10.4. Монтаж зданий с Байтовыми и мембранными покрытиями

Висячие покрытия применяют для промышленных зданий, стадионов, концертных и выставочных залов, гаражей, цирков, рынков и пр., когда надо перекрыть большие площади без промежуточных опор. В последнее время использование таких покрытий возросло, так как они позволяют сократить расход строительных материалов и трудоемкость возведения.

Несущие конструкции висячих покрытий могут быть выполнены в виде предварительно напряженных железобетонных оболочек, вантовых ферм и мембран.

Висячие растянутые элементы обычно закрепляют за жесткие массивные опорные конструкции. Опорные конструкции могут быть выполнены в виде замкнутого контура (кольца, овала, прямоугольной рамы), опирающегося на колонны или наклонные рамы, арки, удерживающие покрытие и передающие нагрузку на фундамент.

Для возведения предварительно напряженной же­лезобетонной оболочки первоначально монтируют ортогональную или радиальную сетку из стальных канатов, по которым затем укладывают железобетонные плиты. Канаты замоноличивают в швах и они в дальнейшем являются напрягаемой арматурой покрытия. Оболочка вступает в работу только после обжатия замоноличенных швов на 20-25 % выше напряжений от временной нагрузки, что исключает в дальнейшем появление растягивающих напряжений.

Напряжение канатов можно выполнять двумя способами:

предварительным натяжением всей сети канатов путем загружения грузами или притягивания сети к полу здания; снимают натяжение после достижения бетоном прочности в швах замоноличивания; предварительным замоноличиванием швов и последующим натяжением несущих канатов.

Для обеспечения устойчивости опорного контура натягивают ванты в несколько этапов в определенной последовательности.

При кровле из легких материалов необходимо устройство стабилизирующей системы.

Для перекрытия больших пролетов применяют висячие покрытия из листовой стали толщиной 4-6 мм (мембраны). Листы мембраны при монтаже раскатывают по висячим несущим элементам постели мембраны из толстого листа или профильного металла. Для восприятия отсоса ветрового воздействия мембрану удерживают стабилизирующими конструкциями (жесткими или гибкими).

Висячие покрытия в зависимости от их конструктивных особенностей монтируют различными способами, но всегда по возможности укрупненными блоками, что позволяет сократить объем работ на высоте и уменьшить их общую трудоемкость.

Контурные опорные конструкции обычно монтируют на временных опорах с последующим раскружаливанием после сборки и замоноличивания всего покрытия и устройства кровли.

При наличии центрального опорного кольца его монтируют крупными блоками на поддерживающей временной опоре, которая одновременно является опорой для подмостей — рабочим местом для оформле­ния монтажных стыков, натяжения канатов и опорой для последующего раскружаливания покрытия.

При больших размерах сооружения по его центру устанавливают монтажный кран. Другой кран с большим подстреловым пространством перемещают вокруг монтируемого покрытия.

Последовательность монтажа обычно следующая: монтаж колонн, затем опорных контуров на временных опорах (если это требуется), элементов гибких нитей и связей между ними.

После выверки гибких нитей монтируют плиты элементов кровли, замоноличивают швы и натягивают канаты.

При мембранном покрытии после монтажа опор­ного контура монтируют элементы постели мембраны и затем мембрану, раскатывая или натягивая листы покрытия. Крепление листа к элементам постели осуществляют сваркой, болтами или заклепками. Листы мембраны монтируют в последовательности, позволяющей равномерно загружать опорный контур.

Раскатанный лист временно крепят канатами к элементам постели, выверяют собранное покрытие и осуществляют проектное закрепление. После проектного закрепления временное крепление снимают.

Работы по монтажу выполняют с передвижных подмостей, обеспечивающих безопасность работ.

Наиболее распространенным висячим покрытием с предварительно напряженной железобетонной оболочкой является покрытие цирка.

Висячее покрытие цирка состоит из предварительно напряженной вантовой сети, очерченной по поверхности гиперболического параболоида, закрепленной к опорному контуру, и уложенных по ней сборных железобетонных плит размером 2,4 х 2,4 м. Швы между плитами замоноличены. Байтовая сеть из парных канатов диаметром 52,5 мм образована пересекающимися под прямым углом канатами, соединенными в местах пересечения металлическими накладками на болтах.

К опорному контуру канаты (ванты) крепят металлическими анкерами, в которых концы канатов заливают специальным сплавом. Конструкция закрепления канатов позволяет осуществлять их натяжение.

Монтаж висячих покрытий состоит из следующих операций: изготовление вант, монтаж продольных вант и первоначальное их натяжение, монтаж поперечных вант и их натяжение, монтаж плит покрытия, напряжение вантовой сети, замоноличивание плит.

Изготовление вант производят у места монтажа на стенде с натяжной станцией и опрессовочной установкой.

Один конец каната заделывают в гильзовый ан­кер. Канат раскладывают на стенде и вытягивают на усилие 1100-1200 кН для его обжатия. После вытяжки канат разрезают на требуемые длины, концы запрессовывают в гильзовые анкеры. Готовые ванты испытывают на усилие 1300-1400 кН.

Для подачи к месту установки ванты наматывают на барабаны. При установке ванты вместе с подвесками, соединенными попарно, поднимают двумя башенными кранами одновременно (рис. 10.17), концы с гильзовыми анкерами заводят в отверстия в опорном контуре и натягивают домкратными устройствами на заданное усилие. Сначала ставят и натягивают продольные ванты, потом поперечные. После натяжения и выверки канаты в узлах соединяют.

Рис. 10.17. Схема подъема несущих канатов висячей железобетонной предварительно напряженной оболочки покрытия цирка: 1 — электролебедка; 2 — оттяжки; 3 — башенный кран; 4 — рабочий канат; 5 — траверса

Ванты натягивают, дополнительно закрепляя их подвесками за арену и натягивая подвески в узлах пересечения вант. При установке канатов необходима тщательная их геодезическая выверка.

Для соединения канатов в узлах пересечения используют передвижные люльки и мостики.

Плиты покрытия укладывают на канаты башенными кранами от нижней отметки к верхней, загружая перекрытия равномерно. Плиты соединяют между собой и в шов укладывают арматуру. До замоноличивания швов ванты натягивают гидродомкратами в третий раз, чем создают предварительное натяжение вантовой сети. Натяжение производят с одной сторо­ны канатов определенными группами попеременно в двух направлениях симметрично относительно осей здания. После достижения бетоном проектной проч­ности подвески снимают от краев к середине.

Ортогональная сетка вант с натяжением канатов по наружному опорному контуру очень трудоемка в монтаже и вызывает многочисленные перестановки домкратов.

Более технологичной в монтаже является железобетонная оболочка с радиальной схемой вант и центральным опорным кольцом, внутри которого сосредоточены все операции по натяжению всей вантовой системы, и домкраты перемещают по сплошному настилу на небольшие расстояния. Центральное кольцо в этом случае монтируют на временной опоре.

Висячее перекрытие Дворца спорта «Юбилейный» в Санкт-Петербурге имеет отличную конструкцию. Наружное сборное железобетонное кольцо диаметром 93 м опирается на консоли 48 металлических колонн высотой 22 м. Колонны монтировали безвыверочным методом. Арматуру стыков элементов кольца сваривали ванной сваркой, после чего стыки замоноличивали. Внутреннее металлическое кольцо диаметром 12 м мон­тировали на временной опорной башне на песочницах для последующего раскружаливания.

Байтовое покрытие состоит из полуферм, которые одним концом заделывали к растянутому центральному кольцу, а другим — к сжатому наружному. Полуфермы состоят из двух канатов, образующих в пространстве форму взаимно пересекающихся параболоидов вращения.

Нижний несущий канат диаметром 65 мм и верхний стабилизирующий канат диаметром 42,5 мм соединены стойками. По верхним канатам уложены металлические ребристые щиты.

На отметке 21,37 м центральной опоры была оборудована рабочая площадка, где было размещено оборудование для натяжения вант и песочницы.

Полуфермы изготовляли на сборочной площадке и монтировали целиком башенным краном БК-300 со стрелой 30 м (рис. 10.18) специальной траверсой. До изготовления ферм ванты вытягивали, разрезали, заделывали концы во втулки и испытывали на усилие.

Рис. 10.18. Схема монтажа покрытия Дворца спорта «Юбилейный»: 1 — башенный кран БК-300; 2 — траверса; 3 — вантовая ферма; 4 — временная опора; 5 — центральное кольцо; 6 — наружное сборное железобетонное кольцо

Полуфермы устанавливали в последовательности, обеспечивающей устойчивость сооружения, т. е. сначала монтировали две полуфермы в одном сечении, а затем две во взаимно перпендикулярном; в дальнейшем — по биссектрисам образовавшихся углов.

После установки и закрепления всех полуферм стабилизирующие канаты натягивали на усилие 630 кН. Одновременно натягивали 4 фермы в двух взаимно перпендикулярных направлениях, после чего монтировали кровельный настил, который устанавливали краны БК-300 и Т-226, перемещавшиеся по кольцевым путям вокруг здания.

Монтаж щитов вели по захваткам в четыре очереди в радиальном направлении.

Монтаж мембранного покрытия рассмотрим на примерах Универсального спортивного зала в Санкт-Петербурге и велотрека в Крылатском (г. Москва) диаметром 160 м и высотой 32,5 м с центральным кольцом диаметром 24 м, его мембранное покрытие из листов толщиной 6 мм состояло из 56 секторов, закрепленных к радиальным элементам таврового сечения, условно названным «постель», подвешенным к центральному и наружному опорным кольцам.

Жесткость покрытия обеспечивалась 56 стабилизирующими фермами, состоящими из предварительно напряженного каната и треугольной жесткой решетки, прикрепленных с одной стороны к стабилизирующему кольцу диаметром 72 м, подвешенному к мембране, и с другой — к колоннам, поддерживаю­щим опорный наружный контур.

Монтаж осуществляли башенными кранами БК-300 и МСК-10-20, перемещавшимися по кольцевым путям вокруг здания, и гусеничным краном СКГ-50-БС, расположенным внутри здания. Первоначально были смонтированы наружные колонны и временные опоры под центральное и стабилизирующее кольца. Элементы колец монтировали с опиранием на временные опоры, на верху которых были предусмотрены подмости.

Элементы постели предварительно укрупняли внизу, поднимали двумя кранами БК-300 и СКГ-50 БС и устанавливали сначала по одному диаметру, а затем по перпендикулярному, чтобы не перегружать опорное кольцо.

Затем монтировали кольцевые элементы, связыва­ющие между собой элементы постели.

Мембрана на площадку поступала в рулонах и для ее раскатки были предусмотрены станки. Рулон на барабане закрепляли на станке, установленном наверху наружного опорного контура и закрепленном анкерными болтами.

Лист мембраны натягивали лебедкой, установленной на центральном кольце. При натягивании и раскатке лист перемещался по роликам, закрепленным к кольце­вым элементам постели. Натянутый лист временно крепили к элементам постели, а постоянное крепление зак­лепками осуществляли после натяжения стабилизирующей системы и выверки геометрии элементов постели.

Все работы выполнялись с катучих подмостей, обеспечивающих работу в пределах одного сектора снизу покрытия (рис. 10.19).

На рис 10.20 показана схема монтажа висячего покрытия гаража шатрового типа диаметром 101,7 м. Висячее покрытие состоит из 106 радиальных вант диаметром 40 мм из арматурной стали и железобетонных плит трапецеидального сечения. Покрытие закреплено к наружному железобетонному кольцу и центральному стальному кольцу диаметром 9 м, опирающемуся на стальную колонну диаметром 1,5 м. Отметка внутреннего кольца 20,0 м, а наружного — 6,8 м.

Рис. 10.19. Схема монтажа мембраны покрытия универсального зала:

1 — станок с рулоном лепестка мембраны; 2 — элементы постели для опирания лепестка мембраны; 3 — передвижные подмости; 4 — сбегающая нитка тягового каната на лебедку; 5 — противовес, удерживающий станок; 6 — кран БК-300; 7 — стабилизирующее кольцо; 8 — центральное кольцо

Рис. 10.20. Схема монтажа висячего покрытия шатрового типа: 1 — кран МСК-5-35; 2 — наружное кольцо; 3 — плита покрытия; 4 — центральная опора; 5 — траверса для подъема вант; 6 — монтируемая ванта

Монтаж конструкций осуществляли с применением крана СКГ-40 для монтажа сборных железобетонных элементов кольцевой этажерки и центральной опоры внутреннего кольца. Монтаж вант и железобетонных плит покрытия может быть выполнен башенным краном МСК-5-35, перемещаемым по кольцевым путям, и полнопо­воротным стреловым краном, установленным на центральной опоре. Для изготовления и вытяжки вант был устроен стенд, по концам которого заложили 100 т якоря. Вытяжку вант осуществляли домкратами.

После проектного закрепления вант и выверки геометрии прогибов монтировали плиты покрытия концентрическими кругами снизу вверх. При установке плит приваривали соединительные детали и швы замоноличивали.

Как указывалось ранее, основными несущими эле­ментами покрытия при возведении велотрека являются наружные и внутренние арки пролетом 168 м (рис. 10.21). Пространство между арками перекрыто тонколистовыми стальными мембранами-оболочками размером в плане 168х66 м. Мембраны из стали 10Г2С1 толщиной 4 мм состоят из отдельных полос шириной 6 м и длиной 8-65 м. Их укладывали на направляющие из стальных лент сечением 740х6 мм, подвешенных к аркам с шагом 6,3 м. Полосы мембраны, приваренные к направляющим аркам внутреннего и наружного контуров, образуют две стальные оболочки. Направляющие соединены прогонами из гнутых профилей швеллерного сечения 160х80х4 мм, расположенными с шагом 3 м. В пересечениях прогоны приварены к направляющим лентам.

Рис. 10.21. Схема монтажа мембраны: 1 — арка внутреннего контура; 2 — переход через арки; 3 — полиспаст; 4 — траверса; 5 — напраапяющие с прогонами; 6 — полоса мембраны; 7 — вращающийся барабан; 8 — арка наружного контура; 9 — стенд с рольгангом; I и II — очередность монтажа мембран-оболочек между арками

Направляющие и прогоны монтировали укрупненными блоками, состоящими из двух направляющих, соединенных между собой прогонами. Укрупнение монтажных блоков производили в межтрековом пространстве с использованием двух 5-тонных полиспастов, прикрепленных к наружной арке, и одного 20-тонного полиспаста, прикрепленного к внутренней арке. Рулоны двух направляющих устанавливали на роликовый стенд, который по мере монтажа перемещали краном.

Стенд, оборудованный двумя электролебедками, крепили к анкерным болтам фундаментов временных опор. Рядом с сооруженным стендом размещался стол, на котором производили разметку, установку и приварку прогонов к направляющим по мере их вытяжки из рулона. Блок перемещали к наружным аркам 5-тонными полиспастами по заранее натянутым канатам. Концы направляющих лент заводили в прорези наружной арки и временно заанкеровывали. Другой конец блока, застропленный с помощью траверсы, поднимали 20-тонными полиспастами и подтягивали к внутренним аркам, а затем производили проектную приварку направляющих к козырьку арки.

После геодезической проверки и выверки блока осуществляли его проектное закрепление.

Мембранное покрытие монтировали рулонами по заранее установленным направляющим с прогонами в такой последовательности: на стенд, оборудованный рольгангом, расположенным с наружной стороны зда­ния в центральной его части, устанавливали рулон мембраны; через специальную траверсу крепили сво­бодный конец рулона к 20-тонному полиспасту, при­крепленному к внутренней арке; через вращающий­ся барабан, укрепленный на наружной арке, закреп­ляли барабан в проектном положении. Таким спосо­бом монтировали все полосы мембраны. Мембрану к направляющим и аркам приваривали угловыми шва­ми с катетом 4 мм, а к прогонам крепили болтами или точечной сваркой.