Возведение высотных зданий

 

 

2. Возведение высотных зданий

 

2.1 Общие положения

 

Высотные здания (выше 17 этажей) чаще бывают компактными, небольших размеров в плане, реже протяженными, многосекционными. Монтаж таких зданий осуществляют методом наращивания с использованием приставных, передвижных и самоподъемных башенных кранов.

Конструктивной основой высотных зданий является стальной, железобетонный или комбинированный каркас с пространственным ядром жесткости или плоскими диафрагмами — связями.

При железобетонном каркасе или металлическом, но обетонированном, монтаж последующих ярусов возможен только после заделки стыков колонн, обетонирования металлических колонн нижних ярусов и набора бетоном стыков не менее 70% марочной прочности.

В большинстве высотных зданий предусмотрено  ядро жесткости, которое воспринимает горизонтальные нагрузки от примыкающих частей здания и обеспечивает устойчивость и пространственную жесткость всего здания в процессе монтажа и эксплуатации. В некоторых зданиях сначала выполняют монтаж ядра жесткости, например, лифтовой шахты до проектной отметки, а затем — возведение остальных конструктивных элементов (рис.1).

Ядро жесткости чаще выполняют  в монолитных конструкциях, обычно бетонирование ядра опережает монтаж каркаса на 1...2 яруса. Для надежного соединения каркаса к ядру здания в стенках ядра жесткости должны быть оставлены штрабы, проемы с оголенными стержнями арматуры для крепления к ним балок каркаса сварными или болтовыми соединениями. Это очень трудоемко, но гарантирует, что монолитное ядро сразу начинает воспринимать горизонтальные нагрузки установленной части каркаса.

По конструктивным особенностям и  технологическим условиям бетонирование  ядра жесткости может отставать  от монтажа каркаса. Это отставание допускает, что смонтированные конструкции сразу свариваются и обетонируются, чем обеспечивается быстрый набор стыками 70%-й прочности. Предельная высота, на которую монтаж может опережать бетонирование ядра жесткости, не должна превышать 8 этажей, обязательным условием при этом должно быть раскрепление каркаса временными вертикальными и наклонными связями.

Междуэтажные перекрытия обычно устраивают из крупнопанельных элементов, иногда в сборно-монолитном варианте.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1 Схемы высотных зданий

 

а — со стальным ядром жесткости; б — с железобетонным каркасом; 1 — ядро жесткости; 2 — смонтированная часть каркаса; 3 — монтируемая часть каркаса

 

 

 

2.2 Применяемые монтажные механизмы

 

Приставные краны имеют высоту подъема крюка до 100... 150 м; треугольные или квадратные жесткие диски, закрепляющие башню крана к каркасу здания, устанавливают через 15...25 м.

В зданиях высотой свыше 150 м  применяют самоподъемные краны, размещаемые вне габаритов возводимого здания. Такие краны перемещаются только по вертикали, поэтому их положение в плане определяется радиусом их действия и конфигурацией здания. Обычно принимают такое число самоподъемных кранов, чтобы охватить рабочими зонами все строящееся здание. Каждый кран со своей стоянки монтирует конструкции в пределах одного яруса (двух, трех или четырех этажей), после чего его поднимают на новую стоянку.

Самоподъемные башенные краны решены в универсальном исполнении и  перемещаются по высоте внутри одной  из ячеек каркаса здания. При обычном решении расположения крана башня в нижней части опирается на опорные балки, обычно расположенные крестообразно. Эти балки имеют по концам поворотные или откидные консоли; опирание крана происходит через эти балки на ригели каркаса здания с помощью съемных хомутов. При необходимости подъема крана консоли убирают, чтобы он, поднимаясь, свободно проходил между ригелями смонтированного каркаса. По высоте перемещается кран с помощью специальной обоймы — пространственной конструкции, которая охватывает башню крана. Конструкция стыков башни позволяет обойме скользить по ней — перемещаться вверх и вниз.

Обойма через свои выносные опорные  балки опирается на ригели каркаса. При перестановке крана по высоте первоначально поднимают и устанавливают на верхних ригелях смонтированного каркаса обойму, закрепляют и натягивают подъемный полиспаст, с помощью которого приподнимают башню крана. Откидывают консоли опорных балок, поднимают кран на следующую стоянку через 2...4 этажа, снова разворачивают консоли опорных балок, опускают кран на ригели каркаса, закрепляют опорную площадку хомутами. Обойма при подъеме крана служит направляющей и удерживает башню в вертикальном положении. Полиспаст располагается под центром тяжести крана, что исключает его перекосы при подъеме.

Наземными передвижными кранами можно  монтировать здания высотой до 70 м, приставные краны позволяют монтировать здания высотой до 150 м, для самоподъемных кранов высота здания практически не ограничивается.

Самоподъемные и приставные краны  могут быть оборудованы горизонтальными стрелами с подвижной кареткой или подъемными стрелами с грузовым полиспастом на конце стрелы.

Для монтажа стальных конструкций  каркасов многоэтажных зданий могут быть использованы следующие типы кранов (рис. 2):

• наземные — башенные, гусеничные (в башенно-стреловом исполнении), рельсовые, пневмоколесные; они должны иметь значительную высоту подъема при необходимой грузоподъемности;
• самоподъемные башенные, устанавливаемые внутри контура здания и опирающиеся на смонтированные конструкции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2  Схемы возведения высотных зданий

 

а — передвижным и самоподъемным кранами; б— приставным краном; в — самоподъемным краном; г —двумя самоподъемными кранами; 1, 3, 7 — монтажные краны; 2 — путь движения крана; 4 — монтажные связи крана; 5 — ядро жесткости; 6 — стальной каркас;

1...VII — этапы работ

 

Краны передвигаются вверх по мере выполнения крановой сборки и крепятся к каркасу здания (рис. 3);

• стационарные приставные краны, устанавливаемые на земле, вне контура здания, и подращиваемые по мере крановой сборки, с закреплением башни к каркасу здания распорками-обоймами;
• комбинированные передвижно-приставные краны, используемые до отметок 50...55 м как свободностоящие и передвигающиеся по подкрановым путям, а на более высоких отметках работающие как стационарные приставные.

 

 

 

 

 

Рис. 3. Схемы самоподъемных кранов для монтажа высотных зданий:

 

а — краны типа УБК с защемлением в горизонтальной плоскости; б — краны типа СБК с защемлением в вертикальной плоскости; 1 — нижняя опора; 2 — верхняя опора для восприятия горизонтальных реакций; 3 — подвижная обойма для самоподъема крана на следующую стоянку

 

 

2.3 Способы монтажа зданий

 

2.3.1 Монтаж зданий при железобетонном каркасе

 

Для сокращения сроков строительства  и ускорения производства работ здание разбивают на захватки и рабочие участки. Возведение здания осуществляют по одно- или двухзахватной системе. Захватки обычно ограничиваются температурными швами, каждая захватка делится на два участка. Если на первом участке захватки осуществляют монтаж, то на втором в это же время на ранее смонтированных элементах осуществляют окончательную сварку стыков и их заделку и заливку швов. Работы организуют вертикальным потоком при поэтажном монтаже 164 или последовательными ярусами сразу на высоту яруса. Ярус по высоте обычно составляет 2...4 этажа и зависит от конструктивных особенностей здания и принятой высоты колонн. Иногда применяют неразрезные колонны на высоту сразу 6 этажей, высота монтажного яруса в этом случае также составит 6 этажей. Одноэтажную разрезку применяют крайне редко, обычно при использовании в каркасе рамных железобетонных элементов.

В зависимости от конструктивного  решения наиболее распространены следующие типы зданий:

• со сборным каркасом и самонесущими стенами. Каркас таких зданий в поперечном направлении компонуют из жестких рам. В продольном направлении колонны соединяют жестким диском-перекрытием, передающим горизонтальные усилия на стены;
• со сборным каркасом и навесными панелями. При таком решении каркас выполняют рамной конструкции в двух направлениях, а при наличии рам только в одной плоскости, в другой ставят связи;
• рамной конструкции с безбалочным перекрытием. Основными элементами каркаса являются колонны со стыками через 2 этажа, ригели, плиты перекрытий и стеновые панели.

Возведение высотного здания подразделяют на следующие этапы:

• возведение подземной части здания;
• бетонирование ядра жесткости;
• монтаж сборных конструкций или возведение монолитного каркаса;
• монтаж перегородок;
• отделочные работы.

Монтаж конструкций каркаса  включает установку конструкций в проектное положение, их выверку, сварку стыковых соединений, противокоррозионную защиту, заделку стыков и швов. Указанные процессы обычно выполняют двумя смежными потоками:

1. устанавливают элементы каркаса, осуществляют сварку и антикоррозионную защиту конструкций;
2. осуществляют замоноличивание монтажных стыков, узлов, заливку швов плит перекрытий и бетонирование монолитных участков каркаса.

Монтаж конструкций каркаса  здания начинают с установки колонн. Качество всех смонтированных конструкций в значительной мере зависит от точности установки колонн в плане и по высоте, поэтому их выверке необходимо уделить большое внимание.

Колонны первого яруса заделывают в стаканах фундаментов, на последующих ярусах колонны временно закрепляют в кондукторах. Применяют кондукторы на одну, две и четыре колонны. При применении групповых кондукторов на четыре колонны в работе должно быть не менее двух кондукторов, что позволит одновременно монтировать три смежные ячейки.

При установке ригелей и плит групповой кондуктор служит в качестве подмостей. После выполнения в ячейке сварки всех стыков кондуктор перемещают на следующую стоянку.

При использовании кондукторов  выверку каждой колонны по осям осуществляют с помощью винтовых устройств  кондукторов, обеспечивающих принудительную выверку колонн и временное их закрепление, которое может выполняться также с помощью инвентарных расчалок или жестких подкосов с винтовыми муфтами, подкосы закрепляют к закладным петлям ранее установленных конструкций.

Работы второго потока осуществляют непосредственно после установки и выверки конструкций каждого яруса отдельного монтажного участка на захватке.

Элементы каркаса устанавливают  в последовательности, обеспечивающей создание замкнутых ячеек каркаса  и, следовательно, устойчивость смонтированных конструкций. При самоподъемном кране сначала устанавливают конструкции ячеек, расположенных вблизи крана, затем — более удаленных.

При каркасе из сборных железобетонных конструкций его жесткость и  устойчивость обеспечиваются не только прочностью самих конструкций, но и прочностью стыков колонн, всех остальных стыков элементов каркаса. Запрещается приступать к монтажу конструкций последующего этажа, пока не будут закреплены сварными соединениями все стыки и узлы предыдущего.

В железобетонных каркасах с плоскими вертикальными диафрагмами жесткости  монтаж конструкций каждого яруса (этажа) выполняют в такой последовательности:

1. колонны, диафрагмы жесткости, ригели;
2. наружные стеновые панели, оставшиеся внутренние панели и перегородки;
3. лестничные площадки и марши, плиты перекрытий.

Широкое распространение получило использование крышевых кранов для  монтажа стеновых панелей, других элементов ограждения. Они применимы для бетонирования верхних ярусов ядра жесткости на высоту до 6 этажей, для подачи на высотные приемные площадки бетона, раствора, мелкоштучных и сыпучих материалов, санитарно-технического оборудования, столярных изделий и т. д.

Монтаж стеновых панелей либо совмещают  с монтажом каркаса и ведут  параллельно, либо их навешивают сразу  на всю высоту здания после окончания  возведения каркаса. Во втором случае для монтажа стеновых панелей  может быть задействован крышевой кран.

Элементы железобетонного каркаса  устанавливают в последовательности, обеспечивающей создание замкнутых ячеек каркаса. Все несущие конструкции и связи необходимо закреплять сразу после выверки элементов каждой ячейки. Особое внимание необходимо уделить правильности положения колонн в плане и обеспечению их вертикальности. Для этого колонны устанавливают с помощью одиночных, групповых кондукторов и РШИ, с применением подкосов и гибких расчалок.

Межколонные плиты-распорки укладывают сразу после ригелей, их приваривают к закладным деталям, расположенным на опорных гранях ригелей и элементов стен жесткости. Рядовые плиты приваривают к закладным деталям обязательно в трех узлах. Качество приварки каждой плиты необходимо проконтролировать до укладки соседней плиты.

2.3.2 Монтаж зданий при стальном и смешанном каркасах

 

Высота каркаса может достигать 200 м и более, а общая масса  — десятков тысяч тонн. Стальной каркас высотного здания состоит из колонн и ригелей, соединенных в двух направлениях жесткими сварными узлами в рамные системы, воспринимающие вертикальные и горизонтальные (ветровые) нагрузки. Колонны изготавливают сварными с использованием, по возможности, стандартных прокатных профилей. Наиболее часто встречаемые сечения — двутавровое, квадратное и крестовое. Торцы у колонн обычно фрезеруют. Стыки стальных колонн выполняют с фрезерованными торцами. Во избежание возможного неточного совпадения торцов в плане в верхнем торце предусмотрена строганая плита. Стыки колонн после закрепления болтами и выверки проваривают по контуру.