Монтаж строительных конструкций в современном строительстве.
Монтаж строительных конструкций является ведущим технологическим процессом. Этому способствует: развитая промышленность по производству конструкций и деталей, наличие средств механизации, возможность осуществлять монтаж поточными методами, крупноблочную сборку, конвейеризацию. Монтаж строительных конструкций осуществляется при возведении не только полносборных зданий, но и неполносборных зданий.
Состав и структура процесса монтажа.
Под комплексным технологическим процессом монтажа строительных конструкций понимают совокупность всех процессов и операций, в результате выполнения которых получают каркас, часть здания или сооруженияили сами здания и сооружения. Данные процессы и операции подразделяют на транспортные, подготовительные и собственно монтажные процессы.
К транспортным процессам относят доставку, разгрузку, складирование и приёмку конструкций. При складировании конструкций проверяют их качество, размеры, маркировку и комплектность.
Подготовительные процессы включают укрупнительную сборку, временное (монтажное) усиление конструкций, обустройство и подачу конструкций в виде монтажной единицы на монтаж.
Собственно монтажные процессы включают строповку (захват), подъём (перемещение), наводку, ориентирование и установку с временным креплением, расстроповку, выверку, окончательное закрепление конструкции в проектном положении и снятие временных креплений.Организационно монтаж может быть осуществлён по двум схемам: монтаж «со склада» и монтаж «с транспортных средств».
Монтажная технологичность строительных конструкций.
Технологичность конструктивного решения зданияможет быть оценена по нескольким показателям: степени типизации конструкций; их укрупнённости и равновесности; степени точности геометрических размеров и положений закладных деталей. Различают технологичность строительных конструкций в процессе их заводского изготовления; при их транспортировании, складировании и укрупнительной сборке, в процессе монтажа конструкций (монтажная технологичность).
Интегральным показателем монтажной технологичности служит коэффициент технологичности, отражающий увеличение или уменьшение стоимости (трудоёмкости) возведения продукции монтажного процесса. Технологичность определяют сопоставлением показателей сравниваемой конструкции с типовой. Коэффициент технологичности равен:
kт = 1 + ∆С/Сэ ,
где ∆С – увеличение или уменьшение расчетной стоимости возведения здания по сравнению с эталонным образцом; Сэ – стоимость возведения эталонного варианта:
Сэ = См + Ср + Сн.р. , ∆С = Сэ – С,
где См – стоимость механизации; Ср – стоимость рабочей силы; Сн.р – сумма накладных расходов; С - стоимость возведения рассматриваемого варианта здания. При значениях kт › 1 рассматриваемый вариант считается более технологичным.
Частными показателями монтажной технологичности служат ряд коэффициентов, оценивающих количественную связь между трудоёмкостью операций, процессов, затрат труда, материалов, средств труда. К ним относятся:
коэффициент равновесности конструкций, который выражает отношение средней массы монтируемых элементов к максимальной. Чем выше этот показатель, тем выше уровень использования грузоподъёмности крана;
коэффициент расчленённости сооружения на монтажные единицы, характеризующий крупность монтажных элементов,
kр = ny / n ‹ 1,
где ny, n – соответственно количество укрупнённых монтажных элементов и их общее количество;
степень укрупнения конструкций, характеризующая отношение общей массы сборных элементов mсб к их количеству n,
ky = mсб / n.
Этот показатель оценивает среднюю массу сборных элементов в сооружении;
коэффициент блочности конструкций, определяемый отношением массы конструкций mб, укрупнённых в блоки, к общей массе mсб:
kб = mб / mсб < 1;
степень заводской готовности, определяемой отношением трудоёмкости изготовления Тз на заводе к общей трудоёмкости изготовления Ти, транспортирования Тт и монтажа Тм :
kз.г. = Тз / (Ти + Тт + Тм );
степень технологичности монтажных стыков (коэффициент технологичности установки конструкций и технологичности выполнения стыков) – отношение продолжительности временного закрепления конструкций Тз и общей продолжительности устройства стыка Ту :
kc = Тз / Ту ,
или отношение трудоёмкости устройства стыка Тс к общей трудоёмкости монтажа конструкции Т:
kc = Тс / Т,
Рассмотрим возможные приёмы повышения технологичности конструкций.
Увеличение длины колонн каркасных зданий на 2…3 этажа приводит к возрастанию коэффициента технологичности с 1 до 1,11 т 1,14; использование плоских рам высотой на один этаж вместо колонн и ригелей приводит к увеличению kт до 1,2 и др.
Повысить технологичность конструкций возможно путём перехода на прогрессивные стыковые соединения с использованием анкерных и болтовых сочленений, запрессовки выпусков арматуры в стальные гильзы и др.
Увеличение крупности приводит к соответствующему снижению количества монтируемых элементов и повышению их массы. В общем случае происходит сокращение расхода машинного времени и трудозатрат. Однако процесс укрупнения не должен превышать некоторой массы, так существенное увеличение её приводит к скачкообразному изменению стоимости за счёт перехода на монтажные краны с большей грузоподъёмностью.
Укрупнение должно осуществляться по двум направлениям:
1) изменение массы укрупнённых элементов в пределах одной массовой группы, соответствующей грузоподъёмности принятого крана;
2) изменение крупности за пределы массовой группы, при которой необходимо использование крана большой грузоподъёмности.
Коэффициент технологичности по экономическим затратам при известном укрупнении монтажных элементов может быть определён по следующей зависимости:
kт = 1 + (ТуСу - ТэСэ ) / Сэ ,
где Ту и Тэ - затраты машинного времени на монтаж укрупнённого и эталонного элементов, маш-ч; Су и Сэ - стоимость 1 маш-ч крана при монтаже укрупнённого и эталонного элементов, руб.-коп.
Методы монтажа строительных конструкций
Методы монтажа элементов конструкций находятся в прямой зависимости от степени укрупнения монтажных элементов, последовательности установки, способа наводки конструкций на опоры, средств временного крепления и выверки и других признаков.
В зависимости от степени укрупнения различают:
мелкоэлементный монтаж из отдельных конструктивных элементов, характеризующийся значительной трудоёмкостью и неполной загруженностью кранового оборудования из-за большой разницы в массах различных элементов;
поэлементный монтаж из отдельных крупных конструктивных элементов (панели, колонны, плиты, рамы и т.д.), требующий минимума затрат на подготовительные работы, широко применяющийся при возведении промышленных и гражданских зданий и монтаже «с транспортных средств»;
блочный монтаж из геометрически неизменяемых плоских или пространственных блоков, предварительно собранных из отдельных элементов. Массу блоков доводят до максимально возможной грузоподъёмности монтажных механизмов. При этом снижается число монтажных подъёмов, наиболее полно используется грузоподъёмность монтажных кранов, исключается выполнение на высоте большинства монтажных операций.Примером плоских блоков могут служить рамы многоэтажных зданий; элементы фахверка из металлических конструкций; блоки оболочек и т.д. Пространственными блоками являются элементы покрытия промышленных зданий на ячейку.
В зависимости от последовательности установки отдельных монтажных элементов различают:
раздельный (дифференцированный) монтаж, который выполняют путём установки, временного и окончательного закрепления однотипных конструктивных элементов, например колонн, ригелей, плит и т.д.
комплексный монтаж предусматривает установку и окончательное закрепление всех конструктивных элементов одной ячейки здания;
комбинированный (смешанный) монтаж представляет собой сочетание раздельного и комплексного методов. Например, отдельный монтажный поток устанавливает колонны, а затем со смещением во времени параллельно следующий монтажный поток устанавливает все остальные элементы. Способ эффективен при наличии различных монтажных средств, обеспечивающих работу полного монтажного потока.
В зависимости от способа установки в проектное положение различают следующие виды монтажных процессов:
свободный монтаж, выполняемый наращиванием; при этом монтируемый элемент без каких-либо ограничений устанавливают в проектное положение при его свободном перемещении. Недостатком данного способа является повышенная сложность и высокая трудоёмкость работ, возникающих за счёт необходимости выполнения выверочных, крепёжных и других операций на высоте;
ограниченно-свободный монтаж, при котором монтируемая конструкция устанавливается в направляющие ориентиры, упоры, фиксаторы и другие приспособления, часто ограничивающие свободу перемещения конструкций и обеспечивающие снижение трудозатрат на временное крепление и выверку. Достигается повышение производительности кранового оборудования за счёт снижения монтажного цикла;
принудительный способ монтажа конструкций основан на использовании кондукторов, манипуляторов, индикаторов и других средств, обеспечивающих полное и заданное ограничение перемещений конструкций от действия собственной массы и внешних нагрузок. Способ обеспечивает повышение точности монтажа и снижение трудозатрат, обеспечивает переход на безвыверочный монтаж.
Способы установки элементов являются частью проекта производства работ. Оптимизация методов монтажа производится путём технико-экономического анализа с учётом определяющих факторов: конструктивных особенностей здания, массы элементов, рельефа площадки и требуемых площадей, наличия монтажного оборудования, нормативных сроков строительства.
Подготовка элементов конструкций к монтажу
Предусматривает: укрупнительную сборку в плоские и объёмные блоки; временное усиление элементов для обеспечения их устойчивости; обустройство подмостями, лестницами, ограждениями и другими временными приспособлениями для безопасного и удобного ведения работ; закрепление страховочных канатов, расчалок, оттяжек и др.
Технические средства обеспечения монтажа строительных конструкций
Монтажные краны и механизмы. На монтаже строительных конструкций применяют самоходные стреловые, башенные, козловые, специальные краны, а также грузоподъёмные механизмы – мачты, шевры и порталы.
Производительность крана на монтаже строительных конструкций зависит от следующих факторов: технических параметров машины - грузоподъёмности, скорости подъёма и перемещения груза, поворота и передвижения; подготовленности фронта работ – наличия конструкций, крепёжных деталей, подъёздных путей и т.п.; надёжности работы машины, а также качества монтируемых конструкций; массы монтируемых конструкций; мастерства рабочих – крановщика, такелажников и монтажников.
Различают расчётную, техническую и эксплуатационную производительность. Расчётная производительность крана определяется количеством работы, которую может выполнить кран за 1 ч непрерывной работы при самом выгодном режиме и обеспечении всем необходимым. Техническая производительность (нормативная) помимо этого учитывает время на вспомогательные операции (строповку и расстроповку груза, установку и выверку конструкций). Эксплуатационная производительность определяется количеством работы, которую может выполнить машина при условии правильной организации труда и её нормальной эксплуатации.
Выбор монтажного крана
Монтаж строительных конструкций осуществляется монтажным комплексом, в состав которого входи ведущая машина, вспомогательные механизмы и технологическое оборудование (грузозахватные устройства, кондукторы и т.д.). Необходимое количество вспомогательных средств механизации и технологической оснастки определяют исходя из эксплуатационной производительности крана.
При выборе кранов руководствуются их параметрическими, детерминированными и свободными характеристиками. Параметрические характеристики учитывают максимальную массу элементов, максимальное удаление монтируемых конструкций от оси вращения и высоту подъёма. К детерминированным относятся соответствия параметров кранов технологическим ограничениям при производстве монтажных работ,по точности установки элементов, по дорожным и габаритным условиям строительной площадки. Свободные характеристики включают организационные ограничения по темпу монтажа, производительности кранов, дальности их перебазирования. Выполнение этих требований влияет на технико-экономические показатели процесса монтажа.
Выбор монтажного крана по параметрическим характеристикам начинают с уточнения следующих данных: массы монтируемых элементов, монтажной оснастки и грузозахватных устройств; габаритов и проектных положений элементов в монтируемом здании. На основании этих элементов выбирают группу элементов, характеризующуюся максимальными монтажными параметрами, для которых определяют минимальные требуемые параметры крана.
Требуемая грузоподъёмность крана
Qк = mэ + mос + mгр ,
где Qк – требуемая минимальная грузоподъёмность крана, т; mэ – масса монтируемого элемента, т; mос – масса монтажной оснастки, т; mгр – масса грузозахватных устройств, т.
Башенные и приставные краны. Высоту подъёма грузового крюка над уровнем стоянки крана определяют по формуле:
Нк = ho + hз +hэ + hст ,
где ho – превышение низа монтируемого элемента над уровнем стоянки башенного крана, м; hз – запас по высоте, требующийся по условиям безопасности монтажа для заводки конструкции к месту установки или переноса через ранее смонтированные конструкции (0,3…0,6 м), м; hэ – высота (или толщина) элемента в монтажном положении, м; hст – высота строповки в рабочем положении от верха монтируемого элемента до крюка крана, м.
Высота стрелы крана (крюка крана)
Zк = a/2 + b + c,
где а – ширина подкранового пути, м; b – расстояние от оси головки подкранового рельса до ближайшей выступающей части здания, м; с - расстояние от центра тяжести монтируемого элемента до выступающей части здания со стороны крана, м.
Грузозахватные устройства
Для подъёма строительных конструкций используют различные грузозахватные устройства в виде гибких стальных канатов, различных систем траверс, механических и вакуумных захватов. Грузозахватные устройства должны быть испытаны пробной нагрузкой, превышающей их паспортную грузоподъёмность.
Средства выверки и временного крепления конструкций
Выверка – операция, обеспечивающая приведение конструкций в проектное положение. Она может быть визуальной или инструментальной. Визуальную выверку производят при высокой точности стыкуемых поверхностей. При этом используются стальные рулетки, шаблоны, линейки и другие средства измерения. Инструментальную выверку осуществляют с использованием различных инструментов: теодолитов, нивелиров, лазерных приборов и устройств. Инструментальная выверка требует применения средств, обеспечивающих перемещение монтируемых конструкций в плане по высоте и вертикали. К ним относятся специальные виды кондукторов, рамно-шарнирных индикаторов, связевых систем, упоров, ограничителей и т.п. Используют следующие системы крепления и выверки: жёсткую, кондукторную, пространственно кондукторно-связевую, наклонно-связевую, жёсткую фиксаторную, горизонтально-связевую, вертикально-связевую.
Технология устройства монтажных соединений элементов железобетонных конструкций
Взаимные примыкания элементов конструкций на монтаже друг к другу называют монтажными соединениями. Трудоёмкость соединения сборных железобетонных конструкций составляет 30…60% трудоёмкости монтажа. Качество соединения определяют надёжность смонтированных конструкций и основные эксплуатационные качества здания.
В зависимости от числа соединяемых элементов и вида соединения различают стыки, швы, узлы.
Стыком называют место, где соединяются два конца, две крайние части конструкции, например соединение сборных элементов колонн.
Швом называют место соединения частей, например горизонтальные и вертикальные соединения между смежными стеновыми панелями или между плитами перекрытий.
Узлом называют соединение нескольких элементов различного конструктивного назначения, например колонны и фундамента и т.д. Однако в строительной терминологии все указанные соединения обычно именуют «стыками». Стыки бывают несущими и ненесущими. В зависимости от способа выполнения различают сухие, замоноличенные и смешанные соединения.
Принципиальная технология устройства стыковых соединений в крупнопанельном домостроении. Так как в результате температурных воздействий стыки периодически подвергаются знакопеременным деформациям, то весьма важно обеспечить их долговечность и герметизацию.
Наружные стыки крупнопанельных зданий выполняют по двум конструктивным схемам: в виде закрытого и открытого стыков.
Вертикальный закрытый стык между наружными стеновыми панелями герметизируют путём установки герметизирующих прокладок из пароизола, затем на внутреннюю поверхность стыка наклеивают герметизирующую защитную ленту «герволент», после чего устанавливают на мостике утеплительный вкладыш (пенополистирол, стекловолокно) и изолируют обёрточной синтетической плёнкой. После установки внутренней стеновой панели пространство между панелями заполняют раствором.
Вертикальный стык открытого типа предусматривает использование вместо герметизирующей прокладки водоотбойную ленту из алюминиевого сплава, а также слив из алюминиевого листа в местах пересечения вертикальных и горизонтальных стыков. Для обеспечения непродуваемости стыка на его поверхность наклеивают воздухозащитную ленту «гернит». Затем устанавливают утеплительный вкладыш. Оставшееся пространство стыка заполняют цементным раствором.