Возведение высотных сооружений - башен, мачт, труб

Общие положения

Высотными называют сооружения, высота которых намного превышает их размеры в поперечном сечении. Такие сооружения работают на восприятие преимущественно горизонтальных нагрузок, основной из которых является ветровая. К высотным сооружениям относят вытяжные трубы (вентиляционные и дымовые), опоры антенных сооружений радио и телевидения, метеорологические вышки, опоры воздушных лний электропередач и т. п.

Башня - вертикально и свободно стоящее высотное сооружение, жестко защемленное в основании, что достигается анкеровкой ствола башни к фундаментам, и не требующая по этой причине оттяжек. В большинстве случаев башни проектируют в виде пространственных конструкций, имеющих форму призмы или пирамиды, часто с небольшими переломами в очертании поясов по высоте. Башни представляют собой решетчатые конструкции из трубчатых, прокатных или сварных профилей.

Высота радио- и телевизионных опор обычно 180...380 м, радиорелейных опор -50...120 м, вытяжных труб-башен - 90...180 м, молниеотводов -170...230 м.

Мачта - вертикальное высотное сооружение, шарнирно или защемленно опирающееся на фундамент и удерживаемое натянутыми и наклонно идущими к земле стальными канатами-оттяжками в один или несколько ярусов. Мачты чаще всего имеют решетчатую конструкцию трех- или четырехгранного сечения или листовую конструкцию в виде сплошной трубы. Ствол решетчатых мачт состоит из пространственных секций длиной 6,75...13 м, изготавливаемых на заводе и соединяемых при монтаже фланцами на болтах.

Мачты экономичнее башен по расходу металла и стоимости. При высоте до 150 м стоимость мачт на 20...30% ниже. Этот разрыв возрастает с увеличением высоты сооружения. Однако сооружениям мачтового типа присущи определенные недостатки.

Достоинства башен по сравнению с мачтами:

- меньшая площадь застройки;

- отсутствие необходимости периодической регулировки и замены растяжек;

- большая надежность при эксплуатации;

- удобное при монтаже и эксплуатации технологическое оборудование;

- большая эстетичность - отсутствие оттяжек и растяжек.

Монтаж башен

Башни отличаются от зданий и сооружений обычного типа:

- большой высотой конструкций (телебашня в Москве — 533 м), значительно превышающей размеры поперечного сечения и основания в плане;

- незначительной массой технологического оборудования по сравнению с собственной массой конструкций;

- второстепенным значением собственной массы конструкций и технологического оборудования по сравнению с ветровой нагрузкой.

Экономические требования к башням:

- долговечность сооружения при наименьших затратах на его строительство и эксплуатацию;

- технологичность, малая трудоемкость при заводском изготовлении и монтаже;

- минимальные сроки работ, максимальная безопасность и нормальные условия ведения монтажных работ.

Технологические факторы возведения башен:

- значительная зависимость возможности проведения монтажных работ от метеорологических условий (ветер, гололед, туман, низкая температура);

- ограниченное число рабочих мест в зоне производства работ;

- небольшая масса монтажных элементов и их малая повторяемость;

- повышенные требования к качеству работ и точности монтажа, постоянный геодезический контроль.

При монтаже башен необходимо учитывать возникающие дополнительные нагрузки от:

- монтажных механизмов (подвесные краны, порталы, лебедки);

- изменения пространственного положения конструкции в процессе монтажа по сравнению с эксплуатационным (поворот башни вокруг шарниров при методе поворота);

- приложения сосредоточенных усилий в отдельных узлах при подъеме (крановый подъем собранной башни или ее частей, собранных на земле).

При возведении башен наиболее распространены следующие методы:

- наращивание конструкций в проектном положении - традиционное поярусное возведение снизу вверх;

- монтаж поворотом - предварительная сборка башни на земле в горизонтальном положении с последующим поворотом вокруг шарнира в вертикальное проектное положение;

- подращивание конструкции - сборка в вертикальном положении, начиная с самых верхних конструкций, их подъем, подведение под них последующих конструкций, их общий подъем до полного выдвижения всей конструкции.

Монтаж башен наращиванием. Сущность метода - поярусный монтаж от нижних отметок к верхним с использованием различных монтажных механизмов. При наращивании монтаж ведут до определенных отметок монтажным краном, установленным на земле, а затем другим механизмом, установленным или закрепленным на смонтированных конструкциях. Этот механизм последовательно перемещается по смонтированным конструкциям по мере возведения башни и осуществляет поэлементный монтаж.

Монтаж наращивание можно осуществлять с помощью различных монтажных механизмов (рис. 16.1):

- переставным краном типа кран-укосина;

- универсальными подвесными самоподъемными кранами;

- ползучими самоподъемными кранами.

Варианты монтажа собранными на земле блоками (секциями):

- самоходными гусеничными, пневмоколесными и мобильными кранами на специальных шасси;

- башенными кранами достаточной высоты для установки верхних элементов;

- приставными башенными кранами высотой 120...150 м в два этапа: до отметки 65 м кран работает, находясь свободно на своем основании, а далее ствол крана наращивают в верхней части дополнительными звеньями и для повышения устойчивости дополнительно соединяют монтажными диафрагмами со смонтированной частью башни.

Для монтажа крупноблочных конструкций башни, установки и замены технологического оборудования, верхних частей башни используют вертолеты.

Поворот башен вокруг шарнира. Метод наиболее часто применяют для башен высотой 40...80 м, реже - при высоте до 100 м. Сборку осуществляют на земле в горизонтальном положении с использованием автокрана. Пояс нижнего яруса башни закрепляют в шарнирах, которые устанавливают на фундаментах этой башни. Подъем в вертикальное положение осуществляют вокруг шарнира с помощью лебедок тяговых полиспастов и падающей стрелы, которую могут заменить шевры, неподвижные и наклоняющиеся мачты, краны и другие монтажные механизмы.

Достоинства метода - сборка конструкций башни на земле не требует высококвалифицированных верхолазов, сборка такелажа и подъемного оборудования также выполняется на земле и доступна для контроля.

При монтаже башни методом поворота учитывают наличие двух этапов. Первый – от начала поворота до положения неустойчивого равновесия, когда центр тяжести башни проходит через поворотный шарнир, после чего наступает второй этап, когда включаются в

работу тормозные оттяжки и полиспасты, обеспечивающие плавное опускание опорных башмаков на фундаменты.

Существует несколько разновидностей метода, которые в большей степени зависят от применяемого монтажного оборудования:

- чистый метод поворота, когда одну часть башни собирают на собственном фундаменте, а другую монтируют на земле и с помощью такелажного оборудования поворачивают и соединяют с уже смонтированной частью;

- подъем с дотягиванием полиспастом (рис. 16.2) применим в тех случаях, когда грузоподъемность и вылет стрелы крана не позволяют поднять и установить башню в проектное положение. С помощью самоходного крана конструкцию, закрепленную на фундаменте, поднимают до промежуточного положения. Далее включают в работу тяговые полиспасты;

- монтаж поворотом с помощью падающей стрелы (рис. 16.3, а) также осуществляется с использованием специальной стойки, закрепленной на фундаменте или закрепляемой на земле, которая помогает осуществить поворот башни вокруг шарнира.

Совершенствованием метода поворота вокруг шарнира является безъякорный способ (рис. 16.3, б). Его особенность заключается в том, что силы, действующие в элементах оснастки и в поднимаемой конструкции при монтаже, вызывают реакцию только в опорных шарнирах шевра (портала) и башни. Отсутствие мощных якорей и лебедок большой грузоподъемности упрощает монтаж и уменьшает трудозатраты.

При подъеме башенных сооружений из горизонтального положения в вертикальное способом выжимания (рис. 16.3, в) поворот осуществляют вокруг опорного шарнира с использованием такелажной системы с порталом, нижняя опорная часть которого перемещается вдоль оси поднимаемого сооружения к фундаменту, а верхняя выжимает башню.

Все рассмотренные варианты монтажа башен поворотом вокруг шарнира используют только для сооружений высотой до 90... 120 м из-за значительных монтажных усилий, возникающих в момент отрыва конструкции от земли.

Монтаж башен подращиванием.Монтаж методом подращивания заключается в том, что на низких отметках уже частично возведенной башни начинают монтаж верхних ярусов, которые циклично выдвигают вверх и по мере их выдвижения снизу подращивают конструкции нижерасположенных ярусов.

При методе подращивания башню разделяют на два блока: нижний и верхний. Нижний блок возводят способом наращивания с помощью башенных или самоходных кранов. Высота нижнего блока определяется возможностями монтажных механизмов и решениями по защемлению верхнего блока при выдвижении. Нижний блок в результате становится частью монтажной оснастки, воспринимает монтажные воздействия при выдвижении верхнего блока, на нем закрепляют направляющие и другие монтажные приспособления.

Подращиванием называют метод монтажа высотных сооружений, при котором конструкции выше отметки, доступной для установки элементов монтажным краном, собирают внизу, начиная с верхней секции сооружения, и выдвигают вверх на высоту очередной секции. Верхний блок собирают частями внутри нижнего блока, выдвижение блока осуществляют с помощью грузовых полиспастов или гидроподъемников. После подъема очередной секции и соединения ее с ранее собранной частью сооружения на уровне земли собирают и готовят к подъему очередную секцию конструкции.

Последовательность монтажных работ при возведении башен подращиванием приведена на рис. 16.4 – 16.7.

Монтаж радиомачт

Монтаж радиомачт осуществляют тремя основными способами:

- наращиванием с помощью самоподъемных кранов и вертолетов;

- методом поворота вокруг шарнира;

- методом подращивания.

Монтаж мачт наращиванием. Монтажрешетчатых мачт наращиваниемосуществляют по-секционно спомощью самоподъемныхполноповоротных кранов,перемещаемых по одной изграней мачты (рис. 16.8). Монтажсамоподъемных крановвыполняют стреловым краномпосле монтажа опорной и нижнихсекций мачты.

Методы и последовательность монтажа листовых и трубчатых конструкций аналогичны. Отличие заключается в том, что устанавливают и закрепляют секции мачт листовой конструкции с внутренних площадок и со специальных наружных кольцевых подмостей, которые переставляют краном по мере возведения башни и подвешивают к скобам, приваренным на верху смонтированной секции (рис.16.10).

Монтаж мачт поворотом и подращиванием. Подъем предварительно собранных на земле мачт в проектное положение осуществляют несколькими способами в зависимости от типа подъемного оборудования и усилий, возникающих в процессе монтажа.

Подъем поворотом вокруг шарнира (рис. 16.11) осуществляют чаще всего с применением тяговых полиспастов и падающей стрелы или шевра. Высоту падающей стрелы принимают в пределах 1/3 высоты поднимаемой конструкции. При увеличении высоты падающей стрелы уменьшается необходимое для подъема усилие в тягах и тяговом полиспасте.

Основным монтажным оборудованием при монтаже мачт подращиванием является портал, оснащенный тяговыми полиспастами, приводимыми в действие электролебедками. Перед подъемом мачта полностью укомплектовывается технологическим оборудованием. При монтаже она опирается на подъемную раму портала с балансиром по направляющим.

Для удержания мачты в вертикальном положении в процессе выдвижения используют временные и постоянные оттяжки.

Монтаж мачт поворотом вокруг шарнира и подращиванием имеет ограниченное применение.

При монтаже башенных и мачтовых сооружений с помощью вертолета применяют методы наращивания и поворота вокруг шарнира.

Монтаж башен вертолетами методом наращивания (рис. 16.12) осуществляют блоками в

соответствии с грузоподъемностью машины.

Каждый блок оснащают ловителями и монтажными фиксирующими приспособлениями, обеспечивающими дистанционную наводку блока и установку его в проектное положение.