрупнительной сборки, которая, как правило, производится с применением сварки, исправляют появившиеся при перевозке дефекты (искривления, вмятины, изменение радиуса вальцовки для листовых конструкций), очищают плоскости и т. д.
Организация и обеспечение безопасности монтажа большепролетной металлической фермы
Рис 8.32. Схема блочного монтажа конструкций покрытия промышленного здания
3. Высокая точность изготовления. Технические условия, например, допускают отклонение по длине ферм не более 7—10 мм. Более удобны минусовые допуски, которые могут быть устранены постановкой в местах сопряжений металлических прокладок. Высокая точность изготовления металлических конструкций ужесточает требования к точности их монтажа.
Монтаж металлических конструкций ведут двумя методами.
Сборка на проектных отметках производится из готовых линейных и плоских элементов или пространственных монтажных блоков, предварительно собранных на земле. Первый способ применяется при сборке металлических каркасов зданий, второй — при монтаже покрытий промышленных зданий, технологических конструкций, конструкций доменных комплексов и т. д.
В процессе строительства одноэтажных промышленных зданий конструктивно-технологические блоки, состоящие из металлических ферм, настилов, кровли и подвешенных технологических коммуникаций, собираются на конвейерных линиях рядом со строящимся объектом. Размеры таких блоков в плане могут быть от 12X18 до 24x36 м. Масса блоков размеров 24x36 м составляет около 140 т (рис. 8.32). Блоки полной строительной готовности доставляются на тележках в зону монтажа и устанавливаются в проектное положение при помощи монтажных кранов или специальных устройств, передвигающихся по подкрановым путям мостовых кранов. Этот метод монтажа, названный конвейерным, получает широкое распространение, так как позволяет почти вдвое уменьшить продолжительность монтажных работ и сократить их трудоемкость на 60—70 %.
Установка в проектное положение предварительно собранного! на земле сооружения — это метод монтажа опор линий электропередач, башен радиоантенн, воздухонагревателей доменных комплексов, технологических колонн химических предприятий, обелисков и др.
Монтаж металлических конструкций каркасов зданий. При монтаже каркасов зданий ответственным процессом является подготовка фундаментов, поскольку от этого зависит точность установки отдельных конструкций и всего сооружения в целом.
Перед началом монтажа производят приемку фундаментов: проверяют главные оси сооружения, правильность и надежность закрепления высотных реперов, продольные и поперечные оси колонн, нанесенные в виде рисок на фундаменты, расположение анкерных блоков и отметки опорных поверхностей.
Стальные колонны устанавливают на бетонных фундаментах, в которые заделаны анкерные болты, обеспечивающие проектное положение колонн в плане. Наличие клюзов (шахтных отверстий у анкерных болтов) позволяет за счет отгиба анкеров несколько исправлять неточность их установки.
Для установки колонн, имеющих фрезерованные подошвы башмаков, поверхность фундамента бетонируют до проектной отметки с отклонениями не более ±2 мм.
Для металлических конструкций широко применяют безвыверочный метод монтажа. Это монтаж конструкций и оборудования, имеющих высокую точность обработки контактных поверхностей, отверстий и гнезд в стыках; без дополнительных перемещений (выверки). Безвыверочный монтаж колонн предусматривает установку колонны на заранее выверенные фрезерованные стальные опорные плиты, что исключает в дальнейшем выверку самих колонн и подкрановых балок. При устройстве фундамента его верх не доводят до отметки низа опорной плиты на 50—60 мм. После проверки положения фундаментов и анкерных болтов относительно разбивочных осей устанавливают по нивелиру опорные плиты, уровень которых регулируют с помощью трех винтов или специального кондуктора. Верх опорной плиты должен совпадать с фрезерованной торцевой поверхностью башмака колонны с точностью ±1 мм. При применении оптического плоскомера опорные плиты можно устанавливать с точностью ±0,5 мм. Проверив правильность установки опорных плит, производят их подливку цементным раствором. После приобретения раствором необходимой прочности на плиты наносят осевые риски, которые при установке колонн совмещают с рисками на башмаках. Безвыверочный метод монтажа позволяет уменьшить трудоемкость установки колонн примерно на 30 %.
При окончательном закреплении колонн затягивают анкерные болты, ставят дополнительные расчалки вдоль ряда колонн (для высоких колонн) и крестообразные расчалки (для высоких колонн с узким башмаком). Первые две смонтированные колонны раскрепляют предусмотренными проектом постоянными или (при отсутствии таковых) временными жесткими связями.
Подкрановые балки устанавливают на консоли колонн и временно крепят к упорам через прокладки с овальными отверстиями. Регулировку балок по высоте и в плане производят за счет извлечения или добавления прокладок.
Тяжелые подкрановые балки массой до 100 т и длиной до 36 м, применяемые, например, в мартеновских цехах, доставляют к месту установки в виде составных элементов. Их монтаж производят после укрупнительной сборки на земле с помощью двух кранов или по частям с применением промежуточных опор.
Подстропильные фермы устанавливают на монтажные столики, приваренные к колоннам, и укрепляют расчалками, стропильные фермы — на монтажные столики колонн или на подстропильные фермы. При опирании на железобетонные опоры подстропильные фермы устанавливают на анкерные болты, заделанные в торцах колонн.
Для обеспечения устойчивости подстропильных и особенно стропильных ферм при монтаже первую ферму до расстроповки крепят расчалками, после чего вторую ферму связывают с первой прочными связями и распорками. Фермы связывают прогонами, временными распорками или двумя-тремя крупнопанельными плитами покрытия, устанавливаемыми и закрепляемыми до расстроповки. Минимальное количество связей (прогонов или распорок) для бесфонарных ферм при пролете до 18 м — 2 шт., более 18 м — 3, для ферм с фонарем соответственно 3 и 6 шт.
Чтобы предотвратить потерю устойчивости ферм, плиты покрытий для бесфонарных ферм обычно укладывают симметрично с обеих сторон от упорных узлов к коньку.
Рис. 8.33. Последовательность укладки
плит покрытий на металлические фермыПри монтаже ферм с фонарями плиты укладывают симметрично по поясам ферм, а затем по фонарю (рис. 8.33).
Выверку конструкций, как правило, производят при их установке, так как выверка после установки всего сооружения или его секций связана со значительными трудностями и задерживает сдачу под послемонтажные работы смонтированных участков сооружения. Исключение составляют подкрановые балки, выверку которых можно выполнять лишь после установки конструкций всего пролета и окончательного закрепления колонн и ферм. После выверки положения конструкций и правильности установки всей секции каркаса производят окончательное крепление монтажных стыков с помощью сварки или болтовых соединений. Приемку этих конструкций оформляют специальным актом.
Противокоррозийную окраску конструкций производят после их приемки, что также оформляется отдельным актом.
Монтаж металлических конструкций одноэтажных промышленных зданий ведут методом секционной сборки, т. е. с помощью одного или нескольких кранов последовательно устанавливают все элементы, образующие жесткую блок-секцию каркаса, и затем переходят к сборке очередной секции и методу продольной сборки, когда с помощью монтажного крана устанавливают последовательно все элементы по периметру.
Монтаж высотных металлических конструкций. Отличительными особенностями высотных металлических конструкций инженерных сооружений являются относительно небольшие площади опирания, значительная масса и высота. К таким конструкциям относятся опоры линий электропередач, радио- и телевизионных антенн, радиорелейные мачты, обелиски, различного рода вертикальные аппараты металлургической, химической, нефтехимической промышленности и др.
В зависимости от массы и размеров высотной конструкции применяют различные методы монтажа.
Метод поворота цельнособранной конструкции вокруг опорного шарнира применяют при монта же опор ЛЭП» дымовых труб и радиомачт высотой не более 100 м Собранную на земле конструкцию закрепляют одной частью опоры в специальном шарнире, установленном на фундаменте. Поднимают конструкцию при помощи мачты («падающей» стрелы, шев-ра) или вспомогательной стрелы. Этот метод может быть использовав п при сооружении высоких обелисков. Так был установлен штык-обелиск в Брестской крепости-герое. Он представляет собой цельносварную конструкцию крестообразного сечения, защемленную в основании. Обелиск имеет массу 620 т, высоту 104,5 м, размеры у основания 5x5 м и состоит из 10 секций длиной по 10—13 м и массой до 43 т.
Рис. 8.34. Схема монтажа мачты: а — общая схема монтажа крана; б, в, г—рабочие моменты монтажа; 1 — временные расчалки; 2 — постоянные оттяжки; 3 — монтажный кран
Подъем цельнособранной конструкции в проектное положение методом выжимания применяют для монтажа тяжелых вертикальных аппаратов типа ректификационных колонн, вытяжных труб высотой до 80—100 м и массой до 300—400 т. Собранную на земле конструкцию поднимают с помощью специального устройства — подпорки, представляющей собой портал, траверсу которого крепят к корпусу конструкции, а основание стоек перемещают полиспастами по направляющим к шарниру, поворачивая конструкцию вокруг него. Конструкцию «выжимают» до нейтрального положения, при котором центр тяжести системы (конструкция и такелажная оснастка) находится над осью поворотного шарнира. Дальнейший подъем производят как обычно, с торможением оттяжкой.
Метод наращивания эффективен при монтаже конструкций высотой более 100 м — радиомачт, высотных этажерок и др. Монтаж радиомачт и других близких по конструкции сооружений ведут в такой последовательности: стреловым краном устанавливают две нижние секции мачты, которые раскрепляют временными расчалками; затем на второй секции закрепляют обойму самоподъемного крана; с помощью полиспаста кран поднимает очередную секцию; после ее установки по стволу крана поднимают его обойму и закрепляют на новой стоянке; затем выдвигают ствол крана, вновь крепят к мачте, и монтажный цикл повторяется (рис. 8.34).
В процессе монтажа мачты между постоянными расчалками устанавливают временные, которые затем снимают.
Монтаж металлических пространственных конструкций. Перекрытия над цирковыми аренами, спортивными залами, аэровокзалами, выставочными павильонами и другими большепролетными общественными зданиями обычно выполняются из пространственных металлических конструкций. Разновидностью их являются структурные и мембранные системы, которые используются при строительстве общественных и промышленных зданий.
Монтаж куполов обычно осуществляют с помощью центральной временной опоры, на которой крепят опорное кольцо. При пролетах, не превышающих 40—50 м, в качестве такой опоры можно использовать башню монтажного крана.
Временную опору устанавливают в центре опорного кольца стационарно. Она должна опираться через шпальную клетку на надежное основание, рассчитанное на восприятие собственного веса и веса монтируемых конструкций. Раскружаливают купол путем ослабления клиньев в основании монтажной опоры или с помощью домкратных устройств, установленных в.верхней ее части.
Арочные покрытия монтируют из двух- или трехшарнирных арок и арок с затяжкой. На рис. 8.35 приведена схема монтажа арочного покрытия из стальных решетчатых арок с затяжкой. В данном случае арки собирают из трех элементов на двух передвижных монтажных опорах, оборудованных домкратами для выверки конструкции. После устройства стыковых соединений монтажные опоры опускаются и передвигаются на новую позицию.
Трехшарнирные арки в зависимости от пролета и массы можно собирать из двух полу арок или блоков в виде двух полуарок, скрепленных прогонами. Трехшарнирные арки собирают на передвижной центральной опоре. После закрепления арок в шарнире опоры переставляют.
Структурные покрытия представляют собой неразрезную решетчатую плиту, жесткую во всех направлениях, что снижает изгибающие моменты в колоннах и позволяет перекрывать значительные пролеты. Покрытия состоят из структурных плит высотой 2—2,5 м, собираемых из решетчатых блоков заводского изготовления пирамидальной формы (образованных стержнями из круглых труб). Структурные системы типа «Берлин», «Кисловодск» размерами 18X18 и 24X24 м обычно применяются для покрытий выставочных павильонов, спортивных сооружений, стоянок для автомобилей и т. д.
Рис. 8.35. Монтаж арочного большепролетного покрытия: 1 — монтажные краны; 2 — передвижные телескопические монтажные опоры
Монтаж структурных покрытий осуществляется крупными, собранными на земле в специальных кондукторах балками. Возможны следующие варианты монтажа структурных покрытий: монтаж структуры, собранной на месте подъема, с помощью монтажных кранов или шевров; подъем с помощью домкратов, закрепленных на оголовках колонн; подъем с последующей надвижкой в проектное положение и др.
На рис. 8.36 показан монтаж покрытия концертного зала в Сочи, выполненного в виде пространственной решетчатой структуры из алюминиевых труб высотой 2,45 м. Элементы в виде пирамид (тетраэдров) и плоских треугольников доставлялись к объекту на железнодорожных платформах. Сборка блоков в виде отдельных панелей шириной 7,35 м и массой до 14 т была организована в торцевой части возводимого здания. Готовые панели надвигались по специально построенной эстакаде с помощью лебедок в проектное положение.
В ГДР имеется опыт монтажа структурных покрытий из готовых блоков методом надвижки в проектное положение с помощью специального установщика. Масса таких блоков размером 12x24 м обычно не превышает 20 т. Это позволяет использовать для транспортирования (в пределах пролета монтируемого здания) и установки блоков самоходные установщики на пневмоколесном ходу.
Наряду с совершенствованием конструкций структурных покрытий ведутся дальнейшие поиски путей повышения их монтажной технологичности. Предложен, например, метод монтажа структурных покрытий из складывающихся блоков. Конструкция таких блоков представляет собой систему шарнирно соединенных раскосов из уголковых или трубчатых элементов. Доставленный на площадку компактный блок растягивается на земле с помощью лебедок и диагональных растяжек в структурную плиту и затем устанавливается кранами на опоры. Объем сложенной структуры примерно в 70 раз меньше проектного. Например, блок размером 15X15X2 м в сложенном, пригодном для транспортировки виде будет иметь размеры 1,4X1,4X2,9 м и массу 1,9 т. Это делает возможным его перевозку на обычных автомобилях или средствами авиации, что особенно существенно при строительстве в труднодоступных районах.
В процессе поиска более технологичных методов монтажа структурных покрытий разработаны так называемые «кинематические структуры», решетка которых выполнена в виде системы шарнирно соединенных элементов. Такой блок доставляется в сложенном виде на автомобиле к месту монтажа, «раздвигается» до проектных размеров и устанавливается с помощью кранов или домкратов в проектное положение. В таких конструкциях-механизмах рационально сочетаются конструктивная целесообразность и высокая степень технологичности.
Рис. 8.36. Монтаж структурного покрытия методом на движки: I-IV - панели структурного покрытия; 1 - монтажный кран КБ-160; 2 - временные эстакады; 3 - пути надвижки; 4 - лебедка.
В покрытиях мембранного типа совмещаются несущие и ограждающие функции. Ими можно эффективно перекрывать спортивные и зрелищные залы больших пролетов (спортивный зал в Ленинграде, демонстрационный зал во Фрунзе и др.). Покрытия выполняются в виде предварительно напряженной стальной мембраны, натянутой на опорные конструкции (обычно железобетонный опорный контур). Эти конструкции воспринимают цепные усилия в мембране, являющейся висячей системой. Элементы мембраны предварительно свариваются в заводских условиях в полотнища шириной до 6 м. Полотнища, свернутые в рулон шириной до 2,5 м, массой до 7—8 т, доставляются на строительную площадку.
Рис. 8.37. Схема мембранного покрытия: 1 — соединительная железобетонная арка; 2 — основные железобетонные арки; 3 — стабилизирующие тросы; 4 — несущие ванты из листовой стали
После того как один конец полотнища закрепляется на опорном контуре, рулон при помощи специальной траверсы разматывается на всю длину, натягивается лебедками и закрепляется на противоположном участке опорного контура. Смежные полотнища свариваются с нахлесткой 50 мм. Трудоемкость устройства такого покрытия с подвеской с нижней стороны утеплителя и декоративных панелей составляет не более 0,12—0,15 чел. дня на 1 м2 покрытия.
В строительстве начинают применяться листовые седловидные покрытия из стальных и алюминиевых лент. Такие покрытия устраиваются по подобию ортогональной седловидной вантовой сети, в которой вместо несущих и стабилизирующих тросов используются алюминиевые ленты-полотнища. Ленты изготавливаются в заводских условиях и доставляются на строительную площадку в виде рулонов шириной до 2,2 м. Последующий монтаж покрытий аналогичен монтажу вантовых покрытий (рис. 8.37, 8.38).
Монтаж сооружений из листовых конструкций. Из листовых конструкций выполняются различные резервуары, предназначенные для хранения жидкостей, нефтепродуктов или сжиженных
газов, воздухоохладители» пылеуловители в доменных печах, а также многие другие технологические конструкции. Основным технологическим требованием при монтаже большинства листовых конструкций является обеспечение не только прочных, но и плотных монтажных соединений. Для монтажа резервуаров применяют методы рулонирования и полистовой (секционной) сборки.
Метод рулонирования эффективен при монтаже резервуаров вместимостью до 10 тыс. м3. В заводских условиях сварочными автоматами, которые обеспечивают высокое качество швов, свариваются и затем свертываются в рулоны корпус и днище резервуара.
Рис. 8.38. Схема крепления ленточных вант: 1 — ванта; 2 — зажим; 3 — анкер, заделанный в стену
Доставленное на место монтажа днище разварачивают в проектное положение на песчаном основании. Корпус резервуара, свернутый в рулон, привозят на строительную площадку на железнодорожных платформах или трайлерах, откуда его скатывают по эстакаде с помощью ручных лебедок и затем транспортируют к месту монтажа методом перекатывания тракторами на специальных торцевых устройствах. Рулон корпуса резервуара устанавливают в вертикальное положение с помощью стреловых кранов или подающих шевров. Затем рулон опоясывается петлей троса (во избежание самопроизвольного разворачивания), разворачивается трактором и фиксируется в проектном положении. После этого сваривают вертикальный шов и монтируют кранами конструкции покрытия. Затем сваривают корпус с днищем резервуара двухслойными внутренними и наружными швами. В последнюю очередь ведут сварку вертикальных швов резервуара.
Метод секционной сборки из листовых заготовок-секций, выполненных в заводских условиях, применяют при сооружении каплевидных и шаровых резервуаров.
При проверке качества сварки монтажные швы обрызгивают керосином с внутренней стороны под давлением 0,1 МПа. При наличии дефектов не более чем через 12 ч на обмазанной мелом наружной поверхности шва появляются пятна керосина. Кроме сплошной проверки, производят выборочную — просвечивают вертикальные (наиболее ответственные) швы гамма-дефектоскопами.
Метод полистовой сборки используется при строительстве доменных печей. Из отдельных листовых заготовок на специальных сборочных стендах собирают цилиндрические блоки кожуха печи (царги). Для их подъема применяют специальную траверсу с тремя точками подвеса, которая обеспечивает неизменяемость цилиндрической формы-блока.
В ряде случаев стальные блоки кожуха футеруются й комплектуются в наземных условиях до подъема. Масса таких блоков доходит до 50 т.
