Монтаж пространственных конструкций
Конструктивные решения структурных конструкций покрытий. Структурные конструкции, или просто структуры, — это плоские сетчатые системы регулярного строения. Выполняют их из большого числа однотипных относительно небольших металлических элементов, унифицированных по форме и размерам. Структуры образуют из различных систем перекрестных металлических ферм. Фермы в структуре могут быть расположены вертикально и наклонно. При этом каждая продольная ферма поддерживается поперечными. Структурные конструкции по сравнению с традиционными конструкциями имеют ряд преимуществ: занимают небольшой объем в сооружении — 1/15…1/20 пролета по высоте (в традиционных конструкциях — 1/8…1/10 пролета); имеют небольшую массу; обеспечивают блочный и крупноблочный монтаж покрытий с применением укрупнительной сборки на конвейере; могут изготавливаться на поточных автоматизированных линиях (часто состоят из одного типа стержня и одного узла); сборка не требует высокой квалификации; имеют компактную упаковку; обладают эстетическими качествами.
Основной недостаток структур — большой объем ручного труда при их укрупнительной сборке.
Для производственных зданий широко применяются структурные конструкции покрытий типа «Кисловодск» и «ЦНИИСК» («Москва»).
Пространственно-решетчатые конструкции покрытий типа «Кисловодск» изготовляют по типовой серии 1.466-2. Здания с покрытием типа «Кисловодск» могут быть одно- и многопролетные, без перепадов высот, бесфонарные (допускается применение зенитных фонарей), бескрановые. Здания имеют высоту до низа структурной плиты 4,8; 6; 7,2 и 8,4 м. В зданиях высотой 6; 7,1 и 8,4 м возможна установка подвесных кранов грузоподъемностью 2 т. Покрытия состоят из секций размером в плане 30 x 30 м и сетки колонн 18 x 18 м (рис. 15). Колонны жестко закреплены к фундаментам. Высота секций – 2,12 м. Для покрытия характерно наличие консольных участков пролетом 6 м (рис. 15, б). Вследствие этого сетка колонн в здании нерегулярная — основные размеры сеток колонн сочетаются с промежуточными ячейками размером 12 x 12 м, а крайние ряды колонн отстоят от стен по всему периметру здания на 6 м. Таким образом, по периметру расположены только стойки фахверка, шаг которых принят равным 6 м. Секция опирается на колонны с помощью капителей, выполненных в виде пирамид, держателем которых служат ячейки нижнего пояса пространственно-решетчатой секции.
Рис. 15. Схема структурного покрытия типа «Кисловодск»: а – план структурного покрытия; б – поперечный разрез; I – нижний промежуточный узел; II – узел опорной капители; 1 – структурная плита; 2 – прогон; 3 – профилированный настил; 4 – подкос капители; 5 – колонна; 6 – узловой элемент (коннектор); 7 – стержень с резьбой; 8 – элемент нижнего пояса; 9 – раскос; 10 – опорная плита; 11 – ограничитель из уголка; 12 – консольный участок
Стержни структурной плиты выполнены из стальных труб. Все стержни одной стержневой системы имеют одинаковую номинальную длину. По концам они крепятся путем ввинчивания в специальные полусферические элементы — коннекторы (пространственные фасонки в виде разрезанных пополам или целых многогранников, имеющих отверстия с резьбой). По верхним узлам пространственной решетчатой стержневой системы устанавливаются прогоны из швеллеров, к которым крепится стальной профилированный настил покрытия.
Структурные конструкции покрытий из прокатных профилей типа «ЦНИИСК» изготовляют по типовой серии 1.460-6/81. Конструкции блоков предусматривают регулярную сетку колонн и имеют размеры в плане 12 x 18 и 12 x 24 м. Высота до низа конструкций может колебаться от 4,8 до 18 м. Здания могут быть одно- и многопролетные как одинаковой высоты, так и с перепадом высот. Шаг колонн для средних и крайних рядов принимают равным 12 м. В блоках покрытия можно устанавливать зенитные и П-образные светоаэрационные фонари. Конструкции блоков могут применяться для бескрановых зданий и для зданий, оборудованных подвесными до 5 т или мостовыми до 50 т кранами легкого и среднего режима работы. Конструкция блока покрытия представляет собой пространственно-стержневую систему с ортогональной сеткой поясов, опирающуюся на колонны по четырем углам в уровне верхних поясов (рис. 16).
Можно представить, что структурный блок представляет собой складчатую конструкцию из комбинации продольных наклонных ферм, опираемых на наклонные торцевые (подстропильные) фермы. Сечения элементов стержней выполнены из прокатных уголков, верхних поясов — из двутавровых балок. Соединения элементов выполнены на фасонках с применением стандартных болтов нормальной точности диаметром 20 мм. Конструкция торцевых ферм пролетом 12 м цельносварная. Каждый пространственный блок собирается из отдельных стержней и двух сварных торцевых ферм. Крепление стального профилированного настила производится непосредственно к верхним поясам продольных ферм (без прогонов). Профилированный настил обеспечивает жесткость блока, поэтому подъем блоков без установленного и закрепленного настила не допускается. В каркасе здания с покрытием типа «ЦНИИСК» колонны жестко закреплены в фундаментах и соединены со структурными
блоками шарнирно, стойки фахверка шарнирно опираются на фундаменты и на структурный блок.
Рис. 16. Схема структурного покрытия типа ЦНИИСК: а, б – поперечный разрез для зданий с мостовым и подвесным кранами; в – план покрытия; г, д – узлы соответственно верхнего и нижнего поясов; 1 – прогон; 2 – узловые фасонки; 3 – наклонные элементы; 4 – элемент нижнего пояса
Основным преимуществом этих конструкций покрытий является то, что они изготовляются из широко применяемых (недефицитных) прокатных профилей. Эти покрытия имеют более низкие затраты на изготовление и небольшую стоимость 1 м2 покрытия в «деле», а также большой диапазон применения (нагрузка достигает 600 МПа). Кроме того, меньшее число монтажных элементов покрытия позволяет применить на укрупнительной сборке краны малой грузоподъемности (например, автокраны грузоподъемностью 3–5 т). Однако эти структуры также достаточно трудоемкие в монтаже, требуют большого объема ручного труда. Количество монтажных элементов остается значительным, требуется постановка большого числа болтов при укрупнительной сборке блоков.
Технология монтажа структурных покрытий. Монтаж структурных покрытий может осуществляться следующими способами: полностью собранными на земле покрытиями, укрупненными блоками, сборкой на проектной отметке на подмостях, навесной сборкой.
В основном сборка структурной конструкции производится вручную. Для монтажа большепролетных конструкций используются краны малой и средней грузоподъемности. Степень строительной готовности собранного покрытия определяется грузоподъемностью крана. При наличии механизмов достаточной грузоподъемности возможна сборка структуры с элементами кровли (профнастил).
Монтаж структурного покрытия, полностью собранного на земле эффективно выполнять для покрытий площадью до 1000 м2.
Суть этого способа монтажа состоит в следующем. На строительную площадку структуры поставляются в виде плит, имеющих высоту 2–2,5 м и размеры в плане, вписывающиеся в габаритные размеры транспортного средства. Затем непосредственно у места монтажа структурного покрытия выполняется его укрупнительная сборка на временных монтажных опорах высотой 1,2 м (рис. 17, а). Собранную структурную конструкцию с помощью самоходных кранов поднимают над временными монтажными опорами на 100–200 мм и оставляют на 30 мин в таком положении для проверки прочности подвесок и надежности узлов, а также упругой осадки всей системы. В подвешенном состоянии конструкцию обустраивают опорами капителей, системой вентиляции, осветительным оборудованием и др. Затем полностью собранное покрытие поднимается на 0,5 м выше опорных частей колонн и устанавливается в проектное положение. После закрепления смонтированного покрытия с опорными элементами колонн на сварке выполняется растроповка конструкции.
Монтаж структурного покрытия укрупненными блоками. Для этого устраиваются посты (стоянки) конвейерной линии, на которых производится сборка структурной плиты, монтаж технологического оборудования и технических трубопроводов (между нижними и верхними поясами структуры), укладка кровельного настила и утеплителя.
Рис. 17. Схемы монтажа структурных покрытий: а – полностью собранными на земле покрытиями; б – блоками; 1 – собранная на земле структурная конструкция; 2 – стропы; 3 – оттяжки; 4 – гусеничные краны; 5 – установленный блок структурного покрытия; 6 – временная металлическая опора; 7 – колонна; 8 – временные передвижные опоры с монтажными площадками; 9 – монтируемый структурный блок покрытия
Начинают сборку блока с установки торцовых ферм, потом устанавливают элементы нижнего пояса, затем – верхнего. Далее прикрепляют наклонные элементы, примыкающие к нижним и верхним поясам. Болтовые соединения выполняют с применением гайковерта с моментом закручивания 196 Н·м. Отклонение размеров собранного блока от проектных не должно превышать, мм:
· ±3 по ширине блока;
· ±6 по длине для сторон длиной 18 м;
· ±7 по длине для сторон длиной 24 м;
· ±9 по диагонали для блока длиной 18 м;
· ±10 по диагонали для блока длиной 24 м;
· 10 разность отметок опорных узлов.
Стальной настил укладывают после сборки и выверки конструкций блока. Профилированный настил обеспечивает жесткость блока, поэтому подъем блоков без установленного и закрепленного настила не допускается. Собранные на постах блоки покрытия монтируются самоходными кранами. Схемы движения кранов и последовательность установки блоков может быть различной. Например, гусеничный кран, передвигаясь поперек здания, поочередно монтирует блоки в смежных пролетах. В этом случае укрупненные блоки в рабочую зону крана подают на стендовых тележках.
При схеме монтажа блоков по пролетам каждый блок монтируют на заранее установленной позиции. В этом случае их детализируют непосредственно у мест монтажа.
Следует отметить, что стыковка поднятого блока с уже смонтированной конструкцией отдельными стержнями, как правило, не вызывает трудностей.
Строповку блоков осуществляют в узлах их опирания – четырех узловых точках. Для закрепления захватных устройств траверс в опорных узлах монтируемого блока имеются фасонки с отверстиями.
Монтаж структурных покрытий на подмостях. На монтажную площадку структурная конструкция поставляется отдельными стержневыми и узловыми элементами и крепежом. На отметке верха колонн монтируется рабочий настил подмостей. Поэлементная сборка структуры осуществляется на подмостях на отметке верха колонн. Монтаж структуры выполняется захватками, кратными шагу колонн. По завершению монтажа структурного покрытия на захватке подмости перемещают на новую захватку.
Монтаж структурных покрытий методом полунавесной сборки. При таком методе монтажа рекомендуется принять следующую последовательность технологических операций. На земле у места установки структуры на временных монтажных опорах высотой 1,2 м выполняется укрупнительная сборка отдельных структурных блоков (конструктивных элементов) покрытия. Затем с помощью самоходного крана структурный блок покрытия устанавливается на колонны и временные передвижные опоры с монтажными площадками (см. рис. 17, б). По завершению работ по устройству соединительных стыков элементов монтируемого блока с деталями ранее, выполняется растроповка конструкции.
При перекрытии зданий структурными блоками необходимо организовать поточное выполнение следующих технологических циклов:
· установка и выверка временных опор;
· подъем и установка на временные опоры структурных блоков;
· сварка стыков и напряжение их нижних поясов;
· раскружаливание и перемещение временных опор к следующим осям здания.
Предложен также метод устройства структурных покрытий из складывающихся блоков, при котором доставленный на строительную площадку компактный блок растягивается на земле с помощью лебедок и диагональных растяжек в структурную плиту, которая затем устанавливается кранами в проектное положение. Однако, широкого применения на практике этот метод не нашел.