Монтаж металлических конструкций

Из металла могут быть выполнены покрытия одноэтажных промышленных зданий пролетом более 30 м, каркасы промышленных зданий тяжелого типа, конструкций электростанций, каркасы гражданских зданий повышенной этажности, резервуары, газгольдеры, высокие опоры ЛЭП, трубы, различного рода технологические конструкции и т.д.

Область применения металлических конструкций будет расширяться по мере распространения эффективных металлических покрытий в виде структур, мембран, предварительно напряженных стальных ферм, сталежелезобетонных перекрытий промышленных зданий и др.

Увеличению объемов металлических конструкций будет способствовать и улучшение структуры стального проката за счет изготовления металлургическими заводами проката из легких сплавов, высокосортных сталей, перфорированных и гнутых профилей, широкополочных балок и др. Комплексное применение эффективных стальных конструкций с использованием более широкого и эффективного проката позволит обеспечить снижение расхода стали на 25...30%.

Особенности монтажа металлических конструкций.

Поскольку металлические конструкции имеют повышенную деформативность при перевозке, складировании и монтаже их необходимо принимать меры, исключающие повреждения (потеря устойчивости в горизонтальном направлении, вмятины, повреждения фасонок, фрезерованных торцовых поверхностей, стыковых кромок и т.д.). Поэтому перевозят и хранят металлические конструкции (за исключением колонн, секций вертикальных конструкций и некоторых других) в проектном положении, нижние и верхние пояса ферм при необходимости усиливают путем прикрепления к ним деревянных пластин, при строповке универсальными стальными канатами «в обхват» устраивают прокладки, которые предохраняют стропы от перетирания, а конструкции из легких сплавов - от повреждений.

Металлические конструкции в большинстве случаев доставляют с заводов-изготовителей в виде отправочных марок (полуфермы или панели при пролете более 18 м, структурные плиты, секции башен, секции кожухов доменных печей и др.). Это делает необходимой укрупнительную сборку до проектных размеров конструкции. Фермы обычно укрупняют 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 поверхность стыков и т.д.

Технические условия допускают отклонение при изготовлении металлических конструкций, например по длине ферм не более 7...10 мм. Более удобны минусовые допуски, которые могут быть погашены постановкой в местах опорных узлов металлических прокладок.

В ряде случаев для повышения несущей способности металлических конструкций практикуют их предварительное натяжение. В зависимости от характера конструкции используют различные способы предварительного натяжения: обжатие стальными канатами раскосов или поясов ферм, подкрановых балок, натяжение путем загрузки консолей ригеля рамных конструкций, натяжение жестких или гибких вантовых элементов, раскосов башен, байтовых покрытий и т.д.

Основная задача при монтаже предварительно напряженных конструкций - это избежать не предусмотренные проектом деформации. Для этой цели, например, при монтаже большепролетную ферму с предварительно напряженным нижним поясом кантуют и поднимают с помощью четырех штанг, подвешенных к двум траверсам. В процессе натяжения нижний пояс фермы покоится на шести опорах, расположенных на одной прямой, предохраняя его от деформации. Высокая точность изготовления металлических конструкций ужесточает требования и к точности их монтажа. Монтаж можно вести двумя технологическими методами: сборка на проектных отметках из законченных конструктивных элементов или укрупненных монтажных блоков и установка предварительно собранного на земле сооружения в проектное положение.

Сборку на проектных отметках ведут из готовых линейных и плоских элементов или пространственных монтажных блоков, предварительно собранных на земле. Первый способ применяют при сборке металлических каркасов зданий, второй - при монтаже покрытий промышленных зданий, технологических конструкций, конструкций доменных комплексов и т.д.

Установку в проектное положение предварительно собранного сооружения выполняют при монтаже опор линий электропередачи, башен радиоантенн, воздухонагревателей доменных комплексов, технологических колонн нефтехимических предприятий, обелисков, структурных покрытий и др.

Монтаж металлических конструкций каркасов зданий. При монтаже каркасов зданий ответственные процессы - подготовка и приемка фундаментов. От качества фундаментов зависит точность установки отдельных конструкций и всего сооружения в целом.

Перед монтажом осуществляют приемку фундаментов. При этом проверяют главные оси сооружения, правильность и надежность закрепления высотных реперов, продольные и поперечные оси колонн, нанесенные в виде рисок на фундаменты, расположение анкерных болтов и отметки опорных поверхностей. При монтаже металлических конструкций промышленных зданий, как правило, применяют метод секционной сборки, т.е. последовательно монтируют все элементы, образующие жесткую блок-секцию каркаса, и затем переходят к сборке очередной секции.

Стальные колонны устанавливают на бетонные фундаменты, в которых заделаны анкерные болты, обеспечивающие проектное положение колонн в плане. Наличие клюзов (шахтных отверстий у анкерных болтов) позволяет за счет их отгиба несколько исправлять неточность их установки; наводку башмаков колонн на анкерные болты облегчает направляющие конические насадки, надеваемые на болты. Они также исключают сминание резьбы болтов.

В зависимости от принятого способа обеспечения точности монтажа колонн их устанавливают:

- на фундамент, отметка которого доведена до проектной с отклонениями не более ±2 мм. Этот способ предусматривает установку колонн фрезерованными торцами на заранее выверенные закладные опорные металлические детали;

- на фундамент, отметка которого ниже проектной на 40...50 мм, т.е. колонна может быть установлена на подкладки с последующим заполнением зазора бетонной смесью;

- на фундаменты, имеющие на проектной отметке опирания колонн заранее выверенные и подлитые строганые плиты. В этом случае колонны устанавливают без дополнительной выверки, и поэтому этот метод называется безвыверочным.

Безвыверочный метод монтажа предусматривает установку колонны на заранее выверенные фрезерованные стальные опорные плиты, что исключает в дальнейшем выверку колонн и подкрановых балок. При устройстве фундамента его верх не доводят до отметки низа опорной плиты на 50...60 мм. Затем устанавливают по нивелиру опорные плиты, уровень которых регулируют с помощью трех винтов или специального кондуктора. Верх плиты должен совпадать с фрезерованной торцовой поверхностью башмака колонны с отклонениями не более ± 1 мм. При использовании оптического плоскомера опорные плиты можно устанавливать с погрешностью не более ±0,5 мм. Проверив правильность установки опорных плит, их подливают цементным раствором. После приобретения раствором достаточной прочности на плиты наносят осевые риски, которые при установке колонн совмещают с рисками на башмаках. Этот метод позволяет примерно на 30% уменьшить трудоемкость монтажа колонн.

При установке колонн высотой до 15 мм их устойчивость обеспечивают затяжкой гаек на анкерных болтах, а при наличии узких башмаков - дополнительной установкой расчалок в направлении наименьшей жесткости. При монтаже колонн высотой более 15 м устойчивость их обеспечивают затяжкой анкерных болтов, постановкой дополнительных расчалок вдоль ряда колонн и крестообразных расчалок - для высоких колонн с узким башмаком. Первые две смонтированные колонны немедленно раскрепляют предусмотренными проектом постоянными связями или (при отсутствии таковых) временными жесткими связями.

При шарнирном опирании колонн их расчаливают вдоль и поперек ряда. После геодезической проверки точности установки колонн их окончательно крепят, включая довертку (при необходимости) гаек анкерных болтов, приварку металлических подкладок, установку постоянных связей в связевых пролетах.

Подкрановые балки монтируют сразу после установки двух или четырех очередных колонн. Балки устанавливают на консоли колонн и временно крепят к упорам через прокладки с овальными отверстиями. По высоте и в плане балки регулируют подкладками, добавляя или извлекая их.

Тяжелые подкрановые балки массой до 100 т. и длиной до 36 м. доставляют к месту установки в виде составных элементов. Их монтируют 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 монтаже подстропильных и особенно стропильных ферм ' следует обращать особое внимание на их устойчивость. Для этого первую ферму до расстроповки крепят расчалками, после чего вторую ферму связывают с первой распорками.

Традиционные методы поэлементной сборки конструкций покрытий требуют значительного объема верхолазных работ. Это снижает производительность труда и ограничивает возможности достижения высокого качества и безопасности монтажных работ.

Развитием традиционной технологи и возведения одноэтажных промышленных зданий является разработанный советскими специалистами конвейерный метод крупноблочного монтажа конструкций покрытий. Он предусматривает наземную сборку на приобъектной конвейерной линии блоков покрытий с высокой степенью конструктивной законченности, доставку их в монтажную зону и последующую установку в проектное положение. Этот метод получил в нашей стране широкое внедрение. К настоящему времени площадь смонтированных этим методом покрытий-промышленных зданий превысила 6 млн. м2. Метод применяют для возведения зданий с пролетами 18, 24, 30, 36 и в некоторых случаях - 42 м. Он эффективен как для блоков в виде пространственно-стержневых систем, так и для блоков структурной конструкции.

Конструкция блоков покрытий должна отвечать следующим основным конструктивно-технологическим требованиям: быть неизменяемой и жесткой (этого достаточно для внутриобъектного их транспортирования), давать возможность монтажа по системе «блок к блоку» и быть в высокой степени законченными.

Для зданий с пролетами 24 м. Промстальконструкция и Ленинградское отделение ЦНИИпроектстальконструкции разработали блок размером в плане 12*24 м. Он представляет собой неизменяемую пространственную систему, состоящую из двух подстропильных ферм длиной по 12 м, двух стропильных ферм длиной по 24 м и шагом 6 м, фонарных ферм, связей по уложенным поясам ферм. По стропильным и фонарным фермам уложены прогоны с консолями по 3 м, что позволяет вести монтаж по системе «блок к блоку». Блок имеет высокую степень законченности, в том числе окрашенные конструкции, наклеенную кровлю, остекленные переплеты, подвешенные секции технологических и других коммуникаций.

Конвейер для сборки блоков представляет собой расположенный рядом с возводимым объектом рельсовый путь, по которому в заданном ритме на специальных тележках перемещаются собираемые блоки. Каждый из них проходит через ряд технологических постов (стоянок), на которых последовательно выполняются соответствующие операции по сборке и отделке блока. Так, на посту № 1 собирают и выверяют каркас блока и сваривают стыки. Этот пост оборудован стационарными кондукторами и подмостями. После окончания сборки каркаса тележка с блоком перемещается в заданном ритме на один шаг на пост № 2, где устанавливают фонарные фермы, прогоны и укладывают профилированный настил. Перемещаясь по конвейеру, блок доводится до полной готовности. На последнем посту конвейера блок проходит соответствующую приемку, и затем его доставляют в монтажную зону. Характер операций для каждого поста и протяженность конвейера устанавливают с учетом особенностей возводимого объекта. Однако в общем случае длина конвейера должна обеспечивать работу трех участков: сборки металлоконструкций, монтажа инженерных коммуникаций и общестроительных работ.

В зависимости от конфигурации здания и числа пролетов конвейерные линии можно устанавливать вдоль фасада продольной стены, вдоль торцовой стены и т.д. Однако во всех случаях обязательным условием является такое расположение конвейера, которое обеспечивало бы удобную доставку блоков в монтажную зону и минимальную протяженность пути от последнего поста конвейера до монтажной зоны. При правильной постановке работ все организации, обслуживающие конвейер (общестроительные и субподрядные), а также службы (транспортная, комплектующая и др.) независимо от их ведомственной принадлежности должны подчиняться начальнику конвейера.

На каждом посту установлен светофор, зеленый свет означает, что на данном посту закончены операции и тележка может быть перемещена на следующий пост.

Законченный блок транспортируют на тележке к началу монтируемого пролета, принимают монтажным краном или укладывают на специальный установщик, доставляют в зону монтажа и устанавливают в проектное положение. Блоки устанавливаются в проектное положение в зависимости от их массы и наличия подъемно-транспортного оборудования двумя способами:

- с помощью установщиков, представляющих собой пространственную конструкцию типа мостового крана, оборудованных домкратами (или полиспастами) для вывешивания блока. Блок загружают на установщик в начале монтируемого пролета и проносят над верхними торцами колонн на высоте 150...200 мм к месту монтажа. Затем домкратами (или полиспастами) его опускают на опоры, а установщик возвращается за очередным блоком. При отсутствии подкрановых балок можно применять наземные установщики, движущиеся по рельсовому пути, проложенному посередине монтируемого пролета. Установщиками можно монтировать блоки массой до 150... 180 т. При монтаже сверхтяжелых блоков, например размером 42X72 м и массой около 450 т, используют специальные наземные установщики;

- с помощью тяжелых башенных кранов, таких, например, как кран СКР-1500,. ('Его грузовыротные характеристики позволяют одновременно монтировать блоки размером 12*24 м в трех пролетах. Кран принимает блок с конвейерной тележки, доставляет его к месту монтажа, устанавливает в проектное положение и затем возвращается за очередным блоком.

Технико-экономическая целесообразность применения конвейерного метода монтажа в значительной степени зависит от площади объекта. Считается, что этот метод экономически оправдан при строительстве зданий площадью более 20...30 тыс. м2. Эффективность конвейерного метода определяют такие показатели, как повышение производительности труда, сокращение сроков строительства и снижение его стоимости.

Как показала практика, при правильной организации конвейерной сборки производительность труда на монтаже конструкций покрытий может составить 600 кг/чел.-день и более, в то время как этот показатель при поэлементной сборке не превышает 350...360 кг/чел.-день. Сроки выполнения работ сокращаются на 25...30%, а средняя экономическая эффективность, приходящаяся на 1 м2 смонтированного конвейерным методом покрытия, составляет более 1,6 руб., не считая экономии, которая достигается за счет сокращения ввода объектов в эксплуатацию.

Для объектов, где предполагается вести монтаж конвейерным методом, должна быть еще на стадии проектирования предусмотрена разрезка здания или сооружения на такие блоки, масса, габарит и конструкция которых отвечали бы требованиям технологичности в сборке, транспортировании и монтаже.

Предстоит дальнейшее развитие конвейерного метода монтажа для наиболее массового объекта его применения - одноэтажных промышленных зданий. Здесь доминирующей тенденцией явится снижение относительной массы блоков за счет применения структурных конструкций покрытий, легких металлических сплавов, предварительно напряженных металлических ферм и эффективных утеплителей. В этой же связи будет обращено особое внимание на создание новых конструкций установщиков, в том числе и наземных самоходных установщиков на пневмоколесном ходу, для монтажа относительно легкие блоков структурной конструкции.