Возведение зданий многоэтажных зданий из металлических конструкций.

 

 

Наибольшее распространение получили металлические конструкции при возведении зданий, имеющих высоту более 60м и количество этажей 30…40 (высотные здания). В этих зданиях применяются следующие конструктивные системы: рамная, шарнирная, ствольная (т е. со стволом жесткости), связевая система с внешним стволом в виде пространственной фермы.

Рамная конструкция представляет собой стержневую схему с жест­кими узлами. Применяют также рамы с отдельными шарнирными узлами, а также с вертикальными связями (рис 4.37). Основное затруд­нение при сооружении зданий этого типа связано со сложной укрупнительной сборкой несущих элементов в монтажных стыках из-за наличия узлов в местах соединений ригелей с колоннами.

Рис.4.37. Статические схемы высотных зданий. А) - рамная с жесткими узлами; б) - рамная с жесткими и шарнирными узлами;, в) — рамная с вертикальными связями; г) — шарнирная с вертикаль ними связями.

Конструкция шарнирного каркаса с плоскими вертикальными связями позволяет применять однопролетные свободно опертые балки перекрытия. В этом случае их шарнирные соединения с колоннами являются очень простыми и легкими в монтаже Чаще всего соединения в таких узлах выполняются на болтах. Правильное и быстрое выполнение монтажа стальной конструкции зависит также и от числа и размещения вертикальных связей

Для рамных и шарнирных систем монтаж производят с помощью одно­го или нескольких прислонных кранов. Иногда дополнительно использу­ют вспомогательный самоподъемный кран, установленный на вершине конструк­ции и поднимающийся вместе с нею. При сооружении высотных зданий можно применять монтаж несущей конструкции с укрупнением сегментов рам путем их поворота на опоре.

В схеме со стволом жесткости основную роль играет железобетонный или стальной ствол жесткости здания. В зависимости от роли ствола жесткости и конструктивного решения перекрытий можно выделить несколько типов каркасов ствольных зда­ний с консольными этажами, с подвешенными перекрытиями, с предварительным напряжением, с шарнирным каркасом (рис.4.38).

Ствол, особенно железобетонный, выполняемый в скользящей опалуб­ке, в значительной степени облегчает монтаж остальных конструктивных элементов, позволяет поднимать целые укрупненные блоки, элементов перекрытия, а также дает возможность устанавливать устройства верти­кального транспорта. Он является также монтажным элементом жест кости и исключает использование подмостей.

При использовании конструкции с консольными этажами из-за необ­ходимости одновременного выполнения работ, связанных с заделкой стыков перекрытий, а также бетонирования ствола монтажные работы выпол­няются медленно, поэтому такие решения применяют реже, чем подвешен­ные перекрытия или шарнирный каркас.

Использование каркаса с подвешенными перекрытиями, а также кон сольной конструкции подвески, расположенной на верху ствола, делают возможным легкий и быстрый монтаж укрупненных блоков. В этой системе балки перекрытий опираются на ствол жесткости и на подвески. Для этого случая применяются следующие способы монтажа перекрытий: подъем перекрытий талями, помещенными на консольной конструкции; монтаж несущих элементов с помощью крана, рас­положенного на верхушке железобетонного ствола.

Рис.4.38. Схемы высотных зданий со стволом жесткости. А) – с консольными этажами; б) – с подвешенными перекрытиями; в) – с предварительным напряжением; г) – с шарнирным каркасом; 1 – ствол жесткости; 2 – консольные перекрытия; 3 – подвешенные перекрытия; 4 – перекрытия с опиранием на ствол жесткости и колонны; 5 – опорная консоль; 6 – несущие кабели; 7 – шарнирные колонны; 8 – подвески.

В схеме с предварительным напряжением тросы, несущие перекрытия, заанкерены в фундаментах, а часто также предварительно напряжены. В результате такого решения несущие тросы работают со стволом в передаче горизонтальных сил. В этом случае вследствие больших возможностей типизации несущих элементов значительно сокращается время монтажа по сравнению с другими конструктивными решениями. Предварительно напряженная конструкция особенно пригодна для монтажа укрупненными блоками.

Монтаж перекрытий может быть выполнен двумя способами:

сверху с помощью гидравлических домкратов, после выполнения фун­даментов и основания ствола жесткости, на исходной отметке укладыва­ют собранные сегменты перекрытий поочередно один на другом; между основанием ствола и его оголовком устанавливают гидравлические дом­краты, которые по мере возведения ствола поднимают поочередно перекрытия здания

после предварительного выполнения ствола и закрепления кабелей, укрупненные сегменты перекрытий поднимают поочередно вверх (рис 4.39).

Рис.4.39. Подъем перекрытий по стволу жесткости. 1 – несущие кабели; 2 – монтажные кабели; 3 – ствол жесткости здания; 4 – оголовок ствола жесткости; 5 – плита покрытия; 6 – стеновые ограждения; 7 – перекрытия, подготовленные к монтажу.

В ствольной системе с шарнирным каркасом несущие элементы пере­крытий шарнирно опираются на ствол жесткости и систему колонн. В этом случае монтаж ведется с помощью прислонного крана, прикрепляемого к конструкции каркаса, или же с помощью самоподъемного крана, поднимающегося вместе с монтируемой конструкцией.

Для зданий высотой 300—500 м применяют конструктивные схемы с внешним стволом в виде пространственной фермы. Такая схема работы конструкции обеспечивается в результате применения густой сетки наруж­ных колонн и толстых ригелей. Из-за наличия жестких узлов, а также вследствие значительной высоты монтаж таких конструкций представляет собой трудоемкий и дорогостоящий процесс. Однако такие решения име­ют ряд преимуществ, к которым прежде всего относятся хорошая работа конструкций и небольшой расход стали, — сопоставимый с расходами в зданиях, высота которых измеряется всего несколькими десятками этажей. Это решение применено при сооружении зданий, которые отно­сятся к самым высоким в мире Сирс Тауэр высотой 442 м, Стандард Ойл высотой 342 м, Джон Хэнкок Сентер в Чикаго высотой 337 м, Ферст Бэнк Тауэр в Торонто высотой 285 м и др.

Монтаж зданий такой системы чаще всего проводят с помощью башен­ных кранов с оттяжками располагаемых внутри мон­тируемой конструкции или на наружных колоннах здания.

Наряду с монтажом стальных каркасов высотных зданий важной проб­лемой является также монтаж стеновых ограждений, который чаще всего осуществляют с помощью подмостей, висящих на верху стального каркаса.

Конструктивные элементы комбинированных каркасов высотных зданий решаются следующим образом (рис.4.40):

Рис. 4. 40. Сечения колонн высотных зданий. А – стальных; б – с жесткой арматурой.

колонны с расчетным усилием по 1800 т в виде стального сер­дечника в железобетонной обойме. В отдельных случаях сердечники выполняют из слябов, сваренных в квадратные либо Н-образные сечения, или из уголков крупного профиля 160…200Х16…25мм закрытого сечения, в которое в зависимо­сти от возрастания продольного усилия вводят 2, 4, 6 или 8 уголков;

колонны верхних этажей с расчетными усилиями до 500—550 т принимают из сборных железобетонных элементов унифицированного каркаса, сечением 40Х40 см;

колонны первых этажей с усилиями, превышающими 1800— 2000 т в виде сердечников из сварных двутавров большого сечения. Сердечники бетонируются в проектном положении в сборной опалубке или собираются из заранее обетонированных на заводе ЖБИ.

ригели из сборных железобетонных унифицированных конструкций с закладными деталями, обеспечивающими жесткие свар­ные монтажные узлы с колоннами.

стальные ригели двутаврового сечения, сваренные с нижней уширенной полкой, на которую укладываются плиты междуэтажно­го перекрытия.

Для междуэтажных перекрытий используют:

распорные плиты, укладываемые только по оси колонн с закладными деталями для сопряжения сварными накладками плит смежных пролетов и унифицированные, облегченные многопустотные плиты, свобод­но укалываемые в пазы железобетонных либо стальных ригелей;

2Т-образные плиты либо беспустотные с закладными частями, привариваемыми к ригелям.

Стыки стальных колонн (или сердечников) выполняются с фрезерованными торцами. Для повышения точности монтажа опирание колонн предусматривается строганная плита d=30…40 мм. Стыки колонн после закрепления болтами и выверки обвариваются по контуру. Стыки железобетонных колонн решаются преимущественно в виде выпусков рабочей арматуры свариваемых встык, и в сравнении с другими вариантами стыков являются наименее металлоемкими.

Основное внимание при монтаже высотных зданий уделяется обеспечению устойчивости несущего каркаса. При сборке стальных каркасов здания, закрепление болтовых либо сварных сопряжении монтажных стыков и узлов уже создает достаточную их прочность, а наличие постоянных проектных связей в сооружении обеспечивает также жесткость и устойчивость смонтированной части каркаса. Общая устойчивость открылков каркаса, примыкающих к ядру жесткости либо к связевым или рамным панелям здания, обеспечивается жесткостью дисков междуэтажных перекрытий каждого этажа. Жесткость междуэтажных перекрытий создается только после замоноличивания всех швов и сопряжении плит с ригелями и колоннами и между собой, либо после бетонировки сплошной плиты толщиной 60—80 мм, армированной сеткой поверху плит перекрытия. Поэтому при сборке комбинированных каркасов высотных зданий из сборных либо сборно-монолитных железобетонных конструкций прочность и устойчивость каркаса обеспечиваются:

сваркой стыковых накладок и замоноличиванием швов между элементами ядра жесткости (сборный вариант), сваркой арматурных выпусков, бетонированием и набором прочности стен ядра жесткости (монолитный вариант) либо сваркой стыков и узлов ядра жесткости (сборный вариант);

сваркой закладных частей и рабочей арматуры в монтажных стыках и узлах всего каркаса с последующим замоноличиванием стыков, узлов и швов. Для каркасов зданий, где междуэтажные пе­рекрытия решены из плит (2Т-образных и др.) и ригелей с преду­смотренными в них закладными деталями, жесткость диска перекры­тия обеспечивается сразу после установки и приварки плит к ригелю.

Строительные нормы разрешают производить монтаж каждого вышележащего яруса многоэтажного здания толь­ко после достижения бетоном в замоноличенных стыках и узлах не­сущих конструкций нижележащего яруса не менее 70% проектной прочности.

Для монтажа каркасов вы­сотных зданий применяют следующие краны:

самоподъемные башенные краны, устанавливаемые внутри кон­тура здания и опираемые на смонтированные конструкции (рис. 4.41).

комбинированные: свободно стоящие (до отметок 40—60 м), а затем приставные ба­шенные краны;

стационарные приставные башенные краны, устанавливаемые на земле вне контура здания и подращиваемые снизу либо наращи­ваемые сверху с закреплением башни к каркасу здания передвижными распорками-обоймами.

Рис. 4.41. Схемы установки самоподъемных кранов. а – с защемлением в горизонтальной плоскости; б – с защемлением в вертикальной плоскости; 1 – нижняя опора; 2 – верхняя опора; 3 – выдвижная обойма.

Самоподъемные башенные краны могут опираться на каркас зда­ния либо на стальную специальную шахту, закрепляе­мую по высоте к каркасу или ядру жесткости, и перемещаются только по вертикали. Размещение их в плане определя­ется конфигурацией здания и радиусом действия кранов. Обычно применяют один или два самоподъемных крана, которые охватывают рабочими зонами все здание. Каждый кран с одной стоянки мон­тирует конструкции в пределах одного яруса (двух, трех или четырех этажей), после чего поднимается вверх на новую стоянку.

Возведение монолитного ствола жесткости и монтаж кон­струкций каркаса могут быть осуществлены с помощью приставных кранов, установленных внутри ствола жесткости. Башни кранов подращивают снизу секциями по мере возведения ствола жесткости. Основные этапы возведения здания в этом случае выполняют последовательно на всю высоту здания либо очередями: бетонирование ствола жесткости до промежуточной отметки; монтаж каркаса; бетонирование ствола жесткости до следующей промежуточной либо конечной отметки; монтаж каркаса.

Приставные стационарные краны, как и самоподъемные, могут обслуживать в плане только определенную рабочую зону. Поэтому для монтажа всего высотного здания в некоторых случаях приходится устанавливать два приставных крана. В целях безопасности один из них должен быть выше другого. Кроме того, зоны их работы не должны пересекаться.

Ведущим, процессом, при возведении каркасов высотных зданий является установка конструкций. Темпу выполнения этого процесса должно быть подчинено выполнение всех других про­цессов комплекса монтажных работ и этапов возведения здания.

В зависимости от последовательности выполнения отдельных работ высотные здания возводят раздельным, комплексным или раздельно-комплексным методами.

При раздельном методе все этапы работ выполняют последо­вательно: сначала бетонируют ядро жесткости, монтируют на всю высоту каркас, стеновые панели, а затем выполняют отделочные работы.

Комплексный (совмещенный) метод состоит в совме­щённом выполнения на разных уровнях всего комплекса монтажных, строительных и отделочных работ.

При раздельно-комплексном (комбинированном) методе одни этапы работ могут выполняться раздельно, другие — совмещено: бетонирование ядра жесткости до промежуточной отметки; монтаж конструкций каркаса, стеновых панелей, отделочные работы. Возведение монолитного ядра жесткости при комплексном методе выполняется отдельным потоком совмещенно с монтажом каркаса и, как правило, с опережением от примыкающих к нему горизонтальных конструкций каркаса либо с некоторым отставанием от него. Величина возможного отставания монолит­ного ядра определяется из условий устойчивости незакрепленно­го к ядру жесткости каркаса.

Монтаж элементов сборного ядра или диафрагм жесткости выполняют в необходимой технологической последовательности одновременно с монтажом соответствующего этажа каркаса.

Раздельный метод позволяет более широким фронтом произ­водить отдельные виды монтажных или общестроительные работ. Это может обеспечить сокращение продолжительности вы­полнения отдельных этапов, но их последовательное выполнение без совмещения работ может привести и к удлинению общего срока возведения здания.

Комплексный метод позволяет сократить срок строительства вследствие параллельного производства работ по монтажу каркаса, бетонированию ядра жесткости, омоноличиванию стальных конструкций колонн, бетонированию монолитных участков перекрытий, монтажу панелей ограждений, отделочных и других работ.

Монтаж стальных каркасов высотных зданий выполняется из отдельных конструктивных элементов, плоских или про­странственных блоков конструкций. Монтаж конструкции произ­водят по ярусам чаще всего двумя захватками, что дает возмож­ность одновременно выполнять на разных захватках монтажные и строительные работы.

Конструктивные элементы и блоки конструкции устанавлива­ют в последовательности, обеспечивающей создание замкнутых ячеек каркаса и, следовательно, устойчивость смонтированных конструкций (рис.4.42). Вначале монтируют конструкции одной из внутрен­них ячеек или связевые конструкции ядра жесткости, создавая общую пространственную жесткость каркаса, а затем конструкции вокруг внутренней ячейки и далее к наружным граням здания. Начальной ячейкой монтажа каркаса может быть и наружная ячейка, расположенная с дальней стороны от крана. В этом случае монтаж конструкция ведут на кран от наружных граней здания к центру.

Последовательность установки конструкций в проектное по­ложение в пределах яруса и захваток определяется особенностями конструктивных решений и узловых соединений, условиями обеспечения устойчивости отдельных элементов и частей зданий, требованиями безопасности работ, расположением и типом монтажных кранов.

Монтаж колонн нижнего яруса стального каркаса выполняют безвыверочным методом. Колонны опирают на заранее установленные, выверенные и подлитые цементным раствором или бетоном на мелком заполнителе стальные опорные плиты (рис. 4.43). Фундамент бетонируют до уровня на 70—100 мм ниже про­ектной отметки подошвы плиты, затем устанавливают опорные плиты, совмещая их осевые риски с рисками разбивочных осей на фундаментах. Положение каждой плиты по высоте регулируется тремя установочными винтами с таким расчетом, чтобы верхняя плоскость плиты располагалась на проектной отметке опорной плоскости башмака колонны с точностью не более ±1,5 мм по высоте и не более 1:1500 по уклону.

Рис. 4.43. Схема установки колонн «безвыверочным» методом. 1 – фундамент; 2 – подливка бетоном; 3 – опорная плита; 4 - осевые риски; 5 – проушины; 6 - установочные винты.

Опорные поверхности плит и колонн фрезеруются на заводе. К каждой опорной плите приваривают .по- три планки (проушины) размером 100Х100 мм с отверстием диаметром 50 мм. Перед установкой плит производят тщательную проверку поверхности фундаментов и анкерных болтов. Опорные плиты устанавливают краном на фундаменты и закрепляют установочными винтами. Затем при помощи нивелира устанавливают плиты на проектную отметку. Выверенные плиты закрепляют к анкерным болтам и сдают под подливку. Подливка выполняется на 10 мм ниже верха опорной плиты с устройством опалубки, ограничивающей растекание бетонной смеси. В процессе монтажа колонны совмещают осевые риски, нанесенные на колонну с рисками на опорных плитах, после чего колонна закрепляется анкерными болтами и принимает проектное положение. Дополнительной выверки при соблюдении вышеуказанных допусков не требуется. Трудоемкость монтажа колонн при этом снижается в среднем до 30%.

 

Рис. 4.42. Последовательность установки конструкций на монтажном ярусе. I, II, III – монтаж ядра жесткости; IV – монтаж периферийной части (открылков). 1 – распорки; 2 – связи; 3 – ригели.

Монтажные соединения стальных конструкций каркаса выполняют в основном на сварке или на болтах. Стальные колонны устанавливают в стык, сваривая их полки и стенки.

В процессе сборки соединений колонн и для временного их крепления применяют парные уголки-фиксаторы или сборочные планки, привариваемые к стыкуемым элементам, через которые пропускают стяжные болты. Сборку соединений осуществляют стяжными болтами нормальной точ­ности. После сварки соединений стяжные болты вынимают, а уголки - фиксаторы, сборочные планки или опорные столики, приваренные для установки колонн, срезают. Стальные балки и ригеля устанавливают на колонны через консоли или монтажные столики. В процессе установки балки и ригеля заводят между уголками либо наводят на разбивочные оси, нанесенные на консоли колонн.

Отделочные работы при воз­ведении высотных зданий могут либо совмещаться с монтажом конструкций каркаса и обще­строительными работами либо выполняться после окончания монтажа каркаса всю высоту здания. В случае совмещения отделочных с другими работами их на­чинают после окончания монтажа каркаса, омоноличивания кон­струкций и выполнения общестроительных работ на высоту 6— 10 этажей. Работы выполняют на одной захватке первого яруса в то время, когда на второй захватке монтируют шестой — деся­тый этажи. Затем монтажники и отделочники меняются захватками до тех пор, пока не будет закончен монтаж каркаса и выпол­нены общестроительные работы, что позволяет начать производ­ство отделочных работ на обеих захватках. При таком совмещении процессов отделочные работы выполняют в направлении от нижних этажей вверх. Возможный разрыв в производстве монтажных и отделочные работ определяется из условия непрерывности их выполнения.

В законченных частях каркаса по высоте могут быть выделены зоны отделочных работ, над которыми по перекрытию устраивают гидроизоляцию и в нижележащих этажах производят окончательную отделку помещений. Отделочные работы в отдельных зонах, каждая из которых принимается высотой 8…10 этажей, ведут в направлении сверху вниз. Отделочные работы после полного окончания каркаса здания начинают с верхних этажей. В этом случае увеличивается продолжительность возведения здания, но улучшаются условия работы отделочников.

Монтаж лифтов выполняют параллельно с возведением конструкций этажей и эксплуатируют их до сдачи всего объекта В используемых в процессе строительства лифтах облицовка кабин выполняется после окончания отделочных работ.

Выбор метода возведения высотного здания зависит от размеров и конфигурации его в плане, эксплуатационных параметров монтажных кранов, продолжительности возведения здания.