4. Выбор грузоподъемного крана для монтажных работ

Краны являются наиболее распространенными грузоподъемными машинами, применяемыми на монтажных и погрузочно-разгрузочных работах и для вертикального транспорта. К грузоподъемным кранам относятся стреловые самоходные, башенные, козловые, рельсовые стреловые, железнодорожные краны, краны на тракторах, краны-трубоукладчики. Современная классификация, маркировка грузоподъемных машин и их техническая характеристика приведены в работе /3/.

Башенные и стреловые самоходные краны являются основными машинами, используемыми на монтажных и погрузочно-разгрузочных работах. Удельный вес их в парке передвижных кранов достигает 82%. Это связано с их высокой мобильностью, маневренностью, большой грузоподъемностью. Стреловые краны могут оснащаться оборудованием в виде вставок для увеличения длины стрелы, а также гуськами, позволяющими увеличить вылет крюка. Это придает им универсальность, так как позволяет монтировать здания различной высоты, поднимать элементы различной массы при различных вылетах крюка.

Значительно расширена область применения стреловых кранов с телескопическими стрелами и башенно-стреловым оборудованием, что позволяет применять их при монтаже конструкций зданий высотой до 4-х этажей, осуществлять установку элементов через ранее смонтированные конструкции и вести монтаж, не заходя в монтируемый пролет здания.

При монтаже зданий высотой более 4-х этажей обычно используют башенные краны. Высотные здания предпочтительнее монтировать башенными приставными кранами, а погрузочно-разгрузочные работы на складах выполнять козловыми кранами (рис. 4.1).

Области применения кранов приведены в табл. 4.1.

Рис. 4.1 Виды грузоподъемных механизмов

Таблица 4.1 – Характеристика стреловых и башенных кранов

Наименование	Область применения	Преимущества и недостатки
Стреловые
Гусеничные	Монтаж одноэтажных промышленных зданий, конструкций подземной части многоэтажных зданий	Высокая проходимость и грузоподъемность, работа без выносных опор. Незначительное удельное давление на грунт. Недостаток – неудовлетворительная мобильность
Пневмоколесные	Монтаж фундаментов и несущих конструкций малоэтажных зданий	Большая, чем у гусеничных, мобильность, но требуются подготовленные полосы движения
Краны на автошасси	Все отрасли строительства	Высокая мобильность и грузоподъемность, высокая производительность, удобство в эксплуатации. Недостаток – высокая стоимость эксплуатации
Автокраны	Монтаж элементов небольшой массы при погрузочно-разгрузочных работах, на рассредоточенных мелких объектах	Высокая мобильность и маневренность. Недостаток – небольшая грузоподъемность, довольно большой срок подготовки к работе
Башенные
Передвижные с нижним противовесом	Массовое строительство жилых и гражданских зданий	Удобство в работе – хороший обзор крановщиком монтажной зоны. Недостаток – необходимость устройства подкрановых путей и монтажа–демонтажа при перебазировке
С верхним противовесом	Строительство зданий повышенной этажности	Преимущества и недостатки, указанные для башенных кранов с нижним противовесом
Приставные	Возведение зданий большой высоты (150 м и более)	Устойчивость, достаточно большая грузоподъемность. Недостаток – высокая стоимость эксплуатации
Рельсовые (модификации башенных кранов в стреловом исполнении)	Работы нулевого цикла	Большая грузоподъемность и высокая производительность. Недостаток – необходимость устройства специальных подкрановых путей, которые обычно демонтируются после окончания нулевого цикла

Исходными данными для выбора монтажного крана являются размеры и объемно-планировочное решение здания, параметры и рабочее положение грузов, метод и технология монтажа, условия производства работ. При этом выбор кранов зависит от следующих основных факторов:

• высоты и ширины здания;

• размеров и массы поднимаемых элементов при их установке на удалении от оси крана (вылет стрелы).

• минимального расстояния от стены здания или бровки котлована до оси крана и др.

Выбору предшествует определение организационных методов монтажа, характеризующих направление и последовательность установки элементов, определяются возможные места расположения и схемы движения кранов.

При выборе кранов сначала подбирают типы и марки кранов по техническим характеристикам отвечающих предъявленным требованиям, затем определяют наиболее экономически выгодный вариант.

Башенные краны проще всего выбирать по техническим параметрам аналитическим способом (рис. 4.2), определяя грузоподъемность Q_к, высоту подъема стрелы H_c и вылет стрелы L /1/

(17)

где q_Э – масса элемента; q_Т.П. – масса такелажных приспособлений (стропы, траверсы); q_М – масса монтажных приспособлений (подмости, стремянки); q_У – масса элементов усиления.

(18)

где Н_М – высота монтажного горизонта от уровня стоянки крана; h₀ = 1м – высота подъема элемента над опорой; h_Э – высота (толщина) монтируемого элемента; h_Т.П. – высота (длина) такелажного приспособления; h_П = 2м – высота полиспаста.

(19)

где В – ширина здания в осях или половина ширины здания при работе кранов с двух сторон; и – расстояние от осей до выступающих частей здания; d – расстояние между выступающей частью здания и хвостовой частью крана при его повороте, принимаемое равным 1м; R_З.Г. – (задний габарит) – радиус, описываемый хвостовой частью крана при его повороте, ориентировочно принимаемый равным 3,5м для кранов грузоподъемностью до 5т; 4,5м – от 5 до 15т; 5,5м – свыше 15т.

Рис. 4.2 Методы определения параметров кранов:

а – башенных; б – стреловых

Для стреловых кранов грузоподъемность и высоту подъема стрелы также находят по формулам, а вылет стрелы L и длину стрелы L_c проще определить графически (см. рис. 4.2), для чего в выбранном масштабе нужно вычертить контуры монтируемого сооружения, оси расположения монтируемого элемента и стрелы крана. Последняя должна пройти через точки А на высоте Н_с и Е на расстоянии 1,0м от крайней точки контура по горизонтали и вертикали.

Выше уровня стоянки крана на 1,5 м проводят линию М–М до пересечения с осью стрелы, затем от этой точки откладывают по горизонтали 1,5м (в зависимости от точки закрепления нижней части стрелы крана), определяющее расположение вертикальной оси вращения крана О–О. Требуемые параметры крана определяются по чертежу в масштабе.

При выборе кранов с гуськом или с башенно-стреловым оборудованием по горизонтали на высоте Н_с в выбранном масштабе откладывают длины гуськов 3…10м или маневровых стрел 10…30м.

По определенным такими способами параметрам подбирают 2–3 марки монтажных кранов различных типов с различной конструкцией ходовых устройств и т.п., технические характеристики которых равны или превышают определенные расчетами требуемые параметры.

Следует отметить, что монтаж колонн, балок и ферм выполняется на минимальном вылете крана, поэтому для выбора оптимального стрелового крана необходимо знать требуемую грузоподъемность и высоту подъема крюка, вылет стрелы определять не нужно.

Методика определения вылета стрелы для монтажа плит покрытия имеет различия для стрелового самоходного крана или же для крана с гуськом или в башенно-стреловом исполнении.

Для стрелового крана (рис. 4.3) /2/:

Рис. 4.3 Выбор технических характеристик гусеничного крана

1. Треугольник АВС подобен треугольнику А₁В₁С:

AB = b + c/2; b = 0,5…1,0 м; с = ½ панели покрытия (3 или 6 м);

BC = h_эл + h_стр + h_пол; h_стр = 1…3 м; h_пол = 0,5…5,0 м; tg β = CB/AB < 1;

B₁C = BC + h_зап + h_о – d; h_зап = 0,5…1,0 м; d = 1,0…1,5 м; h_о = H_кол + h_ф,

где H_кол – верхняя отметка установленной колонны, м; h_ф – высота фермы в коньковой части, м.

(20)

Требуемый вылет стрелы L

(21)

где а = 0,5…1,0 м.

Требуемая высота подъема крюка

(22)

2. Для крана с гуськом (рис. 4.4)

необходимая высота подъема крюка

(23)

где h₀ – отметка верха фермы, м; h_зап – высота запаса (0,5…1,0 м), м; h_эл – высота плиты покрытия, м; h_стр – высота траверсы или стропов (1…3), м.

Рис. 4.4 Выбор технических характеристик самоходного крана с гуськом

Из расчетов выпадает высота полиспаста.

Определение необходимой длины стрелы крана с гуськом аналогично стреловому крану, только угол наклона стрелы значительно возрастает, tgβ > 2 и обычно принимается в пределах 2…5 (если в технических характеристиках крана отсутствует рабочее значение).

В общем виде выбор крана состоит из отбора соответствующих требованиям объекта нескольких кранов, проверки их соответствия по технологическим параметрам и окончательной оценки по результатам технико-экономического расчета.

Наиболее экономически выгодный вариант выбирают на основании подсчета стоимости аренды кранов, подобранных предыдущими расчетами.

Стоимость аренды крана

(24)

где С_м-ч – стоимость 1 маш.-ч эксплуатации крана; Т_ч – время работы крана на объекте; ΣЕ – единовременные затраты.

Время работы крана на объекте

(25)

где ΣQ – общая масса элементов, подлежащих монтажу; П – средняя часовая производительность крана.

Единовременные затраты

(26)

где Е₁ – стоимость перебазировки крана; Е₂ – стоимость замены основной стрелы крана, установки дополнительного гуська или балочной стрелы; У – количество замен и установок; Е₃ – стоимость устройства 1 м подкранового пути, полосы движения или фундамента под приставной кран; Д_П – протяженность подкрановых путей (принимается кратной длине 1 звена – 12,5 м), полос движения (для пневмоколесных кранов) или количество фундаментов (для приставных кранов).

Общая масса элементов подсчитывается по схеме здания.

Учитывая определенную таким образом стоимость аренды сравниваемых марок кранов, выбирается наиболее целесообразный вариант.

Задача №4.1.

Выбрать кран для монтажа сборных железобетонных конструкций каркасного здания высотой 16 м с размерами в осях 4060м (рис. 4.5).

Решение.

Для выполнения монтажных работ высотных зданий рекомендуют использовать башенный кран (см. табл. 4.1).

Рис. 4.5 Выбор технических характеристик башенного крана

Грузоподъемность крана определим по формуле (17):

т,

где q_Э = 9,5т – масса наиболее тяжелого элемента – колонны; q_Т.П.­ = 0,13т – масса четырехветвевого стропа марки 910м грузоподъемностью до 10т (табл. 4.2)

Высоту подъема стрелы определим по формуле (18), используя данные рис. 4.5:

Таблица 4.2 – Такелажные приспособления

Стропы двухветвевые
Инвентарный номер Грузоподъемность, т Масса, т Расчетная высота, м		3129 2 0,01 1,5	1191 3 0,03 2,7	2787 5 0,04 2,6…5	2988 8 0,07 2,6…5	1099 10 0,1 1,7…5	143 15 0,15 7,5	1950 23 0,18 6
Стропы четырехветвевые
Инвентарный номер Грузоподъемность, т Масса, т Расчетная высота, м	1072 3 0,03 1,2…3		1094 5 0,05 3…6	1079 7 0,1 4,2	910М 10 0,13 3…8	1095 15 0,2 3…5	3311 18 0,3 4,5…6	1096 20 0,3 3
Траверсы универсальные
Инвентарный номер Грузоподъемность, т Масса, т Расчетная высота, м	1059 2 0,04 3		2558 3 0,07 3	1085 6 0,3 2,8	3408 10 0,4 7,8	1986 14 0,5 5	1950 16 1,0 9,5	50627 20 1,3 4,3

Вылет стрелы рассчитываем по формуле (19)

(19)

где В = 20м – ширина здания; м; d = 1м; R_З.Г. = 4,5м – задний габарит для крана грузоподъемностью до 15т.

Получим следующие значения технических параметров крана: грузоподъемность – 9,63т; высота подъема стрелы – 22м; вылет стрелы – 25,7м.

По близким техническим характеристикам /3/ выбираем башенные краны:

• марки КБ-503Б-1 – грузоподъемность – 10т, высота подъема – 53м; вылет стрелы – 40м;

• марки КБ-602 – грузоподъемность – 16т, высота подъема – 51м; вылет стрелы – 35м;

• марки КБ-674А-0 – грузоподъемность – 25т; высота подъема – 46м; вылет стрелы – 35м.

Используя формулы (24-26) произведем выбор экономически выгодного варианта (в ценах 1984г.). Общую массу элементов, подлежащих монтажу, примем ΣQ = 1000т. Значения С_м-ч, П, Е₁, Е₃, приведенные в табл. 4.3, заимствованы в работе /1/. Значения Д_П = 37,5м берутся кратными 12,5 (три звена путей).

Таблица 4.3 – Сводные данные экономических расчетов

№ п.п	Марка крана	Стоимость аренды крана А, руб	Параметры
			См-ч, руб	П	Е1, руб	Е3, руб
1	КБ-503Б-1	6586,52	7,86	3,35	3290,00	25,34
2	КБ-602	7098,11	7,20	6,3	5005,00	25,34
3	КБ-674А- О	7080,25	7,20	6,4	5005,00	25,34

Из сравниваемых более выгодным является вариант с применением крана КБ-503Б-1.

Задача №4.2.

Определить минимальную длину стрелы крана, необходимую для монтажа плиты покрытия одноэтажного промышленного здания. Подобрать подходящий стреловой кран при следующих условиях: высота укладки плит h₀ = 12м; длина плиты с = 6м; вес плиты q = 1,5т; высота основания стрелы крана над землей d = 1,5м; зазор между установленной фермой и стрелой при её вращении должен быть не менее b = 1,0м.

Решение.

Вылет стрелы крана без гуська L₀ может быть определен из рис.4.3

где AB = c/2+b; B₁C = (h₀ – d) + h_зап. + h_эл. + h_стр. + h_пол.;

BC = h_эл. + h_стр. + h_пол.. Тогда

Требуемый вылет стрелы

Минимальная длина стрелы крана обеспечивается при наклоне её оси под углом β

что меньше единицы, β = 4111′.

Тогда минимальная длина стрелы крана составит

Требуемая высота подъема крюка

По техническим характеристикам для заданных условий наиболее близко подходит стреловой кран на гусеничном ходу СКГ-401 с длиной стрелы 27м, имеющим при наибольшем вылете стрелы равном 19м, грузоподъемность 5т; при наибольшем вылете высота подъема составляет 19,2м /3/.

Задача №4.3.

Решить задачу № 4.2 с изменениями её условий согласно вариантам, приведенным в табл. 4.4

Таблица 4.4 – Варианты задач

№ варианта	Исходные данные				Тип крана
	h0­, м	C, м	q, т	d, м
4.3	8	12	3,8	1,0	стреловый без гуська
4.4	15	12	3,8	1,3	стреловый с гуськом
4.5	13	6	1,5	1,5	гусеничный стреловый без гуська
4.6	15	12	3,5	1,5	башенно-стреловый
4.7	9	12	2,35	1,6	стреловый с гуськом

Контрольные вопросы

1. Факторы выбора грузоподъемных строительных машин?

2. Области применения грузоподъемных механизмов?

3. Основные факторы выбора грузоподъемного крана?

4. Метод определения параметров башенного крана?

5. Метод определения параметров стрелового крана?