1. Особенности монтажа металлических конструкций. Монтаж каркасов зданий с применением металлических конструкций.

Из металла могут быть выполнены покрытия одноэтажных промышленных зданий, каркасы промышленных зданий, каркасы гражданских зданий повышенной этажности, резервуары, газгольдеры, высокие опоры ЛЭП, трубы, различного рода технологические конструкции и т. д.

Поскольку металлические конструкции имеют повышенную деформативность при перевозке, складировании и монтаже, необходимо принимать меры исключающие их 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 путём прикрепления к ним деревянных пластин, при строповке универсальными стальными канатами «в обхват» устраивают прокладки, которые предохраняют стропы от перетирания, а конструкции из легких сплавов — oт повреждений.

Металлические конструкции в большинстве случаев доставляют с заводов изготовителей в виде отправочных марок. 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), очищают поверхность стыков и т. д..

Технические условия допускают отклонение при изготовлении металлических конструкций. 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 путём загрузки консолей ригеля рамных конструкций 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 и др.

Монтажа зданий разных типов имеет свои особенности.

Монтаж зданий легкого типа. Эти одноэтажные промышленные здания имеют ограниченные геометрические параметры (пролет и высоту), в них часто отсутствуют мостовые краны. В таких зданиях нередко применяют легкие конструкции покрытия: из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения, с фермами из труб, из широкополочных тавров и двутавров, из рамных конструкций каркасов, структурные конструкции покрытий. Все конструктивные элементы зданий легкого типа имеют незначительную массу, которая не превышает 8 т.

К монтажу каркаса здания обычно приступают после завершения работ по нулевому циклу, выполнения бетонной подготовки под полы, что обеспечивает беспрепятственное перемещение внутри строящегося корпуса транспорта и монтажных кранов.

В зависимости от площади здания, его конструктивного решения и связанного с ним объема конструкций применяют поэлементный или блочный монтаж покрытий, со сборкой блоков на стеллажах, стендах и на конвейерных линиях. Рамные конструкции монтируют поэлементно, а структурные — только укрупненными блоками.

Поэлементный монтаж выполняют самоходными кранами — гусеничными, пневмоколесными и автомобильными — грузоподъемностью 10...20 т. Для обеспечения высокого темпа монтажных работ должна быть четко налажена работа склада конструкций с их бесперебойной подачей на монтаж. Укрупнительная сборка конструкций, если она предусмотрена в ППР, должна выполняться на складе, а не на сборочных стендах в монтируемых пролетах. Так будут созданы наиболее благоприятные и безопасные условия для движения автотранспорта и монтажа конструкций «с колес», т. е. их подъема в проектное положение без временного складирования у мест установки.

При блочном монтаже применяют монтажные краны грузоподъемностью 40...50 т. Укрупнительную сборку блоков покрытия осуществляют на специальных стендах, которые располагают в рабочей зоне монтажного крана, в монтируемом или смежном пролете здания. Укрупнительную сборку блоков на стендах выполняют мобильным стреловым краном меньшей грузоподъемности.

По мере продвижения монтажа в соседние пролеты стенд перемещают на новую стоянку основным монтажным краном. При большой площади здания и значительных объемах монтируемых конструкций укрупнительную сборку блоков покрытий осуществляют на конвейерной линии.

Монтаж зданий среднего типа. К таким зданиям относятся прокатные станы, склады заготовок и т. п. Различают два способа производства строительно - монтажных работ — открытый и закрытый. Выбор способа зависит от многих факторов: конструкции каркаса здания, наличия необходимых монтажных механизмов и объемов работ по устройству фундаментов и монтажу на них технологического оборудования.

При открытом способе вначале выполняют все работы по устройству фундаментов под оборудование и конструкции, а также по прокладке всех подземных коммуникаций, устройству подвалов, туннелей, всех остальных работ нулевого цикла. Только после выполнения всех этих работ приступают к монтажу каркаса здания. Такой способ требует повышенной четкости и организации параллельного выполнения работ, так как наличие большого числа разнообразных сборных и монолитных фундаментов под оборудование, подвалов, перепадов высот пола здания осложняет, а иногда полностью исключает возможность установки и перемещения монтажных механизмов в этих пролетах. В то же время при открытом способе широким фронтом можно выполнять объемные земляные работы, возведение фундаментов под конструкции здания и технологическое оборудование, прокладку всех инженерных коммуникаций.

При закрытом способе сначала возводят каркас здания, начиная с земляных работ, осуществляют устройство монолитных и сборных фундаментов под каркас, монтаж всех надземных конструкций здания, включая покрытие и устройство кровли. Только после этого появляется возможность отрывать котлованы и бетонировать фундаменты под технологическое оборудование.

При таком способе организации работ создаются хорошие условия для работы монтажных механизмов и монтажа каркаса здания. Но подрядные организации должны будут выполнять свои работы в две стадии — сначала земляные работы и устройство фундаментов под каркас здания, затем аналогичные работы под технологическое оборудование.

Монтаж зданий тяжелого типа. К таким зданиям относятся цехи заводов тяжелого машиностроения. Здания тяжелого типа имеют сложные конструктивные решения, монтажные элементы большой массы, нередко превышающей 100 т, требуется тщательная проработка ППР для выбора наиболее рациональной технологии производства строительных работ.

Монтаж таких зданий, имеющих большие объемы работ (20...30 тыс. т стальных конструкций), часто в стесненных условиях требует применения особо мощного монтажного оборудования, специальных приспособлений и такелажа.

Монтаж металлических конструкций имеет свои технологические особенности, связанные как с видом монтируемых элементов и самих конструкций, так и с возведением из них зданий и сооружений.

Монтаж колонн. Стальные колонны устанавливают на бетонные фундаменты, в которых заделаны анкерные болты, обеспечивающие проектное положение колонн в плане. До установки колонн на анкерные болты надевают колпачки из труб с конусным заострением кверху. Они предохраняют резьбу болтов и облегчают наведение колонн на болты.

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.

Выверка конструкций каркаса, особенно колонн, требует больших затрат труда. Применение метода безвыверочного монтажа позволяет улучшить качество работ при одновременном сокращении сроков возведения сооружения.

При безвыверочном способе монтажа стальные колонны опираются на стальную плиту. К каждой опорной плите должны быть приварены 4 планки с нарезными отверстиями для установки болтов; на ветви колонн должны быть нанесены осевые риски. В этом случае поверхность фундаментов бетонируют ниже проектной отметки на 50...60 мм и после точной установки плиты подливают цементным раствором. Опорную плиту устанавливают регулировочными болтами на опорные планки, которые должны быть забетонированы в фундамент заподлицо с его поверхностью как закладные детали. Опорную плоскость плиты выставляют регулированием гаек установочных винтов по нивелиру. Величина фактической отметки опорной плиты не должна отличаться от проектной более, чем на 1,5 мм.

При установке колонны осевые риски на ее ветвях совмещают с рисками, нанесенными на опорных плитах, что обеспечивает проектное положение колонны, и она может быть закреплена анкерными болтами. Дополнительного смещения колонны для выверки по осям и по высоте в этом случае не требуется. После установки расчалок к смонтированным конструкциям колонн и их натяжения начинают монтировать подкрановые балки. Установленные по осевым рискам подкрановые балки не требуют дополнительной выверки. После их закрепления на болтах снимают расчалки.

Металлические колонны одноэтажных зданий монтируют при помощи кранов способом «на весу» с предварительной раскладкой их у места установки или с транспортных средств.

Подготовка колонн к монтажу заключается в установке опорных столиков, уголков и других деталей для опирания и крепления стеновых панелей, проушин для строповки, скоб или кронштейнов для навески подмостей и лестниц. На колонны наносят разбивочные осевые риски.

Строповка колонн производится преимущественно за верхнюю часть, что обеспечивает при симметричной колонне ее вертикальную подачу к месту установки, что облегчает наводку башмака на анкерные болты и совмещение осевых рисок колонны и фундамента. Для подъема крайних (несимметричных) колонн строповку осуществляют с помощью траверсы с обвязочным стропом или рамочного захвата. Закрепленные анкерными болтами колонны расстропливают, после чего проводят геодезическую контрольную проверку их вертикальности в обеих плоскостях разбивочных осей.

При монтаже колонн высотой до 15 м их устойчивость обеспечивается затяжкой гаек анкерных болтов, а при наличии узких башмаков — дополнительной установкой расчалок. Для колонн высотой более 15 м производят постановку дополнительных расчалок вдоль ряда колонн. Первые две колонны ряда немедленно раскрепляют постоянными или временными жесткими связями.

Монтаж подкрановых балок. Металлические подкрановые балки при шаге колонн 6, 12 и 24 м изготовляют сварными двутаврового сечения. На опорах балки имеют торцовые опорные ребра со строганой нижней кромкой, которыми балки опираются на консоли колонны.

Подкрановые балки устанавливают сразу после монтажа колонн в монтажной ячейке. Их раскладывают, стропят и устанавливают аналогично железобетонным балкам. Временное крепление подкрановых балок осуществляют на болтовых соединениях, по высоте и в плане регулируя подкладками. Между собой балки объединяют болтами. В торцовых и опорных ребрах для этой цели имеются отверстия для болтов.

При монтаже балок пролетом 24 м, масса которых достигает 40 70 т, используют два крана. Тяжёлые подкрановые балки доставляют к месту установки в виде составных элементов. В зоне действия кранов производят их укрупнительную сборку. Возможна установка балок по частям из отдельных элементов. В этом случае используют промежуточные временные монтажные опоры.

Монтаж ферм. Подготовка фермы к монтажу состоит из следующих операций: укрупнительной сборки, обустройства люльками, лестницами и расчалками, строповки, подъема в зону установки, разворота при помощи расчалок поперек пролета, временного крепления с использованием кондукторов, расчалок, распорок между фермами и оттяжек. Положение фермы выверяют по положению осевых рисок на торцах фермы.

В зависимости от их массы и длины фермы поднимают при помощи траверс одним или двумя кранами. Строповку ферм производят только в узлах верхнего пояса, чтобы в стержнях не возникали изгибающие усилия; фермы стропят в четырех точках траверсами с полуавтоматическими захватами дистанционного управления. При больших монтажных нагрузках производят временное усиление элементов деревянными пластинами или металлическими трубами. Первую поднимаемую ферму разворачивают при помощи оттяжек в проектное положение на высоте 0,5...0,7 м над верхом колонн, опускают на монтажные столики, приваренные к колоннам, временно закрепляют на болтах, выверяют и осуществляют окончательное крепление. При подъеме во избежание раскачивания, ее поддерживают четырьмя гибкими оттяжками.

После установки и закрепления первой фермы и раскрепления ее четырьмя растяжками устанавливают вторую, которую связывают с первой при помощи прогонов, связей и распорок. Вместе они образуют жесткую пространственную систему. На колоннах средних рядов ферму дополнительно соединяют болтами с фермами рядом смонтированного пролета.

При схемах здания со стропильными и подстропильными фермами последние имеют длину 11,75 м и их устанавливают на колонны с зазорами в 25 см. В этом зазоре устанавливают надколонник, на который будет опираться стропильная ферма покрытия.

Покрытия из стального профилированного настила применяют в зданиях с металлическим и железобетонным каркасом для облегчения его массы, а также при монтаже покрытий крупными блоками.

Очень редко используют сборный железобетон для устройства покрытия. В этом случае плиты покрытия укладывают симметрично по направлению от опорных узлов к коньку. При наличии фонаря первоначально плиты монтируют по ферме, а затем по фонарю от конька к краям.

При монтаже подстропильных и особенно стропильных ферм следует обращать особое внимание на их устойчивость Для этого первою ферму до расстроповки крепят расчалками, после чего вторую ферму связывают с первой распорками

Традиционные методы поэлементной сборки конструкции покрытий требуют значительного объема верхолазных работ. Это снижает производительность труда и ограничивает возможности достижения высокого качества и безопасности монтажных работ. Развитием традиционной технологии возведения одноэтажных промышленных зданий является 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 широкое внедрение.

Блок покрытия – пространственная система, неизменяемость которой обеспечивается за счёт наличия горизонтальных и вертикальных связей в конструкции и благодаря «диску», образованному стальным профилированным настилом.

Размеры блоков при модуле 6 м от 12 х 18 до 36 х 36 м, площадь блоков 216...1300 м2, масса 30...190 т. Максимальные по площади ранее изготовленные и смонтированные блоки имели размеры 24 х 144 м при массе 640 т. Все блоки были оборудованы светоаэрационными фонарями.

Разновидностей блоков покрытия более 50, основных тенденций их проектирования три:

1. Симметричные блоки — в них 2 подстропильные и 2 стропильные фермы со смещением от оси колонн на 3 м;

2. Квазисимметричные блоки — в них 2 подстропильные и 3 стропильные фермы, из них две крайние — облегченные, расположенные по осям колонн и рассчитываемые исходя из меньшей грузовой площади;

3. Несимметричные блоки — в них отсутствует одна из ферм (подстропильная или стропильная).

В практике строительства нашли применение три способа сборки блоков — поточно - стендовый, конвейерный и стендово - конвейерный.

При поточно-стендовом способе сборочную линию собирают из ряда стационарных стендов, на которых выполняется последовательно весь комплекс работ от начала укрупнения металлоконструкций до устройства кровли. Стенды располагают в непосредственной близости от возводимого здания и, одновременно, складов металлоконструкций и строительных материалов. Стенды оборудуют подмостями и грузоподъемными механизмами. Блоки покрытия на стендах в процессе производства работ остаются неподвижными. Работы на стендах выполняют мобильные специализированные звенья монтажников металлоконструкций, строителей и монтажников технологического оборудования. У работников нет постоянного рабочего места, закончив работу на одном стационарном блоке, они перебазируются на другой стенд для производства того же вида работ.

Стендовый способ обеспечивает ритмичность — достигается одинаковая продолжительность работ на блоках. Готовые блоки транспортируют и монтируют обычным порядком в соответствии с предусмотренной механизацией этих работ.

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. Продолжительность операций, выполняемых на каждой стоянке, должна быть одинаковой, в противном случае невозможно соблюсти постоянный ритм сборки, т. е. равный интервал времени между перемещениями блоков с одной стоянки на другую.

Собранную на первой стоянке конструкцию перемешают на вторую стоянку, где продолжают сборку, а на освободившемся месте приступают к сборке конструкций следующего блока. Места конвейера, на которых выполняют отдельна этапы сборки, называются стоянками конвейера.

Стоянка — рабочее место для выполнения определенного строительного процесса — оснащается для максимальной механизации работ кондукторами, подмостями, средствами малой механизации, высокопроизводительным оборудованием и электрифицированным инструментом.

В зависимости от конструктивного решения блока покрытия на первых 3...6 стоянках выполняют сборку стальных конструкций блока покрытия: стропильных и подстропильных ферм, связей, прогонов, укладку и закрепление стального профилированного настила, светоаэрационных фонарей. На последующих стоянках заполняют межферменное пространство, окрашивают конструкции, устраивают кровлю, прокладывают промышленные проводки.

Стоянки конвейерной линии обустраивают стационарными подмостями и переходными мостиками, конструкции которых зависят от вида выполняемых работ. Одновременно передвигаясь на тележках по рельсовым путям, каждый собираемый блок проходит рабочие стоянки конвейера, где кроме сборки металлоконструкций и окраски последовательно выполняются работы по монтажу санитарно - технического оборудования, электроаппаратуры и вентиляционных трубопроводов, а также общестроительные работы по устройству кровли и остеклению. На последней стоянке осуществляют приемку укрупненных блоков.

Такие блоки покрытия, сходя с конвейера, приобретают полную строительную готовность и после их приемки транспортируются в зону монтажа, где краном соответствующей грузоподъемности или другими средствами их устанавливают в проектное положение. Освободившиеся тележки перемещают к началу конвейера.

Продольное расположение блоков на конвейере позволяет применить для их сборки краны с меньшим вылетом стрелы, а следовательно, и меньшей грузоподъемности, но увеличивает длину конвейерной линии и протяженность рельсовых путей. Поперечное расположение блоков уменьшает длину конвейера, но требует применения кранов большей грузоподъемности и с более длинной стрелой.

Обычно для сборки стальных конструкций и их окраски при продольном расположении на конвейере требуется 8 10 стоянок, для устройства кровли и монтажа промышленных проводок — до 6 стоянок. Таким образом, общая длина коннвейера в среднем достигает 16 стоянок.

Место расположения конвейера относительно строящегося здания зависит от конфигурации этого здания, наличия свободных площадей (территории), возможности размещения рядом с конвейерной линией склада стальных конструкций, материалов для общестроительных и специальных работ. Если возводится комплекс зданий, может быть запроектирован вариант, когда конвейер будет обслуживать несколько возводимых зданий, при стесненной территории конвейер может быть расположен в одном из пролетов возводимого здания.

При вынужденных остановах конвейера монтажники несут значительные потери рабочего времени, ритм работы конвейера сбивается. Эти недостатки устраняются при стендово – конвейрной сборке блоков.

При этом методе укрупнение блоков покрытия на стендах не зависит от работы всех остальных смежников. Сборка блоков нa стенде опережает ритм конвейера и создает возможность накопления собранных блоков в начале конвейерной линии, на которой в этом случае выполняются работы все смежных организаций, которые доводят блоки до полной строительной готовности. Стенды работают отдельно от конвейера, и их число при необходимости может быть увеличено или уменьшено.

Конвейерная линия, в зависимости от местных условий, может быть расположена параллельно или перпендикулярно продольному фасаду. При отсутствии свободной территории она может быть размещена в одном из пролетов строящегося корпуса. Обслуживание её производят технологическими мостовыми кранами, смонтированными в пролете до начала работ на конвейере. Готовыми блоками покрытия в первую очередь закрывают этот пролет, что создает благоприятные условия для выполнения кровельных, стекольных и окрасочных работ на блоках, собираемых на конвейере.

Широко применяются на практике следующие схемы монтажа блоков покрытия полной строительной готовности.

1. Блоки покрытия укрупняют на конвейере, подают по рельсовым путям конвейерной линии к монтируемому пролету. Монтажным краном блок поднимают с тележки, переставляют на установщик, который перемещается по рельсам на подкрановых балках, транспортируют к месту монтажа и опускают на опорные площадки колонн. Блок ставят в проектное положение путем опускания его с помощью домкратных устройств установщика.

Установщик представляет собой пространственную конструкцию, подобную мостовому крану, оборудованную домкратами для вертикального перемещения установленного на нем блока покрытия. На установщике блок, расположенный на четырех домкратах, перемещают вдоль пролета выше колонн, на рабочее место его опускают при синхронной работе всех домкратов. Блок опускают на оголовки колонн и соединяют с ранее смонтированными блоками. Конструкция установщика позволяет осуществлять выверку и рихтовку в плане устанавливаемого блока. Освободившийся установщик перемещается в торец пролета для приемки очередного блока. В последней ячейке пролета установщик краном переставляют в соседний пролет, а крайний блок устанавливают на место непосредственно монтажным краном. Это наиболее pacпространённый вариант перемещения блоков. При массе блоков покрытия 30...45 т блок, установленный на низкий установщик перемещают в проектное положение с помощью лебедки.

2. Блоки покрытия подают в рабочую зону монтажного крана. Монтажный кран на рельсовом ходу перемещается в среднем из трех монтируемых пролетов. Кран выбирают по техническим характеристикам, которые обеспечивают подъем и установку блоков покрытия в этих пролетах.

3. Блоки поднимают и устанавливают на установщик с помощью специального подъемного устройства. Установщик перемещается по подкрановым путям и в месте установки блока опускает его в проектное положение с помощью домкратов.

4. Блоки монтируют на специальном стенде, расположенном у места подъема. Укрупненный блок полной строительной готовности поднимают и устанавливают в проектное положение монтажным краном, которым также, при необходимости, перемещают стенд на новую позицию..

Конвейерный метод объединяет крупноблочный монтаж, позволяющий сократить сроки строительства и самый производительный способ укрупнительной сборки — сборку на конвейере. Данный метод монтажа одноэтажных производственных зданий блоками полной строительной готовности обладает рядом преимуществ, важнейшие из которых:

сокращение сроков строительства;

повышение качества строительно-монтажных работ;

повышение производительности труда,

улучшение условий труда рабочих и ИТР;

значительное уменьшение опасных верхолазных работ.

При разработке ППР и выборе основного варианта монтажа рассматривают для сравнения поэлементный, блочный и конвейерно-блочный варианты. Кроме этого учитывают конкретные условия строительной площадки, наличие требуемого парка строительных механизмов, оборудования, приспособлений. Выбранный вариант должен быть экономичнее остальных и обеспечивать выполнение строительно-монтажных работ в наиболее сжатые сроки.

Технико-экономические подсчеты показали, что крупноблочный монтаж с предварительной сборкой блоков покрытия — это совершенная и прогрессивная форма технологии монтажа, которую следует развивать и совершенствовать.

Конвейерный метод позволяет значительно сократить сроки строительства по сравнению с поэлементным монтажом.

Укрупнение конструкций не всегда экономически оправдано. Оно нерационально, если габариты монтируемого объекта незначительны. Эффект от ускорения монтажных работ при сборке элементов в блоки может появиться, если дополнительный кран будет занят на укрупнении конструкций в блоки, а основной кран большой грузоподъемности — только на монтаже блоков. Затраты на использование вспомогательного крана должны покрываться экономией за счет сокращения срока монтажных работ, выполняемых основным краном.

Совершенствование конвейерно-блочного монтажа покрытия одноэтажных зданий позволило считать целесообразным применение сборочного конвейера при площадях зданий 25...15 тыс. м2.