Металлоконструкции

Стальные конструкции. Монтаж стальных конструкций

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Монтаж конструкций из одиночных несущих элементов применяется в настоящее время только при возведении малых объектов или уникальных конструкций. В последнем случае, несмотря на значительный расход стали на такие конструкции, монтаж можно выполнять только традиционным методом из одиночных элементов в силу как большого разнообразия формы различных элементов, так и неповторяемости их размеров. Лишь некоторые элементы могут быть собраны в крупные монтажные блоки. Например, в универсальном зале в Катовице собранный в блок купол составлял всего лишь около 10% общей массы конструкции покрытия. В общей сложности запроектировано пять типов ребер, отличающихся сечениями стержней и размерами. Ребра раскреплены решетчатыми связями, расположенными на наружной и внутренней поверхностях конуса. В верхней части зала ребра снабжены.консолями 5 переменной длины, что обусловлено разницей между диаметром окружности и длиной оси эллипса в плоскости сечения конуса. Двухпоясная плоская крьииа над ареной увенчана ребристым куполом 2 , подвешенным на 120 предварительно напряженных комбинированных фермах 1 (пояса ферм выполнены из пучков тросов, натянутых на вертикальные стойки высотой 4 м). С внутренней стороны фермы закреплены в кольце жесткости 4 коробчатого сечения, а с внешней стороны — в кольце J наружного контура диаметром 100 м. На внутреннее кольцо 4 опирается ребристый купол диаметром 32 м и высотой 16 м. Купол в проектном положении наклонен под углом 9° к горизонтальной плоскости. На верхние пояса тросовых ферм опирается кровля, а к нижней крепится потолок зала. Пространство между поясами представляет собой технический этаж, в котором размещено вентиляционное, осветительное и электрическое оборудование. Площадь сооружения в плане составляет почти 20 тыс. м?. По своей конструкции и размерам несущих элементов и пролета зал представляет, собой уникальный и весьма интересный объект. Это оказало существенное влияние на выбор метода монтажа, который был подобран очень удачно с учетом специфических особенностей конструкции. Принятый метод монтажа учитывал как разнообразие отдельных конструктивных элементов, так и возможности блочного монтажа.

Монтажные работы были разделены на два этапа: этап I — монтаж опорной конструкции (ребра и решетчатые консоли, связи и кольцо наружного контура), этап 11 — монтаж конструкции покрытия (фермы и купол).

Собранные на земле решетчатые ребра (вместе с консолями) монтировались с помощью башенного крана, расположенного с внешней стороны зала. В местах, где из-за наличия поблизости других сооружений (каток, спортивный зал) подходы снаружи оказались невозможными, для монтажа  ребер был применен гусеничный кран; установленный внутри объекта. Некоторые типы ребер вследствие значительного вылета консолей монтировались из двух элементов, т.е. ребро и консоль монтировались по отдельности. Регулировка установки ребра выполнялась во время монтажа ребер. Поскольку ребра после установки в проектное положение не обладали достаточной устойчивостью, до окончания монтажа кольца J были применены монтажные опоры. Для этой цели использовали трубы, снабженные регулировочными винтами. После окончания монтажа связей между ребрами регулировочные винты были использованы для рихтовки ребер. Кольцо 3 наружного контура монтировалось с помощью крана изнутри зала.

Второй этап предусматривал сборку купола и подвеску его к тросам фермам. Эти работы оказались самым трудным этапом монтажа, поскольку предстояло поднять на мачтах купол массой около 300 т, установить и напрячь тросовые фермы, а также демонтировать мачты.

Монтаж купола проводили в четыре этапа: сборка купола внутри зала; наклон купола под углом 9° к горизонтальной плоскости; подъем купола с помощью мачт; подвеска купола к тросовым фермам.

Купол был собран внутри зала на высоте 0,5 м над уровнем земли на опорах из деревянных шпал. Перед тем как приступить собственно к монтажу, провели пробный подъем с помощью трех гидравлических домкратов, расположенных по окружности кольца.

Для подъема купола были предусмотрены три портальные мачты высотой около 29 м. Грузоподъемность одной пары мачт составляла 110 т. Мачты были оборудованы шестью электролебедками грузоподъемностью 10 т каждая и шестью обоймами блоков грузоподъемностью 60 т каждая. Мачты были расчалены в двух уровнях тросами, прикрепленными к наружному кольцу зала. Они были оснащены траверсой для подъема купола и двумя консолями для опирания траверсы на время натяжения ферм.

Подъем купола осложнялся тем, что предварительно его надо было наклонить на угол 9° к горизонтальной плоскости и сохранить этот наклон в течение всей стадии подъема. При этом происходило смещение центра тяжести поднимаемого элемента, что могло повлечь за собой его раскачивание. Во избежание раскачивания купола при подъеме были предусмотрены три страховочные лебедки J. Подъем купола продолжался 15 мин и, если насчитать легкого раскачивания в начале операции, происходил спокойно.

Оперев поднимающие купол траверсы на консоли мачт, можно было приступить к монтажу тросовых ферм. Сборка ферм производилась на специальном стенде, после чего они перемещались внутри объекта с помощью  передвижных  кондукторов  .  Монтаж  производился с подвижных площадок. Были установлены три площадки длиной- 35 м, которые опирались на верхнее кольцо купола и на кольцо наружного контура ( 1.17). На площадке было установлено четыре лебедки для подъема ферм. После закрепления в кольцах купола и наружного контура тросы ферм натягивались одновременно с обеих сторон на трех постах, расположенных под углом 120° друг относительно друга. После натяжения и анкеровки ферм можно было снять передвижной кондуктор. Когда установили все фермы, купол подняли на мачтах примерно на 5 см, а затем после удаления консолей опустили и подвесили на фермах.

Основной монтаж стальной конструкции был выполнен с помощью кранов и решетчатых подмостей, при этом отправочные элементы последовательно соединялись в отдельные пояса.

Сетка купола была поделена на отправочные элементы таким образом, что самый большой из них имел массу около 2,5 т. Деление купола на отправочные элементы и монтажные пояса, а также положение подмостей во время монтажа. Для большей ясности на рисунке не представлены второстепенные элементы решетки. После установки опорного кольца был выполнен первый пояс при положении подмостей Ь, затем подмости можно было демонтировать и установить их в положение а, при котором выполнялся монтаж второго и третьего поясов. Остальные части конструкции купола, т.е. четвертый и пятый пояса, были собраны на земле и подняты в проектное положение с помощью ручных лебедок    и монтажной мачты, расположенной в центре зала.

Принятый метод монтажа купола представляет собой сочетание блочного и поэлементного методов. Монтаж трех первых поясов был выполнен с помощью двух самоходных кранов, размеры которых не позволили использовать их при монтаже двух остальных поясов и при размещении этих кранов за пределами объекта. Установить кран внутри и продолжать монтаж было трудно с учетом уже смонтированных трех первых поясов, а также необходимости повторной установки подмостей. Поэтому представляется, что принятый способ монтажа стальной конструкции купола был оптимальным.

Зал перекрыт двумя "хребтовыми" параболическими трехшарнир-ными арками коробчатого сечения пролетом 54 м и стрелой подъема 17 м; наклон арок к горизонтальной плоскости составляет 68°. Расстояние между опорами арок равно 14 м.

Контурные арки запроектированы двухшарнирными пролетами 54 м и стрелой 19,6 м с наклоном 22° к горизонтальной плоскости. Контурные арки были подвешены тросами к центральным аркам; тросы воспринимают вес кровли и собственный вес арок ( 1.20).

Висячую систему составляют несущие продольные и стабилизирующие поперечные тросы, образующие сетку с ячейками 0,7x0,6 м. Эффект самонапряжения тросовой сетки достигнут в результате подвески контурных арок. Центральные арки дополнительно соединены решеткой. Кровля выполнена из легких трехслойных плит. Выставочная площадь зала составляет 2300 м2.

Процесс монтажа несущей конструкции объекта можно разделить на три основных этапа: укрупнительная сборка и установка хребтовых арок; укрупнительная сборка и установка контурных арок; монтаж тросов и подвеска к ним контурных арок.

Укрупнительная сборка хребтовых арок происходила на земле двумя отдельными частями, соединенными в замковом шарнире. Монтаж хребтовых арок выполнен с помощью крана, которым поднимался каждый элемент по отдельности с последующим опиранием в пятах на земле и на монтажной колонне в замковом шарнире.

Контурные арки также собирались на земле. После подъема они были оперты на временные монтажные опоры, которые оставались до момента навески тросов. Требуемую кривизну покрытия (тросов) получили путем точного расчета длины отдельных тросов. Точно нарезанные и подвешенные тросы были отрегулированы до проектного положения с помощью стяжных муфт (римских гаек). В результате напряжения сетки тросов отмечался незначительный поворот контурных арок относительно неподвижных опор. Следствием этого были отрыв арок от монтажных опор и их разгрузка, а также включение в работу всех несущих элементов конструкции.

Конечным этапом сооружения объекта было устройство кровли и стенового ограждения С учетом самонапряженного характера системы арок система деформационных швов в стеновых ограждениях была выполнена как для самонесущих конструктивных элементов

Покрытие зала в Кошалиие. Висячее покрытие зала площадью 4460 м2 запроектировано в виде гиперболического параболоида. Несущей конструкцией являются две плоские двухшарнир-ны стальные арки, наклоненные к горизонтальной плоскости под углом около 28°. Между арками, выполненными из труб наружным диаметром 894 мм, натянуты несущие и стабилизирующие элементы. По стабилизирующим элементам, выполненным из прокатных двутавров, уложена кровля из волнистых оцинкованных листов, прикрепленных болтами "хилти". В проектном положении покрытие удерживается с помощью шести пар оттяжек (по три пары с каждой стороны).

Монтаж покрытия необходимо было провести так, чтобы в минимальной степени повредить уже построенные трибуны и другое оборудование открытого зала. Дополнительным фактором, повлиявшим на выбор метода монтажа, были сжатые сроки возведения покрытия. Монтаж арок выполнялся таким же способом, как и для описанного выше зала в Хожуве. Иным, однако, был способ напряжения конструкции, заключающийся в жестком повороте арок относительно оси, проходящей через шарниры. Поворот арок происходил под действием частично собственного веса и частично — предварительного натяжения оттяжек.

Основные этапы монтажа конструкции: укрупнительная сборка арок в два монтажных элемента; подъем арок до плоскости проектного положения; прикрепление к аркам несущих и стабилизирующих элементов; предварительное напряжение конструкции; устройство кровли из волнистых листов.

Несущие арки были укрупнены в монтажные элементы из 14 отправочных элементов длиной около 17 м. На каждой арке было выполнено шесть сварных монтажных стыков. Укрупнительная сборка арок происходила на подмостях в горизонтальном положении. Укрупненные арки массой около 28 т были подняты до проектного положения с помощью двух самоходных кранов "Гроув-75" и подперты решетчатыми монтажными колоннами. После закрепления системы несущих тросов и стабилизирующих элементов арки сняли с помощью крана с монтажных колонн и в соответствующей последовательности произвели натяжение оттяжек. Таким образом было достигнуто предварительное напряжение конструкции. Точное проектное положение арок установили путем соответствующего натяжения оттяжек. После снятия первой арки с подмостей вторая была разгружена таким образом, что для ее подъема оказалась достаточной сила около 50 Н. После натяжения оттяжек со стороны разгруженной арки вторая арка вследствие жесткого поворота на шарнире установилась почти в проектном положении. Натяжение оттяжек на противоположной стороне привело арки в окончательное положение.

Такой метод монтажа предварительно напряженных тросовых систем весьма привлекателен, ибо исключает трудоемкий процесс натяжения отдельных тросов. Дополнительным фактором, упрощающим монтаж, было применение дистанционных шайб, которые позволяют регулировать длину тросов.

Выставочный зал в Лейпциге. Конструкция выставочного зала общей площадью 12 312 м2 запроектирована как система защемленных рам, связанных в продольном направлении промежуточными фермами, а также портальной связью. Колонны и ригели главных рам решетчатые. Пролет рам составляет 72 м, а высота колонн — 20,25 м. Принятый шаг рам в продольном направлении равен 24 м.

Монтаж конструкции зала в связи со значительной массой отдельных составных частей рам и недостатком тяжелого монтажного оборудования выполняли поэлементным методом. Масса решетчатых колонн составила 25 т, а решетчатых ригелей — 45 т. Общая масса конструкции равна 1473 т.

Монтаж конструкции зала выполняли в следующем порядке: установка главных колонн; монтаж ригелей, соединенных на коньке и опирающихся на прогоны, которые поддерживаются несущими стропилами; монтаж связей; монтаж ригелей рам; монтаж стальных элементов.

Монтаж колонн был начат с центрального поля; их устанавливали поочередно в направлении крайних полей. Такая очередность была продиктована наличием в центральном поле связей по линии колонн, а также связей покрытия, придающих каркасу жесткость в продольном направлении. В результате одновременного проведения монтажа колонн и ригелей, соединенных на коньке и опирающихся на прогоны, поддерживаемые несущими фермами, была обеспечена жесткость конструкции в продольном направлении без необходимости применения специальных связей во время монтажа. Главные колонны в собранном виде монтировались автомобильным краном "Либхерр".

На первом этапе монтажа верхнюю часть колонны поднимали на стропе, а нижнюю часть подкатывали на специальной тележке. Затем после поворота стрела крана устанавливала колонну в фундаментном башмаке.

Главные фермы укрупнялись в горизонтальном положении на территории возводимого каркаса. В связи с большой массой и габаритами фермы (длина 64 м, высота 5 м) ее монтаж происходил тремя частями длиной соответственно 20, 24 и 20 м. Масса каждого монтажного элемента (сегмента) составляла около 15 т.

Монтаж начинали с крайних сегментов ригеля, которые опирались с одной стороны на колонны, а с другой — на специально сконструированные башенные монтажные опоры.  Затем устанавливали центральный сегмент ригеля, и после регулировки положения его монтажных стыков с помощью гидравлических домкратов монтажные опоры убирали

Интересный способ был применен при подвешивании проводов к верхним и нижним поясам решетчатых ферм, а также при окраске конструкции. С этой целью были изготовлены специальные подвесные подмости с выдвижной платформой, позволяющей проводить работы на разной высоте. Положение платформы изменяли с помощью ручных лебедок грузоподъемностью 3 т. Подмости перемещались поперек пролета между двумя рамами. При переходе на другую захватку платформа опускалась, а затем самые высокие элементы подмостей опускались на платформу. Традиционное решение с применением переставных подмостей оказалось в этом случае нерентабельным, главным образом из-за большой площади зала.