Лекция 10. Монтаж зданий с пространственными покрытиями

Вопросы лекции:

10.1. Особенности конструктивных решений элементов большепролетных зданий и сооружений и их монтажа.

10.2. Возведение зданий с покрытиями в виде оболочек, складок.

10.3. Монтаж зданий с арочными и купольными покрытиями.

10.4. Монтаж зданий с Байтовыми и мембранными покрытиями.

10.5. Возведение зданий с перекрестно-стрежневыми покрытиями.

 

10.1. Особенности конструктивных решений зданий с пространственными покрытиями

Технологические и функциональные требования обусловливают постоянное увеличение пролетов конструктивных элементов зданий и сооружений. Поэтому в последние годы все чаще встречаются производственные здания и сооружения пролетами 96 м и более, спортивные сооружения пролетами до 224 м, здания рынков пролетами 100 м и более широкое применение неразрезнных длинномерных подкрановых и подкраново-подстропильных балок и ферм.

В качестве элементов покрытия большепролетных зданий и сооружений применяют:

- металлические ба­лочные и ферменные системы (иногда предварительно напряженные с затяжками);

- блочно-балочные конструкции с тонколистовыми предварительно напряженными обшивками (блочные конструкции представляют собой пространственный каркас, на который натянуты обшивки только сверху или сверху и снизу; панельно-блочные конструкции состоят из верхней и нижней панелей, соединенных в пространственный блок вертикальной решеткой и поперечными связями);

- перекрестно-стержневые системы типа структур; рамные конструкции; висячие покрытия (мембранные тонколистовые одно- и двухпоясные: с жесткими нитями — висячими фермами и балками: подвесные — плоскостные и пространствен­ные (рис. 10.1), арочные и купольные системы;

- железобетонные пространственные покрытия (купола, своды, оболочки, складки, арки).

 

 

Рис. 10.1. Схемы несущих систем висячих покрытий:

а—е — однопоясных; ж—и — двухпоясных; к, л — с висячими фермами; м-о — подвесных (консольных и пространственных); 1 — тонколистовая мембрана; 2 — стабилизирующие ванты; 3 — несущие ванты; 4 — колонны или оттяжки; 5 — подвески; 6 — распорки

Вследствие больших габаритов и масс конструктивных элементов большепролетных зданий и сооружений их не всегда возможно монтировать в цельно-собранном виде традиционными методами с применением единичных грузоподъемных средств. Поэтому нередко монтаж таких элементов выполняют из отдельных частей с использованием временных опор. При предварительном укрупнении элементов и для их монтажа в проектное положение применяют одновременно несколько кранов, производят монтаж надвижкой (накаткой) укрупненных блоков или выполняют вертикальный подъем с использованием мощных домкратных систем.

Известны примеры монтажа большепролетных покрытий с применением козловых кранов большой грузоподъемности (до 100 т) и крупными блоками (массой до 1200 т) с использованием гидроподъемников и самоходных подмостей-установщиков.

 

10.2. Возведение зданий с покрытиями в виде оболочек, складок

Своды и оболочки из сборных железобетонных элементов позволяют перекрывать большие площади одноэтажных промышленных зданий без промежуточных колонн при минимальном расходе материалов.

Постоянное улучшение конструктивных решений и методов монтажа сводов и оболочек из сборных железобетонных элементов во многом способствует более широкому их применению в промышленном строительстве.

Особое распространение получили цилиндрические оболочки КЖС, которые значительно экономичнее плоских плит покрытия.

В настоящее время в строительстве применяют своды и оболочки следующих типов:

длинные цилиндрические оболочки размером 3 х 12 м для сетки колонн 24 х 12 м;

короткие цилиндрические оболочки размером 3 х 12 м, 3 х 18 м и 3 х 24 м, перекрывающие пролет здания;

оболочки двоякой положительной кривизны;

оболочки двоякой отрицательной кривизны;

купола.

Длинные цилиндрические оболочки собирают из плит размером 3х12 м, выпускаемых двух типов — средних и торцевых, и бортовых элементов.

Панели имеют толщину 40 мм и ребро по контуру. Торцевые панели имеют с торцов диафрагмы в виде арок с затяжками. Бортовые элементы выполняют для пролета 24 м в виде двутавровых балок с криволинейным верхним поясом.

Монтаж оболочки начинают с установки на колонны бортовых элементов, которые крепят сваркой к колоннам. До установки плит на бортовые элементы (при пролете в 24 м) их в четвертях опирают на временные опоры с домкратами. Монтаж панелей начинают с торцевой панели. При этом затяжку торцовой плиты приваривают к оголовку колонны, а плиту — к бортовому элементу. Затем устанавливают и приваривают четыре рядовые плиты, а потом торцевую плиту с затяжкой. Монтаж выполняют гусеничным краном грузоподъемностью 10 т на требуемом вылете. Стропят панели за четыре петли траверсой. После сварки стыков, замоноличивания всех швов и выдержки бетона бортовые элементы раскружаливают. Нагрузку с временных опор снимают и опоры удаляют, после чего оболочка работа­ет совместно с бортовыми элементами и затяжками.

Короткие цилиндрические предварительно напряженные панели типа КЖС широко применяют для пространственных покрытий промышленных и гражданских зданий. Плиты КЖС выпускают длиной 12, 18 и 24 м, равной перекрываемому пролету. Ширина плиты 3 и 6 м, масса до 2 т.

Плиты выпускают с торцевыми затяжками, что позволяет их устанавливать непосредственно на заранее смонтированные колонны.

Монтаж плит производят гусеничным краном. Плиты предварительно подают в пролет или непосредственно к моменту подъема под кран. Строповку плит осуществляют траверсой за 4 точки. После установки плиты ее приваривают к закладным элементам на колонне. Схема монтажа плит КЖС показана на рис. 10.2. Оболочки двоякой кривизны применяют для перекрытия крупной квадратной сетки колонн: перекрытий складов, механических цехов и других производственных помещений, где нужно обеспечить свободное перемещение транспорта.

Оболочки двоякой кривизны применяют как для перекрытия однопролетных, так и многопролетных зданий. Такие оболочки состоят из контурных арок-диафрагм с предварительно напряженным нижним поясом и скорлупы. У сборно-монолитных оболочек скорлупа образует многогранник, набираемый из плоских плит ромбической и треугольной формы. Сборные оболочки перекрывают ребристыми цилиндрическими панелями размером 3х6 м. Монтаж сборно-монолитных оболочек со скорлупой из плоских плит требует применения подмостей или кондукторов. Монтаж выполняют в следующем порядке. Контурные арки устанавливают на колоннах гусеничным краном и закрепляют. Для установки плит скорлупы применяют башенные краны грузоподъемностью 5т или гусеничные с башенно-стреловым оборудованием.

Рис. 10.2. Схема монтажа плит КЖС размером 6 х 18 м (справа разрез А-А):

1 — установленная плита; 2 — края крана СКГ-63А; 3 — плита, поданная для подъема

 

Выставляют подмости или кондуктор. Каждый угол установленной плиты должен быть оперт на подмости или кондуктор. Углы оболочки заполняют треугольными плитами, в швы закладывают арматуру, натягиваемую после сварки выпусков, и замоноличивают их. Верхние пояса арок окончательно бетонируют после установки всех плит и заварки выпусков арматуры.

Раскружаливание оболочки выполняют после достижения бетоном в угловых зонах и швах между плитами 70% проектной прочности. Раскружаливание достигается путем опускания винтовых или гидравлических домкратов, включенных в стойки подмостей или опоры кондуктора.

Такой метод трудоемок в процессе монтажа и демонтажа подмостей или кондукторов и выполнения технологических операций монтажа плит и замоноличивания стыков.

Типовые цилиндрические оболочки серии 1.466-1 позволяют применять бескондукторный способ монтажа, что значительно сокращает трудозатраты и расход металла на приспособления.

Цилиндрические плиты 3x6 или 3 х 12 м предварительно укрупняют в блоки до требуемого размера на стенде (рис. 10.3) и оснащают двумя временными затяжками с винтовыми стяжками.

Рис. 10.3. Укрупнение оболочек:

1 — крайняя плита; 2 — стыковые элементы; 3 — средняя плита; 4 — траверса; 5 — стенд; 6 — инвентарная затяжка

 

Монтаж оболочки начинают с установки контурных ферм-диафрагм и крепления их к колоннам. Фермы временно раскрепляют. Сборку оболочки начинают с установки доборных плит, примыкающих к контурной ферме. Затем траверсой за четыре точки поднимают поочередно блоки-покрытия и устанавливают их на контурные арки. Крайние блоки имеют выпуски арматуры для приварки к верхнему поясу контурной фермы.

После выверки оболочки, монтажной сварки выпусков арматуры, замоноличивания швов и достижения бетоном 70% проектной прочности производят раскружаливание оболочки, для чего постепенно отпускают натяжение винтовых стяжек временных затяжек блоков от середины к краям и снимают затяжки (рис. 10.4).

Рис. 10.4. Бескондукторный монтаж оболочек двоякой кривизны:

1 — колонна; 2 — контурная ферма-диафрагма; 3 — плита покрытия; 4 — траверса; 5 — монтажный кран; 6 — временная затяжка с винтовой стяжкой

 

Конструкции куполов перекрывают спортивные залы, выставочные павильоны, рынки и т. д. На L рис. 10.5 показана схема монтажа купола цирка на "2000 мест из сборных железобетонных конструкций. В плане здание представляет собой 12-угольник, образованный двумя рядами колонн. Средние колонны поддерживают наружное монолитное железобетонное кольцо, на которое опирается купол диаметром 43,5 м, состоящий из 96 трапециевидных ребристых плит-оболочек двоякой кривизны. Другим концом оболочки опираются на центральное монолитное железобетонное кольцо с внутренним диаметром 13 м, которое бетонируют на проектной отметке на временной опоре, рассчитанной на опирание кольца и плит-оболочек.

Плиты-оболочки до подъема укрупняют из двух плит на стенде, обеспечивающем проектную кривизну, и для восприятия распора ставят 2 затяжки диаметром 28 мм. После сварки стыка между плитами затяжки натягивают винтовыми стяжками. Подъем и установку укрупненных плит выполняют краном КБ-160.2, перемещающимся по кольцевым путям вокруг здания. Подъем панелей производят траверсой за 4 точки.

 

Рис. 10.5. Схема монтажа покрытия цирка: 7 — ось пути башенного крана; 2 — временная опора; 3 — центральное кольцо; 4 — кран КБ-160.2; 5 — наружное железобетонное кольцо; 6 — временная затяжка плиты-оболочки; 7 — катучие подмости

 

Поставленные плиты крепят к кольцам и между собой сваркой выпусков арматуры. Швы между плитами замоноличивают. После набора бетоном 70% проектной прочности ослабляют натяжение затяжек, затем их снимают, работая с катучих подмостей, и рас-кружаливают купол путем опускания стоек центральной опоры гидравлическими домкратами.

Купола, состоящие из однотипных панелей с горизонтальными стыками ярусов, монтируют обычно навесным способом. Монтаж производят последовательной установкой панелей одного яруса. Собранный ярус обладает достаточной устойчивостью для сборки на нем панелей следующего яруса. Установку панелей выполняют башенным краном или гусеничным в башенно-стреловом исполнении.

Кран перемещается вокруг монтируемого купола или внутри его. В отдельных случаях кран может размещаться в центре купола. Склад панелей размещают в пределах вылета стрелы монтажного крана. В отдельных случаях монтаж ведется с транспортных средств («с колес»). Панели средней части купола, имеющие небольшой угол к горизонту, притягивают оттяжками к ранее установленным панелям.

При радиальной разрезке купола монтаж ведут с применением центральной временной опоры с домкратной установкой для раскружаливания купола после замоноличивания. На этой опоре также устраивают подмости для выполнения работ по сборке конструкций и их закреплению.

Наиболее интересным сооружением в нашей стране, перекрытым сборной оболочкой двоякой положительной кривизны, является универсальный спортивный зал «Дружба» (рис. 10.6) на стадионе им. В.И. Ленина в Москве.

Покрытие зала представляет комбинацию центральной сферической двояковыпуклой оболочки и 28 поддерживающих складчатых оболочек, опирающихся на общую фундаментную плиту.

Конструкция покрытия имеет три яруса опорных колец: верхнее (замыкающее центральную оболочку) — в виде контурного пояса из монолитного железобетона, среднее (на уровне перелома складчатых оболочек) — в виде стальной затяжки, нижнее — в виде монолитных контрфорсов и фундаментной плиты. Верхнее и среднее опорные кольца очерчены по сложным пространственным кривым.

В плане покрытие приближается к овалу и имеет наибольший пролет 96 м. Максимальная высота конструкции зала 20 м (считая от шарниров опор). Центральная оболочка имеет размеры 48 х 48 м и состоит из сборных железобетонных плит пяти типоразмеров.

Центральную оболочку монтировали блоками, состоящими из трех плит. Каждую из 28 складчатых оболочек собирали из шести железобетонных элементов четырех типоразмеров. Эти элементы соединяли в монтажных стыках сваркой закладных частей, затем укладывали в стыки рабочую арматуру и замоноличивали их.

 

Рис. 10.6. Универсальный спортивный зал «Дружба»: 7 — сборные железобетонные плиты покрытия (ПО-1...ПО-5) центральной оболочки; 2 — среднее опорное кольцо-затяж­ка; 3 — элементы поддерживающих складчатых опор обо­лочки (ПС-1...ПС-5); 4 — верхнее опорное монолитное железобетонное кольцо; 5 — шарниры складчатых опор; 6 — плита фундаментная

 

Монтаж покрытия спортзала выполняли с помощью специально спроектированных и изготовленных временных подмостей (рис. 10.7) и шпренгельного усиле-:ия укрупненных блоков плит центральной оболочки.

Каркас временных подмостей для монтажа оболочки состоял из 20 двухветвевых плоскостных опор, связанных в верхней части парными обвязочными балками, располагаемыми под контуром монолитного пояса центральной оболочки. Между установленной в центре сооружения пространственной центральной опорой и обвязочными балками были смонтированы парные фермы.

Обвязочные балки, располагаемые внутри контура каркаса подмостей, и парные фермы предназначены для временного опирания укрупненных блоков плит центральной оболочки, а обвязочные балки снаружи подмостей — для опирания верхней части укрупненных блоков складчатых оболочек. Восемь стоек и центральная опора подмостей опирались на фундаментную плиту, двенадцать стоек — на несущие балки трибунной части сооружения. Поэтому в первую очередь были смонтированы и закреплены встроенные несущие конструкции трибунной части (сами трибуны монтировали в последнюю очередь). Для обеспечения общей устойчивости смонтированные конструкции трибунной части были развязаны временными вертикальными и наклонными связями (в плоскости на­клонных трубчатых подкосов полурам трибун).

 

Рис. 10.7. Схема каркаса временных подмостей:

1 — центральная опора; 2 — гидравлические домкраты; 3 — стойки;4 — подкосы; 5 — распределительные балки; б — фермы; 7 — прогоны; 8 — вертикальные связи

 

Плоскостные стойки каркаса были также раскреплены в двух плоскостях жесткими подкосами.

Конструкции каркаса временных подмостей, а также встроенные конструкции трибунной части монтировали гусеничными кранами СКГ-40/63 и МКГ-25БР, установленными в центральной части зала, и рельсовым краном СКР-1500, установленным снаружи здания. На изготовление конструкций каркаса временных подмостей было затрачено 287 т стали, что снизило эффективность конструктивного решения здания.

Одновременно с монтажом каркаса подмостей выполняли укрупнительную сборку плит покрытия центральной оболочки, состоявшую из 108 сборных железобетонных плит шириной 2,4 и длиной до 7,2 м; их укрупняли в блоки 0,5 х 2,4 х 21,5 м по три плиты в каждом. Масса одного блока достигала 21 т. Укрупнение плит производили на двух металлических стендах, обеспечивавших проектную кривизну собранного блока и точность его геометрических размеров (рис. 10.8, а).

Для обеспечения устойчивости каждого укрупненного блока плит центральной оболочки при его установке в проектное положение (вплоть до замоноличивания и раскружаливания покрытия) на стендах блоки снабжали инвентарными шпренгельными затяжками.

Рис. 10.8. Стенды-кондукторы для укрупнительной сборки:

а — плит центральной оболочки; б — ромбовидных складчатых оболочек; 1 — опорная стойка стенда с подкосом; 2 — приставная лестница; 3 — площадка подмостей; 4 — плита покрытия рядовая ПО-1; 5 — временный шпренгель; б — опора стенда; 7 — элементы (ПС-1...ПС-4) складчатой оболочки; 8 — площад­ка подмостей; 9 — центральная опора стенда; 10 — приставная лестница; 11 — подкладка из доски; 12 — винтовой домкрат; 13 — поворотная ось опорного шарнира

 

Монтаж конструкций центральной оболочки выполняли рельсовым краном СКР-1500, перемещавшим­ся вокруг монтируемого зала по криволинейным замкнутым путям, а краны МКГ-25БР и СКГ-40/63 использовали на укрупнительной сборке. Кран СКР-1500 был собран в специальном башенно-стреловом исполнении со стрелой 30 м и маневровым клювом 39 м; его грузоподъемность на вылете 43 м составляла 25 т. При установке укрупненные блоки опирали на дубовые прокладки, уложенные по заданным в проекте отметкам на конструкции временных подмостей.

Для складирования укрупненных блоков были предусмотрены специальные накопители, что позволяло вести непрерывную укрупнительную сборку плит до момента окончания монтажа каркаса подмостей и приступать к монтажу, имея значительный запас заготовленных блоков. Захват блоков осуществляли четырехветвевым стропом. К моменту окончания монтажа центральной оболочки были организованы еще три стенда для сборки ромбовидных складчатых оболочек (рис. 10.8, б), и последующую укрупнительную сборку складчатых оболочек из шести элементов (каждый массой 8-12 т) производили одновременно на четырех стендах-кондукторах, расположенных по периметру сооружения.

На стендах складчатые оболочки располагали так, что верхние и нижние концы их находились на одинаковых отметках. Стенды были снабжены специаль­ными поворотными шарнирами в местах опор складок, а также рихтовочными приспособлениями в виде винтовых упоров для соблюдения исходной геометрии собираемого блока. После рихтовки опорных плоскостей стенда устанавливали средние плиты ПС-2 и ПС-4 и соединяли их между собой сваркой металлических накладок. Затем к опорным узлам этих плит в местах примыкания к ним боковых элементов приваривали стальные листы, образующие столик корыт-ного сечения, в который устанавливали оголовки боковых плит ПС-1 и ПС-3.

При этом противоположные стороны боковых плит опирали на стойки стенда. После проверки исходной геометрии сборных элементов блока складки соединяли продольные ребра боковых плит стальными накладками. Затем соединяли торцевые ребра плит, в швы между плитами устанавливали арматурные каркасы и замоноличивали швы бетоном.

Цикл работ по укрупнительной сборке и омоноличиванию складчатой оболочки составлял 7 дней (при трехсменной работе). На укрупнительной сборке были заняты три крана (МКГ-25БР, СКГ-40/63 и МКП-40). Наличие четырех стендов при семидневном цикле работ на стенде позволило организовать две комплексные бригады монтажников, каждая из которых обслуживала по два стенда.

В процессе снятия каждой оболочки со стенда ее одновременно переводили в положение, близкое к проектному. Это обеспечивалось схемой строповки специальной траверсы и возможностью поворота оболочки вокруг нижнего опорного шарнира, предусмотрен­ного на стенде укрупнительной сборки.

При укрупнительной сборке ромбовидных складчатых оболочек одновременно приваривали проушины для строповки. Складки снимали со стенда, перевозили к месту установки и монтировали в проектное положение краном СКР-1500. В неделю монтировали четыре оболочки.

Подъем укрупненной ромбовидной складчатой оболочки массой 80-85 т производили специальной трехветвевой траверсой грузоподъемностью 85 т. Две основные ветви из стального каната, которые крепили по концам на втулках к боковым проушинам складки в местах ее перелома, воспринимали основную массу поднимаемой складки. Третью, второстепенную ветвь, уравновешивающую складку, в процессе подъема зак­репляли в нижнем основании складки. Регулируя длину второстепенной ветви — универсального стального каната, задавали требуемый наклон складки при подъеме.

При установке каждой ромбовидной оболочки в проектное положение ее низ сначала опирали на шарнир (стальной шар диаметром 150 мм в сферическом гнезде), затем верхний конец блока, поднятый выше проектного положения примерно на 1 м, поворотом вокруг нижнего шарнира плавно опускали на верхнюю монтажную сферическую скользящую опору, установленную на обвязочных балках временных подмостей. Наличие скользящей опоры исключало передачу возможного горизонтального усилия распора на каркас временных подмостей.

Установленный по основным осям (осям трибун) в проектное положение ромбовидный блок-оболочку удерживали от опрокидывания под воздействием ветровых нагрузок двумя временными металлическими стойками, установленными на перекрытии трибунной части, и двумя поперечными канатными расчалками диаметром 17,5 мм с винтовыми талрепами — устройствами для натяжения расчалок. Каждый последующий блок-оболочку после приведения в проектное положение расчалками с талрепами до расстроповки крепили к ранее установленной оболочке в месте ее перелома двумя временными распорками (верхней и нижней). Расчалки сохраняли до окончания сварки соединительных узлов затяжек между складками (элементов замкнутого кольца).

Для симметричной загрузки временных подмостей блоки-оболочки устанавливали по диаметрально противоположным взаимно перпендикулярным осям здания. По окончании монтажа всех 28 складчатых блоков-оболочек произвели выверку и необходимую рихтовку конструкций постоянной стальной затяжки, элементы которой поднимали вместе с оболочками на временных подвесках. Затем были выполнены работы по сборке и сварке соединительных узлов (стыков) элементов постоянной затяжки — среднего опорного кольца сооружения.

После сборки и сварки узлов крепления постоянной стальной затяжки коробчатого сечения из уголка 200х200х25 мм монтировали сборные железобетонные доборные элементы, заполняющие верхние треугольные проемы покрытия между ромбовидными складками, и параллельно бетонировали верхний монолитный пояс и швы центральной оболочки. Установку треугольных доборных железобетонных элементов в проектное положение выполняли четырехветвевым стропом с включением в каждую ветвь талрепа, позволяющего регулировать длину любой ветви в процессе строповки внизу. Таким образом, доборный элемент поднимали с земли в проектном положении с заданными перепадами отметок краев.

По окончании всех работ и набора бетоном замоноличивания проектной прочности (30 МПа) было осуществлено раскружаливание оболочки, т. е. постепенное освобождение стального каркаса временных подмостей от поддерживания сборно-монолитного покры­тия. В процессе раскружаливания необходимо было обеспечить синхронное опускание 21 стойки каркаса подмостей на строго заданные величины. Полное раскружаливание уникальной сборно-монолитной оболочки покрытия осуществлено за 12 ч. В течение последующих шести суток контролировали дальнейшие изменения прогибов оболочки и усилия в затяжке. По истечении суток состояние оболочки практически стабилизировалось, прирост прогибов и усилий почти прекратился. Окончательный прогиб оболочки соста­вил в среднем 65 мм, а максимальное усилие в затяжке — 3300 кН.

Оболочки двоякой отрицательной кривизны. Такие оболочки из прямоугольных плит с опиранием их на контурные фермы и коньковые элементы монтируют традиционными методами, как и плоскостные конструкции. Для перекрытия зданий больших про­летов применяют висячие оболочки двоякой отрицательной кривизны. Интересным примером такого зда­ния является крытый рынок в Бауманском районе Москвы. Основными элементами покрытия являются: железобетонное наружное кольцо, ванты, внутреннее металлическое кольцо и сборные керамзитобетонные плиты (рис. 10.9).

Торговый зал перекрыт висячей железобетонной предварительно напряженной оболочкой диаметром 80 м. Покрытие опирается на 16 наклонных опор, представляющих собой двухветвевые стальные колонны. Ветви колон сходятся у нижней опоры и расходятся до 1 м в месте примыкания к опорному кольцу оболочки. Это «метровое» плечо обеспечивает жесткое защемление колонн в опорном контуре в кольцевом направле­нии. Опирание колонн на фундамент — шарнирное. Такая конструкция колонн и опорных узлов, не требуя вертикальных связей, обеспечивает общую устойчивость сооружения и восприятие ветровых нагрузок.

 

Рис. 10.9. Конструктивное решение покрытия висячей обо­лочкой здания Бауманского рынка в Москве: 1 — наклонные опоры: 2 — сборно-монолитное опорное кольцо; 3 — сборные керамзитобетонные плиты, уложенные

по канатным вантам, 4 — центральное стальное кольцо; 5 — световой фонарь; 6 — перекрытие антресоли; 7 — под­вески балок наружного кольца антресоли

 

Основным несущим элементом покрытия являются ванты — радиальная сеть из 80 канатов диаметром 52,5 мм, натянутая со стороны центрального кольца оболочки. Каждый вантовый элемент представляет собой стальной канат длиной около 35 м с гильзоклино-выми анкерами на концах. Ванты закреплены в опорном кольце в специальном анкерном канале посредством вилочных шайб и объединены в центре с помощью стального кольца. Закрепление Байтового элемента в центральном стальном кольце также производилось с применением вилочных шайб. Опорное кольцо — сборно-монолитное, прямоугольного сечения 1,0х1,5 м. Сборные элементы кольца имеют швеллерное сечение.

Собственно оболочка собрана из керамзитобетонных плит трапециевидной формы 11 типоразмеров, уложенных на ванты-тросы с креплением опорных уголков крепежными болтами (рис. 10.10) и последующим замоноличиванием.

Сечение центрального кольца диаметром 12 м — выполнено в виде двух сварных швеллеров. На центральное кольцо опирается световой фонарь, представляющий решетчатую стальную оболочку в форме полусферы.

Вначале гусеничным краном Э-2508 смонтировали металлическую временную опорную башню, на которой произвели укрупнительную сборку и монтаж стального центрального кольца. Закрепление поясов кольца осуществляли сваркой. По окончании этих работ на центральном кольце был осуществлен монтаж конструкций фонаря.

Затем монтировали сборные элементы опорного железобетонного кольца также гусеничным краном Э-2508. Арматурные выпуски сборных элементов кольца соединяли с помощью ванной сварки, осуществляли работы по установке арматурного каркаса кольца, монтажу подвесок антресоли и укладке монолитного бетона в «корыто» сборного железобетонного кольца.

Монтаж вант и керамзитобетонных плит покрытия выполняли башенным краном, перемещавшимся по кольцевым путям вокруг здания. Ванты монтиро­вали с помощью специальной траверсы ТФ-1. Ванту, подвешенную к траверсе, подавали краном к месту установки в опорном кольце. Заводку ванты в гнездо опорного железобетонного кольца, как и все работы в его зоне, производили со специальных деревянных подмостей, подвешенных к кольцу. Протаскивание ванты осуществляли с помощью ручной рычажной лебедки. Фиксирование положения и закрепление ванты производили вилочными шайбами. Аналогичным образом осуществляли закрепление ванты в центральном стальном кольце.

 

 

Рис. 10.10. Опирание сборных плит оболочки на канатные ванты: 1 — сборная керамзитобетонная плита; 2 — ванта 0 52,5 мм; 3 — опорный уголок плиты, приваренный к закладной швел­лерной детали; 4 — крепежный болт U-образный с гайками; 5 — арматурные стержни

 

Монтаж индивидуальных плит покрытия производили кольцами от центра с целью уменьшения монтажных нагрузок в опорных кольцах оболочки. Установку плит первой очереди осуществляли с помощью специальной траверсы ТФ-2 для подъема пакета из трех плит. Установку плит в «мертвой зоне» (при недостаточном вылете стрелы крана) вели по одной пли­те также с помощью траверсы ТФ-2 со специальным контргрузом. Установку плит последней очереди производили без траверсы по одной плите.

После установки всех плит с элементами крепления и опирания на ванты осуществляли замоноличивание кольцевых швов между плитами. Затем натягивали ванты. Натяжение каждой ванты производили двумя гидродомкратами ДГО-100, закрепленными в траверсах. Натяжение двух вант, расположенных по одному диаметру, осуществляли одновременно. Натяжение вели в три этапа на усилия соответствен­но 860, 1100 и 1350 кН. Фиксирование натянутого троса на каждом этапе производили с помощью набо­ра вилочных шайб.

Питание гидродомкратов — от насосных станций НСП-400. Каждая насосная станция обслуживала два гидродомкрата. После натяжения вант осуществляли замоноличивание радиальных швов между плитами покрытия.

Конструкция покрытия характеризуется высокими технико-экономическими показателями: на 1 м2 приведенная толщина бетона — 15 см, расход стали — 40 кг.

 

10.3. Монтаж зданий с арочными и купольными покрытиями

Арочные покрытия преимущественно большого пролета (50—150 м) применяют для зданий промышленного (склады угля, руды, концентрата), а также гражданского назначения (вокзалы, спортивные залы).

Наиболее часто проектируют арки следующих статических схем: с затяжкой, воспринимающей усилие горизонтального распора, благодаря которой колонны здания воспринимают только вертикальные нагруз­ки; двух- либо трехшарнирные, передающие верти­кальные нагрузки и распор на железобетонные фундаменты.

Большая гибкость арок не позволяет монтировать их целиком. Поэтому их монтаж выполняют преимущественно с использованием временных опор и пос­ледующим- раскружаливанием.

Число временных опор зависит от пролета арки, объемно-планировочного решения (не всегда есть возможность установки опор в любом месте) и имеющегося монтажного оборудования.

Монтаж арок с затяжками имеет ряд особенностей, которые должны быть учтены при разработке конструктивных решений. Минимальное количество монтажных элементов будет в том случае, если отправочные элементы арки и затяжки могут быть укрупнены в один блок. Это возможно только при условии жесткого крепления подвески (элемент, поддержива­ющий затяжку) к арке, так как при шарнирном узле весьма затрудняется кантовка укрупненного блока из горизонтального положения (положение укрупнительной сборки) в вертикальное (положение подъема в проектное положение).

Подвеска затяжки должна быть запроектирована с учетом ее работы на сжатие от опорной реакции блока. В конструкции арок покрытия Дворца спорта на центральном стадионе имени В. И. Ленина в Лужниках (Москва) эти требования выполнены не были. В результате элементы арки и затяжки пришлось поднимать и устанавливать отдельно, а временные опоры — выполнить телескопическими, простран­ственными для одновременной сборки двух смежных арок. Нижняя наружная конструкция временной опоры служила для опирания монтажных элементов затяжки, внутренняя телескопическая — для опирания элементов арки (рис. 10.11)

Раздельное опирание арки и затяжки исключило работу гибкой подвески затяжки на сжатие, но суще­ственно усложнило и утяжелило временные опоры, потребовало раздельного монтажа арки и затяжки, уве­личило объем работ, который пришлось выполнить на высоте. Конструкции были смонтированы гусеничным краном. После сборки, выверки, строительного подъема и сварки монтажных стыков двух арок и двух затяжек, установки и проектного закрепления распорок и связей между ними производили раскружаливание арок с помощью винтовых домкратов, расположенных на оголовках внутренних секций временных опор.

Разгруженные внутренние секции опускали краном в крайнее нижнее положение и по рельсовым путям временные опоры передвигали на следующую стоянку для монтажа двух очередных арок.

 

 

Рис. 10.11. Схема монтажа арки с затяжкой:

1 — гусеничный кран; 2 — телескопические временные опоры; 3 — опорные узлы с винтовыми домкратами

 

Бесшарнирные арки. Такие арки пролетом 168 м применены в конструкции покрытия велотрека в Крылатском (Москва). Покрытие в плане овальной формы размером 132 х 168 м состоит из четырех несущих арок: двух наружных и двух внутренних по большой оси. Арки замкнутого коробчатого сечения 2х3 м сварены из низколегированной листовой стали 10Г2С1 толщиной 20 и 40 мм. Стык элементов арок — через фрезерованную стальную прокладку с обваркой торцов по контуру. Наружные и внутренние арки опираются на общие железобетонные устои. Наружные арки наклонены на 14° к горизонту и поддерживаются бал­ками и колоннами трибун. Внутренние арки не имеют промежуточных опор, они наклонены к горизонту на 56° и объединены системой ферм и связей. Фермы с параллельными поясами пролетами 5%3-25,3 м установлены с шагом 6,3 м. Распор арок воспринимают две железобетонные затяжки, расположенные ниже уровня чистого пола.

Каждую арку (рис. 10.12) собирали из 17 отдельных объемных блоков (секций) длиной до 12,3 м и массой

Рис. 10.12. Схема монтажа арок внутреннего контура (показа­на только левая часть до оси симметрии): 1 — железобетонный устой; 2 — блок арки; 3 — кран СКГ-100БС; 4 — временная опора; 5 — фермы

 

До 40 т, используя два гусеничных крана СКГ-100/40 в башенно-стреловом исполнении, грузоподъемностью 40 т, со стрелами 35 м и гуськом 19 м.

К монтажу внутренних арок приступали после завершения бетонирования их устоев и железобетонных затяжек. Устои были оборудованы проектными узлами для крепления опорных секций арок.

Секции арок монтировали в направлении от устоев к середине пролета на предварительно выверенных решетчатых стальных временных опорах сечением в плане 2x3 м, установленных под монтажными стыками секций. Базы временных опор защемлялись в железобетонных фундаментах. Верхние части опор имели рабочую площадку — специальную подставку, которая служила для установки, выверки и временного крепления секций арок в проектном положении, а в дальнейшем — и для раскружаливания арок. Расход металла на изготовление временных опор с подставками составил 460 т.

Фермы и связи между арками монтировали параллельным потоком с отставанием от сварки на одну секцию.

После установки всех секций арки, кроме центральной (замыкающей), замеряли расстояние между торцами смонтированных секций по каждому из четырех ребер и по этим замерам обрезали замыкающие секции, изготовленные с припуском по длине, что обеспечило совпадение сопрягаемых полуарок. Из-за изменения величины зазора между центральной секцией и полуарками (вследствие колебаний окружающей температуры) замыкающие стыки выполняли путем сварки с накладками.

Технология монтажа наружных арок была такой же, как и внутренних. Временные опоры, расположенные под монтажными стыками в пределах трибун, были установлены непосредственно на наклонные балки верхнего яруса трибун. По окончании монтажа арок производили их раскружаливание. Для наружных арок, имеющих промежуточные опоры на конструкциях трибун, раскружаливание не представ­ляло затруднений. Так, деформации арок в вертикальном направлении составляли несколько миллиметров. Работы по одновременному раскружаливанию двух внутренних арок выполняли в два этапа с помощью гидравлических домкратов ручного действия грузоподъемностью по 100 т. На первом этапе домкраты устанавливали на четырех парах временных опор (по две пары с каждой стороны) и вели раскружаливание в направлении от центра к железобетонным устоям. На втором этапе домкраты устанавливали на следующих четырех парах опор и производили раскружаливание. Были изготовлены наборы прокладок для каждой временной опоры.

Для раскружаливания арок на величину, равную толщине одной прокладки, последовательно выполняли три операции: образование зазора в 1 мм между арками и временными опорами, удаление одной прокладки и опускание арок на толщину одной прокладки. По ходу работ осуществляли постоянный геодезический контроль. После раскружаливания арок демонтировали временные опоры.

Двухшарнирные арки. Примерно такая же технология, которая изложена выше, использована при монтаже двухшарнирных арок наружного контура пролетом 120 м покрытия плавательного бассейна «Олимпийский» на проспекте Мира в Москве (рис. 10.13).

 

Рис. 10.13. Схема монтажа наклонных несущих арок Олимпийского бассейна в Москве: 1 —железобетонный монолитный устой; 2—монтируемый элемент арки; 3 — башенный кран БК-1000; 4 — полностью смонтированная стальная арка, подготовленная к заполне­нию армокаркасами и бетоном; 5 — колонны здания

 

Элементы арки в виде открытого сверху (для возможности последующего заполнения бетоном) короба сечением 2,0x3,3 м из стали 14Г2 толщиной 12 и 20 мм, длиной до 12 м и массой до 37 т устанавливали в проектное положение краном БК-ЮОО вместе с при-варенными заранее оголовками колонн (для обеспечения плотного опирания арки на колонны). Оголовки представляли собой разрезные направляющие пластины, которыми, как обоймой, они охватывали верхнюю опорную часть колонны. Направляющие пластины после выверки смежных блоков арки приваривали к угловым элементам колонн. Каждый блок арки, кроме центрального (замыкающего), опирали консольно на две постоянные опоры-колонны и стыки блоков в пролете между колоннами выполняли сваркой с накладками по стенкам короба. Для выполнения сварочных работ на стенки короба навешивали специальные подмости. Монтаж блоков арки-опалубки вели в направлении от опор к центру.

Трехшарнирные арки. Арочные покрытия находят также широкое применение при строительстве складов сыпучих материалов. Обычно в таких зданиях применяют трехшарнирные арки пролетом до 60 м. В частности, покрытие складов для хранения карбами­да представляет собой систему из трехшарнирных арок пролетом 58,3 м с шагом 10,5 м на железобетонных контрфорсах (рис. 10.14).

 

Рис.10.14. Схема механизации монтажа крупными блоками арочного покрытия склада карбамида: 1 — железобетонный контрфорс; 2 — подмости переставные; 3 — ригель арки; 4 — гусеничный кран СКГ-63БС; 5 — временная опора; 6 — гусеничный фан МКГ-25БС; 7 — укрупняемый блок

 

Арки состоят из двух прямолинейных ригелей переменного двутаврового сечения высотой до 1,2 м, длиной 36 м. Ригели поступают тремя частями, стыки которых выполняют сварными или на высокопрочных болтах. Эффективен монтаж покрытия плоскими блоками, укрупняемыми на земле с помощью гусеничного крана. Покрытие укрупняют непосредственно в монтажной зоне в плоские блоки размером 10,5 х 36 м и массой до 26 т, состоящие из двух ригелей, балок, прогонов, тяжей и связей — всего до 250 элементов. После укрупнения и выверки размеров выполняют химзащитную окраску конструкций блока.

Блоки монтируют через один гусеничным краном СКГ-63БС со стрелой 25,5 м. Блок стропят за четыре точки двумя парами тросов разной длины, поднимают и опирают на контрфорсы, а вверху — на временную пространственную опору высотой 25 м размером в плане 10,5х4,5 м, соответствующим двум ригельным элементам.

Опору оборудуют площадками для опирания ригелей и оформления монтажных стыков, маршевой лестницей. При необходимости блок рихтуют с помощью домкратов. Уложенные ригели до расстроповки крепят к временной опоре болтами, которые устанавливают в отверстия в нижнем поясе ригеля, предназначенные для крепления подвесной галереи. Временную опору устанавливают на рельсы, уложенные вдоль оси пролета, и передвигают трактором или с помощью лебедки грузоподъемностью 5 т. В качестве путей можно использовать четыре инвентарных металлических зве­на, перекладываемых краном по ходу монтажа.

Конструкции межблочного пространства монтиру­ют гусеничным краном МКГ-25БС со стрелой 27,5 и гуськом 10 м. Поднимают с помощью специальной траверсы одновременно по семь прогонов. Кран заез­жает сбоку между смонтированными блоками.

Для покрытия складов минеральных удобрений и других химикатов эффективно применение деревянных арок. Монтаж таких арок аналогичен вышеизложенному и производится с применением передвиж­ной центральной временной опоры. Альбом рабочих чертежей «Трехшарнирные стрельчатые клееные де­ревянные арки пролетом 12,18 и 24 м, серия 1.863-3» выпущен ЦНИИЭПсельстроем.

Купольные покрытия. Купола применяют для покрытия как зрелищных сооружений (цирков, спортивных залов), так и отдельных производственных объектов (литейных дворов доменных печей объемом 3200 м³ и больше, зданий испытательных стендов).

Известны два типа куполов, принципиально отличающиеся своими конструктивными решениями и схемой работы: ребристые и сетчатые.

Ребристые купола всегда монтируют с применением временной опоры, которую располагают по оси купола.

Первым на временной опоре собирают верхнее опор­ное кольцо, являющееся конструктивным элементом купола. Для возможности выверки его положения по высоте, а в последующем — раскружаливания всего собранного купола, между временной опорой и опор­ным кольцом устанавливают домкраты. Обслужива­ние домкратов, сборку опорного кольца и раскружаливание выполняют с рабочей площадки, организуемой на временной опоре. Опорное кольцо должно быть точно выверено не только по высоте, но и в плане, так как его положение во многом определяет геометрию всего купола.

Далее монтируют в определенном порядке несущие элементы — ребра купола, которые предварительно укрупняют на всю длину, чтобы исключить необходимость устройства дополнительных промежуточных опор.

Сначала устанавливают по любому диаметру одно ребро против другого, затем — два других в перпен­дикулярной плоскости.

Далее в каждом из четырех образовавшихся секторов последовательно монтируют по одному ребру, равномерно заполняя всю окружность купола. Такая последовательность установки ребер исключает одностороннюю нагрузку на опорное кольцо, что уменьшает деформации временной опоры (отклонение от вертикали) и облегчает выверку и соблюдение заданной геометрической формы купола.

При малой жесткости ребер из плоскости устойчивость одного ребра не обеспечивается. В этом случае ребра либо попарно укрупняют вместе с распорками и связями и, сохраняя общий порядок, монтируют блоками, либо (при недостаточной грузоподъемности крана) устанавливают в проектное положение не по одному, а по два ребра, соединяя их наверху связями в жесткий блок.

До установки постоянных связей устойчивость ребер обеспечивают парными расчалками. Раскружаливание выполняют после проектного закрепления всех конструкций, включая нижнее опорное кольцо, воспринимающее распор, при опирании ребер купола не на землю, а на вышерасположенные конструкции. На рис. 10.15. показана схема монтажа ребристого купола нового цирка в Москве (на 3000 мест).

Монтаж конструкций выполнен радиально-поворот-ным устройством (РПУ) грузоподъемностью 30 т, скомплектованным из элементов козлового крана К-184.

 

Рис. 10.15. Схема монтажа купола цирка в Москве: 1 — временная опора; 2 — радиально-поворотное устройство; 3 — подкрановая кольцевая эстакада; 4 — верхнее опорное кольцо; 5 — ребра купола с козырьком; 6 — нижнее опорное кольцо; 7 — домкраты

 

 

Вначале с помощью мачты были смонтированы центральная временная опора высотой 34 м, а на ней — верхнее опорное кольцо купола. Затем на кольцевой рельсовый путь радиусом 51,5 м установили и временно расчалили наружную опору РПУ. Ригель крана, предварительно собранный вместе со шпренгелем на земле, подняли и установили в проектное положе­ние монтажным порталом.

Радиально-поворотным устройством осуществлен монтаж не только несущих конструкций купола, но и ограждающих панелей, изготовленных из легких сплавов.

В зависимости от размеров купола (пролета, высоты) для монтажа конструкции могут быть применены гусеничные, башенные или рельсовые краны, располагаемые либо снаружи на двух параллельных или на одном кольцевом пути, либо внутри купола при отсутствии подземных сооружений.

Сетчатые купола не имеют определенной схемы монтажа. Методы их возведения определяют конструктивные решения, которые в свою очередь, зависят от принципиальной схемы монтажа.

Сетчатые купола необходимо проектировать с участием монтажных организаций. На рис. 10.16 показана схема монтажа самого большого в нашей стране сетчатого купола, предназначенного для размещения высоковольтного испытательного стенда Всесоюзного энергетического института (ВЭИ) имени В. И. Ленина.

 

Рис. 10.16. Схема монтажа сетчатого купола ВЭИ им. В.И. Ленина:

1 — подъемник ПГС-800; 2 — башенный кран БК-300В; 3 — конструкции купола; 4 — конструкции подвала; 5 — рельсовый кран СКР-2200; 6 — машинный зал; 7 — подъем­ник на канатных направляющих; 8 — арка обслуживания

 

Оболочка купола диаметром 231,7 м (в основании) и высотой 114 м состоит из нескольких рядов пространственных блоков ромбической формы, которые укрупняли из двух равносторонних треугольных секций с длиной стороны около 9 м. Каждая сторона треугольной секции представляет собой плоскую ферму высотой 2,5 м, а все б ферм составляют каркас блока. К наружным поясам ферм каркаса приварена предварительно напряженная обшивка (мембрана) из рулонной стали марки 10ХНДП толщиной 1,5 мм. С внутренней стороны к поясам каркаса прикреплены панели подвесного потолка.

Между обшивкой и подвесным потолком расположе­ны постоянные площадки и лестницы для прохода на верх купола к местам крепления различного оборудования. Соединение элементов каркаса блока и блоков меж­ду собой осуществлено на высокопрочных болтах. Сбор­ка блоков, масса которых достигала 10 т, осуществлена на специальной площадке, расположенной в 500 м от места монтажа, куда полностью собранные и окрашен­ные блоки подавали на тележке по рельсовым путям.

Купол смонтирован в три этапа. Конструкции до отм. 70,0 поднимали и устанавливали в проектное положение поярусно двумя башенными кранами БК-300В, установленными снаружи купола на кольцевых путях радиусом 125,5 м.

Такое расположение кранов позволило одновременно с монтажом оболочки выполнить строительные работы по подвалу и обеспечить на втором этапе установку и работу рельсового крана СКР-2200 на отм. 7,85, который был использован для монтажа остальной части оболочки.

Машинный зал массой 450 т поднят блоком с помощью полиспастов, подвешенных к верхнему кольцу купола.

При огромных параметрах купола сложная проблема подъема монтажников к рабочим местам была решена благодаря установке на первом этапе трех грузопассажирских подъемников ПГС-800, а на втором и третьем этапах — специального подъемника на канатных направляющих, рассчитанного на 4-6 чел.

Конструкции купола массой 12980 т (включая 130 т высокопрочных болтов и 560 т арки обслуживания) были смонтированы за 33 месяца.

В зависимости от геометрических и весовых параметров купола монтажные краны (гусеничные, башенные, рельсовые и специальные) можно располагать внутри или снаружи купола.

На рис. 10.17 показана принципиальная схема монтажа и подъема целиком на проектную отметку купола диаметром 57 м, массой 720 т, со стрелой подъема 21 м. Этот купол был смонтирован при сооружении музея на Поклонной горе в Москве.

 

 

Рис. 10.17. Схема монтажа купола здания на Поклонной горе:

1 — башенные краны КБ-674; 2 — монтажные подкосы; 3 — колонны купола; 4 — электромеханические подъемники Q = 500 кН; 5 — тяги подъемников; 6 — арки купола; 7 — верхнее кольцо купола; 8 — временная опора для сборки купола; 9 — нижнее кольцо купола; 10 — нижнее кольцо купола во время сборки; 11 — монтажные тумбы

 

На перекрытии (на отметке 10,5 м) на восьми тумбах высотой 1,2 м собрали нижнее опорное кольцо из 16 отправочных марок с соединением на высокопрочных болтах. Установили центральную временную опору и смонтировали на ней верхнее кольцо. Затем двумя башенными кранами установили симметрично противоположные накрест лежащие полуарки купола, связи и распорки. После этого смонтировали восемь колонн (в квадратных сквозных проемах нижнего опорного кольца) с распределением их в двух плоскостях монтажными подкосами.

Колонны нарастили временными оголовками с касающимися траверсами, к которым присоединены по два электромеханических подъемника грузоподъемностью 50 т каждый.

Тяги подъемника соединили с нижним опорным кольцом и электроподъемниками, включенными синхронно, кольцо вместе с куполом было поднято на проектную отметку (ход подъемника — 11,6 м). Кольцо закрепили на колоннах, электромеханические подъемники и всю временную оснастку демонтировали.

В дальнейшем башенными кранами закончили монтаж конструкций кровли и стен.

При проектировании сетчатых куполов конструктивные решения должны учитывать намеченную схему их монтажа. Пологие сетчатые купола большого пролета могут монтироваться с использованием центральной и кольцевых промежуточных опор. Известен случай, когда для монтажа пологого сетчатого купола была сделана соответствующая планировка холма, устроены фундаменты, уложены конструкции сетчатого купола большого пролета, а затем механизированным способом грунт холма был удален, т.е. купол раскружален.

Возможен навесной способ монтажа крупных сетчатых куполов (без промежуточных опор). При этом в процессе монтажа необходимо строго следить за геометрией и напряженным состоянием всех основных несущих конструктивных элементов купола.

Это можно осуществить только с помощью современных компьютерных средств с соответствующим программным обеспечением.

 

10.4. Монтаж зданий с Байтовыми и мембранными покрытиями

Висячие покрытия применяют для промышленных зданий, стадионов, концертных и выставочных залов, гаражей, цирков, рынков и пр., когда надо перекрыть большие площади без промежуточных опор. В последнее время использование таких покрытий возросло, так как они позволяют сократить расход строительных материалов и трудоемкость возведения.

Несущие конструкции висячих покрытий могут быть выполнены в виде предварительно напряженных железобетонных оболочек, вантовых ферм и мембран.

Висячие растянутые элементы обычно закрепляют за жесткие массивные опорные конструкции. Опорные конструкции могут быть выполнены в виде замкнутого контура (кольца, овала, прямоугольной рамы), опирающегося на колонны или наклонные рамы, арки, удерживающие покрытие и передающие нагрузку на фундамент.

Для возведения предварительно напряженной же­лезобетонной оболочки первоначально монтируют ортогональную или радиальную сетку из стальных канатов, по которым затем укладывают железобетонные плиты. Канаты замоноличивают в швах и они в дальнейшем являются напрягаемой арматурой покрытия. Оболочка вступает в работу только после обжатия замоноличенных швов на 20-25 % выше напряжений от временной нагрузки, что исключает в дальнейшем появление растягивающих напряжений.

Напряжение канатов можно выполнять двумя способами:

предварительным натяжением всей сети канатов путем загружения грузами или притягивания сети к полу здания; снимают натяжение после достижения бетоном прочности в швах замоноличивания; предварительным замоноличиванием швов и последующим натяжением несущих канатов.

Для обеспечения устойчивости опорного контура натягивают ванты в несколько этапов в определенной последовательности.

При кровле из легких материалов необходимо устройство стабилизирующей системы.

Для перекрытия больших пролетов применяют висячие покрытия из листовой стали толщиной 4-6 мм (мембраны). Листы мембраны при монтаже раскатывают по висячим несущим элементам постели мембраны из толстого листа или профильного металла. Для восприятия отсоса ветрового воздействия мембрану удерживают стабилизирующими конструкциями (жесткими или гибкими).

Висячие покрытия в зависимости от их конструктивных особенностей монтируют различными способами, но всегда по возможности укрупненными блоками, что позволяет сократить объем работ на высоте и уменьшить их общую трудоемкость.

Контурные опорные конструкции обычно монтируют на временных опорах с последующим раскружаливанием после сборки и замоноличивания всего покрытия и устройства кровли.

При наличии центрального опорного кольца его монтируют крупными блоками на поддерживающей временной опоре, которая одновременно является опорой для подмостей — рабочим местом для оформле­ния монтажных стыков, натяжения канатов и опорой для последующего раскружаливания покрытия.

При больших размерах сооружения по его центру устанавливают монтажный кран. Другой кран с большим подстреловым пространством перемещают вокруг монтируемого покрытия.

Последовательность монтажа обычно следующая: монтаж колонн, затем опорных контуров на временных опорах (если это требуется), элементов гибких нитей и связей между ними.

После выверки гибких нитей монтируют плиты элементов кровли, замоноличивают швы и натягивают канаты.

При мембранном покрытии после монтажа опор­ного контура монтируют элементы постели мембраны и затем мембрану, раскатывая или натягивая листы покрытия. Крепление листа к элементам постели осуществляют сваркой, болтами или заклепками. Листы мембраны монтируют в последовательности, позволяющей равномерно загружать опорный контур.

Раскатанный лист временно крепят канатами к элементам постели, выверяют собранное покрытие и осуществляют проектное закрепление. После проектного закрепления временное крепление снимают.

Работы по монтажу выполняют с передвижных подмостей, обеспечивающих безопасность работ.

Наиболее распространенным висячим покрытием с предварительно напряженной железобетонной оболочкой является покрытие цирка.

Висячее покрытие цирка состоит из предварительно напряженной вантовой сети, очерченной по поверхности гиперболического параболоида, закрепленной к опорному контуру, и уложенных по ней сборных железобетонных плит размером 2,4 х 2,4 м. Швы между плитами замоноличены. Байтовая сеть из парных канатов диаметром 52,5 мм образована пересекающимися под прямым углом канатами, соединенными в местах пересечения металлическими накладками на болтах.

К опорному контуру канаты (ванты) крепят металлическими анкерами, в которых концы канатов заливают специальным сплавом. Конструкция закрепления канатов позволяет осуществлять их натяжение.

Монтаж висячих покрытий состоит из следующих операций: изготовление вант, монтаж продольных вант и первоначальное их натяжение, монтаж поперечных вант и их натяжение, монтаж плит покрытия, напряжение вантовой сети, замоноличивание плит.

Изготовление вант производят у места монтажа на стенде с натяжной станцией и опрессовочной установкой.

Один конец каната заделывают в гильзовый ан­кер. Канат раскладывают на стенде и вытягивают на усилие 1100-1200 кН для его обжатия. После вытяжки канат разрезают на требуемые длины, концы запрессовывают в гильзовые анкеры. Готовые ванты испытывают на усилие 1300-1400 кН.

Для подачи к месту установки ванты наматывают на барабаны. При установке ванты вместе с подвесками, соединенными попарно, поднимают двумя башенными кранами одновременно (рис. 10.17), концы с гильзовыми анкерами заводят в отверстия в опорном контуре и натягивают домкратными устройствами на заданное усилие. Сначала ставят и натягивают продольные ванты, потом поперечные. После натяжения и выверки канаты в узлах соединяют.

Рис. 10.17. Схема подъема несущих канатов висячей железобетонной предварительно напряженной оболочки покрытия цирка: 1 — электролебедка; 2 — оттяжки; 3 — башенный кран; 4 — рабочий канат; 5 — траверса

Ванты натягивают, дополнительно закрепляя их подвесками за арену и натягивая подвески в узлах пересечения вант. При установке канатов необходима тщательная их геодезическая выверка.

Для соединения канатов в узлах пересечения используют передвижные люльки и мостики.

Плиты покрытия укладывают на канаты башенными кранами от нижней отметки к верхней, загружая перекрытия равномерно. Плиты соединяют между собой и в шов укладывают арматуру. До замоноличивания швов ванты натягивают гидродомкратами в третий раз, чем создают предварительное натяжение вантовой сети. Натяжение производят с одной сторо­ны канатов определенными группами попеременно в двух направлениях симметрично относительно осей здания. После достижения бетоном проектной проч­ности подвески снимают от краев к середине.

Ортогональная сетка вант с натяжением канатов по наружному опорному контуру очень трудоемка в монтаже и вызывает многочисленные перестановки домкратов.

Более технологичной в монтаже является железобетонная оболочка с радиальной схемой вант и центральным опорным кольцом, внутри которого сосредоточены все операции по натяжению всей вантовой системы, и домкраты перемещают по сплошному настилу на небольшие расстояния. Центральное кольцо в этом случае монтируют на временной опоре.

Висячее перекрытие Дворца спорта «Юбилейный» в Санкт-Петербурге имеет отличную конструкцию. Наружное сборное железобетонное кольцо диаметром 93 м опирается на консоли 48 металлических колонн высотой 22 м. Колонны монтировали безвыверочным методом. Арматуру стыков элементов кольца сваривали ванной сваркой, после чего стыки замоноличивали. Внутреннее металлическое кольцо диаметром 12 м мон­тировали на временной опорной башне на песочницах для последующего раскружаливания.

Байтовое покрытие состоит из полуферм, которые одним концом заделывали к растянутому центральному кольцу, а другим — к сжатому наружному. Полуфермы состоят из двух канатов, образующих в пространстве форму взаимно пересекающихся параболоидов вращения.

Нижний несущий канат диаметром 65 мм и верхний стабилизирующий канат диаметром 42,5 мм соединены стойками. По верхним канатам уложены металлические ребристые щиты.

На отметке 21,37 м центральной опоры была оборудована рабочая площадка, где было размещено оборудование для натяжения вант и песочницы.

Полуфермы изготовляли на сборочной площадке и монтировали целиком башенным краном БК-300 со стрелой 30 м (рис. 10.18) специальной траверсой. До изготовления ферм ванты вытягивали, разрезали, заделывали концы во втулки и испытывали на усилие.

 

Рис. 10.18. Схема монтажа покрытия Дворца спорта «Юбилейный»: 1 — башенный кран БК-300; 2 — траверса; 3 — вантовая ферма; 4 — временная опора; 5 — центральное кольцо; 6 — наружное сборное железобетонное кольцо

 

Полуфермы устанавливали в последовательности, обеспечивающей устойчивость сооружения, т. е. сначала монтировали две полуфермы в одном сечении, а затем две во взаимно перпендикулярном; в дальнейшем — по биссектрисам образовавшихся углов.

После установки и закрепления всех полуферм стабилизирующие канаты натягивали на усилие 630 кН. Одновременно натягивали 4 фермы в двух взаимно перпендикулярных направлениях, после чего монтировали кровельный настил, который устанавливали краны БК-300 и Т-226, перемещавшиеся по кольцевым путям вокруг здания.

Монтаж щитов вели по захваткам в четыре очереди в радиальном направлении.

Монтаж мембранного покрытия рассмотрим на примерах Универсального спортивного зала в Санкт-Петербурге и велотрека в Крылатском (г. Москва) диаметром 160 м и высотой 32,5 м с центральным кольцом диаметром 24 м, его мембранное покрытие из листов толщиной 6 мм состояло из 56 секторов, закрепленных к радиальным элементам таврового сечения, условно названным «постель», подвешенным к центральному и наружному опорным кольцам.

Жесткость покрытия обеспечивалась 56 стабилизирующими фермами, состоящими из предварительно напряженного каната и треугольной жесткой решетки, прикрепленных с одной стороны к стабилизирующему кольцу диаметром 72 м, подвешенному к мембране, и с другой — к колоннам, поддерживаю­щим опорный наружный контур.

Монтаж осуществляли башенными кранами БК-300 и МСК-10-20, перемещавшимися по кольцевым путям вокруг здания, и гусеничным краном СКГ-50-БС, расположенным внутри здания. Первоначально были смонтированы наружные колонны и временные опоры под центральное и стабилизирующее кольца. Элементы колец монтировали с опиранием на временные опоры, на верху которых были предусмотрены подмости.

Элементы постели предварительно укрупняли внизу, поднимали двумя кранами БК-300 и СКГ-50 БС и устанавливали сначала по одному диаметру, а затем по перпендикулярному, чтобы не перегружать опорное кольцо.

Затем монтировали кольцевые элементы, связыва­ющие между собой элементы постели.

Мембрана на площадку поступала в рулонах и для ее раскатки были предусмотрены станки. Рулон на барабане закрепляли на станке, установленном наверху наружного опорного контура и закрепленном анкерными болтами.

Лист мембраны натягивали лебедкой, установленной на центральном кольце. При натягивании и раскатке лист перемещался по роликам, закрепленным к кольце­вым элементам постели. Натянутый лист временно крепили к элементам постели, а постоянное крепление зак­лепками осуществляли после натяжения стабилизирующей системы и выверки геометрии элементов постели.

Все работы выполнялись с катучих подмостей, обеспечивающих работу в пределах одного сектора снизу покрытия (рис. 10.19).

На рис 10.20 показана схема монтажа висячего покрытия гаража шатрового типа диаметром 101,7 м. Висячее покрытие состоит из 106 радиальных вант диаметром 40 мм из арматурной стали и железобетонных плит трапецеидального сечения. Покрытие закреплено к наружному железобетонному кольцу и центральному стальному кольцу диаметром 9 м, опирающемуся на стальную колонну диаметром 1,5 м. Отметка внутреннего кольца 20,0 м, а наружного — 6,8 м.

Рис. 10.19. Схема монтажа мембраны покрытия универсального зала:

1 — станок с рулоном лепестка мембраны; 2 — элементы постели для опирания лепестка мембраны; 3 — передвижные подмости; 4 — сбегающая нитка тягового каната на лебедку; 5 — противовес, удерживающий станок; 6 — кран БК-300; 7 — стабилизирующее кольцо; 8 — центральное кольцо

 

Рис. 10.20. Схема монтажа висячего покрытия шатрового типа: 1 — кран МСК-5-35; 2 — наружное кольцо; 3 — пли