Металлоконструкции

Стальные конструкции. Монтаж стальных конструкций

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Высотное здание Фёрст Бэнк Тауэр в Торонто. Высотное здание относится к комплексу банков Фёрст Канадиен Плэйс, расположенному в центре Торонто. Это 72-этажное здание со стальным каркасом, высота надземной части которого составляет 285 м, а подземной — 14,5 м. Оно относится к числу самых высоких зданий в мире (самое высокое здание — Сире Тауэр в Чикаго — имеет высоту 442 м). Здание запроектировано для 20 тыс. человек постоянного персонала при предполагаемом обслуживании 30 тыс. клиентов в день. Вертикальной транспорт обеспечивают 29 двухъярусных лифтов (58 кабин, помещенных в шахте ствола). Доставка и отправка грузов осуществляется двумя грузовыми лифтами длиной 20 м каждый, которые перемещают грузовики на нижний подземный уровень. Здание облицовано плитами из белого мрамора, а окна застеклены подтемненным теплоизоляционным стеклом.

В плане здание представляет прямоугольник размером 55,2x58,2 с утопленными на 4,7 м углами. Полезная площадь этажа 2800 м2.

В связи с тем что стоимость каркаса высотного здания часто составляет около 30% общей стоимости, статическая схема, а также конструктивные решения оказывают большое влияние на экономичность и выбор технологического процесса монтажа стального каркаса. При решении высотного здания в Торонто в результате анализа была принята статическая схема здания в виде стальной оболочки, состоящей из наружных колонн    J   с шагом 3 м, соединенных контурными балками   1   высотой 2,23 м (стенка 2 балок имеет толщину 8—11 мм и подкреплена полосовыми ребрами толщиной 38 мм и швеллерами). Четырехстенная вертикальная оболочка воспринимает горизонтальные силы от ветрового напора и возможных сейсмических толчков, а также придает зданию соответствующую жесткость. Оболочечная конструкция обеспечивает также выгодное решение без промежуточных опор на отдельных этажах здания. Балки перекрытия 4 опираются на наружные контурные балки, а также на внутренние балки лифтовой шахты. На этих балках уложены металлические профилированные листы с высотой складки 50 мм и слой бетона толщиной 9 см. Примененная конструкция обусловила простые решения монтажных соединений, а также большую повторяемость конструктивных элементов.

Типовой наружный монтажный элемент выше четвертого этажа состоит из контурных балок и сварной колонны составного сечения. Стыки контурных балок выполнены в середине шага колонн; контурные балки соединялись натяжными болтами через вертикальные уголки 1, приваренные к стенкам балок   2 .

Отдельный элемент колонны изготовляли на заводе и транспортировали на строительство вместе с комплектом контурных балок как укрупненный монтажный элемент длиной 11,6 м и массой 25,4 т; монтажные стыки элемента были предусмотрены через каждые три этажа. Укрупненные монтажные элементы колонн длиной 11,6 м вместе с контурными балками с шагом 3 м.

Наружные колонны ниже четвертого этажа были выполнены в виде двутавровых составных сечений с поясами толщиной 114 мм и стенкой толщиной 89 мм, а колонны лифтовой шахты — как составные сечения с толщиной металлических листов до 152 мм. Горизонтальные металлические листы в основаниях колонн имели максимальную толщину до 380 мм и массу до 19 т. Все монтажные стыки выполнялись на болтах, за исключением стыков колонн, которые были сделаны сварными.

Из-за значительной толщины металлических листов, а также составной формы элементов, особенно наружных колонн, их сваривали на заводе при точном соблюдении технологии работ. Колонны длиной 11,58 м имели фрезерованные концы с точностью 0—1,6 мм. После возведения ствола колонны его соединяли в специальном монтажном приспособлении с контурным металлическим листом, поясами, швеллерами и вертикальными уголками.

Монтаж стальной конструкции высотного   здания   был   выполнен с помощью башенных кранов, установленных на конструкции и поднимающихся вместе с монтируемым сооружением. Краны устанавливали на решетчатой башне, закрепленной в ядре жесткости здания, и радиус действия каждого из них составлял половину высотного здания. Грузоподъемность кранов равна 54,4 т при вылете стрелы 10 м и 19 т при вылете стрелы 30,5 м. Благодаря применению внутренней системы гидравлических домкратов, установленных у основания башни крана, конструкцию поднимали на три этажа примерно за 2 ч. По сравнению с традиционными мачтовыми кранами с оттяжками используемые здесь краны требовали значительно меньше дополнительных раскреплений. Монтаж выполняли трехэтажными монтажными секциями высотой 11,6 м, при этом в первую очередь монтировали внутренний ствол жесткости высотного здания, затем наружные колонны вместе с контурными балками и, наконец, несущие элементы перекрытий. Сопряжение каждой монтажной секции занимало 6,5 дня. После монтажа стальной конструкции на балках перекрытий укладывали профилированные стальные листы и заливали слой бетона толщиной 9 см. Выполненные таким образом плиты перекрытий использовали как рабочие подмости для проведения последующих строительных работ; они играли также роль площадок безопасности.

Примером конструктивного решения, приспособленного к быстрому монтажу, были стыки контурных балок, выполненные на болтах. Они были запроектированы таким образом, что соединение уголков болтами производилось с внутренней стороны здания, а это исключило необходимость применять дорогие висячие подмости с наружной его стороны. Для выполнения этих стыков были применены гидравлические подмости, перемещающиеся по уже устроенному перекрытию ниже-расгюложенной монтажной секции. Такое решение исключило необходимость применять стационарные подмости у каждого стыка контурной балки.

После выполнения работ по сооружению целой трехэтажной монтажной секции башня крана поднималась на высоту следующих трех этажей до очередной монтажной позиции. Подъем башни крана происходил с помощью двух гидравлических домкратов и трех специально сконструированных телескопических коробчатых балок. Башня крана во время работы опиралась на балки перекрытия лифтовой шахты 3 через телескопические балки, которые могут изменять свою длину благодаря наличию внутренней телескопической системы. Дополнительно на третьем этаже пояса башни были заклинены между балками перекрытий. Наружные телескопические балки соединялись болтами с основанием башни крана, а средняя балка являлась опорой для гидравлических домкратов. После удаления клиньев S, проверки равновесия крана и корректировки положения стрелы башня крана поднималась с помощью гидравлических домкратов 4 • стоящих на средней балке 2 . Во время подъема крайние телескопические балки / были сокращены до длины, которая позволяла им пройти между балками перекрытий J, После подъема башни крана на требуемую высоту крайние телескопические балки раздвигались, и на них опиралась башня. Затем после сокращения длины средней балки ее поднимали до уровня опирания башни крана. После раздвигания балки и установки на ней домкратов кран был опять подготовлен для проведения очередной. операции по подъему. При такого рода подъеме крана максимальное и минимальное расстояние между балками перекрытия является точно определенным. Это связано как с габаритами башни крана, так и с несущей способностью телескопических балок. Монтаж стальной конструкции высотного здания продолжался 15 мес. В общей сложности была смонтирована стальная конструкция массой 41 тыс. т.

Высотное здание Джон Хэнкок Сентер в Чикаго. Высотное здание высотой 337 м запроектировано как пространственная стальная ферма, усиленная перекрестной решеткой с панелью на несколько этажей. Пирамидальная форма здания вместе с решеткой 3 придает ему характерный силуэт. Общая полезная площадь здания, равная 260 500 м?, используется как служебные и жилые помещения для 10 тыс. человек. В результате работы конструкции как пространственной фермы функция переноса горизонтальных нагрузок была передана на наружные колонны. Перекрытия были сконструированы как статически определимые балки, соединенные с железобетонной плитой. План типового служебного этажа здания представлен на 4.25.

Длина пролета между угловыми колоннами 1 и наружными колоннами 2 в плоскости более длинной стороны горизонтального сечения изменялась, от максимальной 17,7- м на первом этаже до минимальной 9,15 м на последнем этаже.

Монтаж стального каркаса здания был выполнен с помощью четырех кранов грузоподъемностью 40 т каждый, поднимаемых вверх по мере возведения конструкции. Краны установили на соответствующие платформы, прикрепленные к колоннам посредством приваренных металлических листов, с помощью решетчатых башен высотой 10,7 м, в результате чего стрелы кранов находились всегда над монтируемой конструкцией. Краны охватывали своими стрелами все здание и были прикреплены к каждой из четырех его стен. Вылет стрел кранов составлял 32 м. При применении башенных кранов, расположенных внутри контура здания, длина стрел должна быть значительно больше, что, безусловно, связано с уменьшением грузоподъемности кранов. Подъем крана на очередные более высокие отметки происходил с помощью электроталей, установленных на 2-м, 38-м и 75-м этажах. Поскольку здание имело сужающуюся форму, выше 80-го этажа на монтаже работали только два крана.

Для ограничения объема сварки в преобладающем числе монтажных стыков были применены натяжные болты.

К самым тяжелым монтируемым элементам относились плиты оснований колонн толщиной 305 мм, размером в горизонтальной проекции 2,29x2,39 м и массой около 15 т. Остальные элементы каркаса имели следущую массу: горизонтальные стержни решетки 2,58 т/м, раскосы 2,64 т/м, колонны 4,24 т/м.

Общая масса стальной конструкции составляла 42 тыс. т. Монтаж высотного здания был начат в июле 1966 г., а закончен в мае 1968 г.

Высотное здание Сире Тауэр в Чикаго. Это здание было построено в 1974 г. Его высота составляет 442 м. На 109 надземных и четырех подземных этажах предусмотрена площадь брутто 409 тыс. м2, в том числе 362 тыс.м2 служебных помещений для 16,5 тыс. сотрудников. Характерная, изменяющаяся скачками форма здания продиктована исключительно эксплуатационными потребностями. План у основания здания состоит из девяти квадратов размером к 22,8x22,8 м каждый. Полезная площадь перекрытий уменьшается с 3800 до 1100 м2.

Здание было запроектировано как совокупность девяти пространственных ферм, работающих совместно друг с другом через связи, выполненные на 50-м, 66-м и 90-м этажах. Здание в   некотором   смысле   работает как "пучок" закрепленных в основании труб. Любая другая конструктивная система здания — рамная или шарнирная — с шагом колонн 8—12 м потребовала бы значительного увеличения расхода стали. Связи наружных стен в таких конструкциях, как и в предыдущем случае, выполняются в виде жестких несущих рам или наружной решетки. Внутренние колонны здания не участвуют в переносе внешних горизонтальных нагрузок (ветра) . Такой каркас работает аналогично консольному стержню.

На каждой отдельной оболочке, являющейся составной частью здания, установлено шесть колонн с шагом 4,56 м, что представляет тройной основной модуль, равный 1,52 м. Этот размер является основой для дальнейшего деления площади отдельных этажей перегородками. Стальные колонны выполнены в виде двутавров с высотой стенки 990 мм и шириной поясов 610—760 мм.

Конструкция перекрытий опирается на решетчатые фермы пролетом 4,56 м, установленные на колоннах. Высота этих несущих элементов составляет 1010 мм. Через каждые шесть этажей система решетчатых ферм перекрытия изменяется на перпендикулярную. Это продиктовано необходимостью равномерного распределения нагрузки на колонны.

Монтажные соединения на площадке выполнялись с помощью натяжных болтов. Конструкция перекрытия была выполнена из профилированного металлического листа с вылитым на него слоем тощего бетона толщиной 63 мм. Бетон и профилированный металлический лист работают совместно по принципу составной конструкции. Конструктивные элементы перекрытий испытывались на моделях в натуральную величину, а поведение всего здания при действии ветра изучалось в аэродинамической трубе.

Монтаж стальной конструкции высотного здания проходил в два этапа. На первом этапе — до 90-го этажа — конструкция монтировалась с помощью четырех стационарных кранов грузоподъемностью 45 т. На втором этапе — выше 90-го этажа — монтаж проводился четырьмя мачтовыми кранами, установленными на решетчатых башнях высотой 20 м каждая.

Краны были закреплены на конструкции здания с помощью оттяжек. Мачтовые краны поднимались вверх по мере возведения стальной конструкции высотного здания. Подъем происходил с помощью электрических талей каждый раз на четыре этажа и продолжался 20—30 мин. Высота подъема соответствовала .двойной высоте вертикальных монтажных элементов, которые были доставлены на площадку в собранном виде вместе с участками контурных ригелей. Высота монтажного элемента колонны составляла 7,60 м, а ширина — 4,56 м. Грузоподъемность самоподъемных кранов была равна 40 т. Все монтажные соединения выполнялись натяжными болтами, что значительно ускорило темпы монтажных работ.

Скорость монтажа конструкции составляла восемь этажей в месяц, полное время монтажа 15 мес, общая масса стальной конструкции 72 тыс. т.