Конструктивные особенности полносборных зданий (на примере одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий). Особенности их возведения
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВОЗВЕДЕНИЯ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ На практике наиболее часто встречаются одноэтажные полносборные промышленные здания площадью 3…20 тыс. м². Они могут быть бескрановыми или оборудованными мостовыми электрическими кранами. Пролеты зданий составляют 12, 18, 24 и 30 м, шаг колонн 6 и 12 м, высота зданий от 8,4 до 18 м. Масса сборных элементов составляет от 2,5 до 33 т. Здания характеризуются однотипными ячейками, конструкциями и боль- шими размерами в продольном и поперечном направлениях. Основные достоинства одноэтажных промышленных зданий – относительная дешевизна, возможность применять разреженную сетку колонн и передавать нагрузки от технологического оборудования непосредственно на грунт. Такие здания обычно бывают прямоугольного очертания в плане, без перепадов высот, с пролетами в одном направлении. Разработаны универсальные объемно-планировочные и конструктивные решения зданий, которые позволяют применять индустриальные методы монтажа. Установлено ограниченное число взаимосочетаний параметров зданий или габаритных схем. Размеры пролетов связаны с определенными высотой и шагом колонн, надкрановыми габаритами. Все элементы каркаса, ограждения и покрытия одноэтажных зданий кратны номинальным размерам укрупненных модулей: планировочного – 6 м, высотного – 1,2 м. 1.1. Последовательность производства работ Одноэтажные производственные здания обычно монтируют из типовых элементов, серийно изготовляемых на заводах сборного железобетона. Сборные конструкции одноэтажных зданий подразделяют на несущие и ограждающие. К несущим относят сборные фундаменты, колонны, подкрановые балки, подстропильные и стропильные фермы, к ограждающим – плиты покрытия, ранд-балки (обвязочные балки) и стеновые панели. При пролетах зданий 30 м и более применяют фермы из стальных конструкций, здания с меньшими пролетами могут перекрываться железобетонными фермами с параллельными поясами или с верхним криволинейным поясом – арочным или сегментным. Необходимо отметить, что возведение зданий с железобетонным каркасом более трудоемко по сравнению с аналогичным зданием в металлических конструкциях. Здания из сборных железобетонных элементов монтируют поэлементно, их не укрупняют в пространственные блоки сложности 7 стыков; масса железобетонного блока превышает массу аналогичного блока из металлоконструкций в 3…5 раз. Значительно осложняется монтаж конструкций из-за наличия «мокрых процессов» – необходимости замоноличивания стыков. Дальнейший монтаж конструкций после установки колонн в фундаменты стаканного типа и их замоноличивания может быть начат только после достижения прочности бетона замоноличенного стыка 70% марочной. В связи с этим дополнительные трудности возникают при проведении работ в зимних условиях. При наличии на строительной площадке нескольких кранов монтаж каркаса можно выполнять несколькими параллельными и последовательными потоками: монтаж сборных фундаментов, колонн, связей между колоннами, подкрановых балок и элементов покрытия, навеска стеновых панелей. Такая организация работ позволяет значительно сократить сроки монтажа объекта. После отрывки ям или траншей под фундаменты, выравнивания и уплотнения основания приступают к монтажу фундаментов. При большом заглублении фундаментов или сплошном котловане под здание кран будет перемещаться по дну котлована. Колонны монтируют вторым потоком и только после окончания и приемки законченных работ нулевого цикла на первой захватке. К таким работам относятся: принятие установленных фундаментов под монтаж колонн, выполнение обратной засыпки пазух траншей и ям, осуществление планировки грунта в пределах захватки, прокладка дорог для транспорта, подготовка площадок для складирования конструкций и работы кранов. Оптимальным решением после выполнения планировки следует считать устройство бетонной подготовки под полы по всей площади захватки. Допускается устройство твердого покрытия из дорожных железобетонных плит для перемещения транспорта и кранов. В этом случае для площадок складирования конструкций рекомендуется песчаная подготовка. Колонны высотой до 12 м обычно не расчаливают, устойчивость их обеспечивается только заделкой в фундаменте. При установке более высоких колонн их необходимо расчаливать в плоскости наименьшей жесткости (вдоль ряда колонн). После достижения требуемой прочности стыков колонн с фундаментами можно приступать к монтажу связей и укладке подкрановых балок. После прихватки закладных деталей подкрановых балок к консолям колонн и заделки стыков расчалки между колоннами снимают. Монтаж подкрановых балок обычно выполняют в одном потоке с элементами покрытия здания. Каждую ячейку каркаса здания следует монтировать комплексно: устанавливают все подкрановые балки, подстропильную, стропильную (одну или две) фермы, по ним все плиты 8 покрытия на ячейку. Плиты монтируют последовательно от одного торца к другому, первую плиту для крайнего пролета устанавливают с навесных площадок, закрепленных на колоннах первого ряда, плиту для среднего пролета – с ранее смонтированных плит крайнего пролета. Стеновые панели монтируют в заключительном монтажном потоке обычно самостоятельным краном. Панели навешивают сразу на всю высоту между соседними колоннами обычно в увязке с процессами по установке оконных переплетов и заделке швов между элементами. При монтаже одноэтажных промышленных зданий приобъектных складов не устраивают. Конструкции в зону монтажа доставляют в третью смену, разгружают и раскладывают у мест подъема. Запас конструкций должен быть не менее чем на два дня работы, при перебоях в поставке запас должен возрастать. Доставку конструкций можно осуществлять и в дневное время, конструкции в этом случае подвозят навстречу направлению монтажа. Организация монтажа зданий. Для сокращения продолжительности строительства монтаж здания обычно осуществляют от торцов к середине, от середины к торцам, возможно и другое направление, важно, что каждый температурный блок монтируется самостоятельно. Организуют два независимых объектных потока работ, каждый из них может включать несколько специализированных потоков по монтажу отдельных конструкций – колонн, подкрановых балок, элементов покрытия и стеновых панелей. Каждый специализированный поток обеспечивают монтажным краном и соответствующим комплектом монтажных приспособлений. Если возводимое здание имеет значительную площадь, его делят на несколько захваток. Размеры захваток принимают в зависимости от объемно-планировочного и конструктивного решений здания, особенностей ввода его в эксплуатацию, трудоемкости работ. Членение здания на захватки или монтажные участки обеспечивает поточность производства, появление для каждого участка самостоятельного монтажного потока. Работы на участках могут выполняться последовательно одним потоком или параллельно и одновременно несколькими специализированными потоками на нескольких участках. 1.2. Методы совмещения циклов строительства В зависимости от возможной и целесообразной степени совмещения строительных работ, монтажа конструкций и технологического оборудования промышленные здания возводят открытым, закрытым, совмещенным или комбинированным методами (рис. 1). Эти методы отражают разные степени со- 9 вмещения и последовательности работ, что всегда необходимо учитывать при организации монтажа строительных конструкций и возведения зданий. К основным циклам строительства одноэтажных промышленных зданий относят возведение подземной и надземной частей здания, которое включает: отрывку котлованов и траншей под фундаменты здания и технологического оборудования, монтаж фундаментов здания и бетонирование фундаментов под оборудование, монтаж конструкции надземной части и возведение встроенных этажерок, монтаж технологического оборудования и трубопроводов, выполнение отделочных работ. Открытый метод заключается в том, что первоначально выполняют все работы по возведению подземной части на захватке, после чего монтируют конструкции надземной части здания, технологического оборудования, трубопроводов, выполняют все отделочные работы. В состав подземного цикла включаются все работы по сооружению подземных конструкций – фундаментов под здание и оборудование, подвальных этажей с перекрытиями над ними, прокладка и засыпка всех коммуникаций, устройство подготовки под полы в бесподвальных зданиях. После окончания подземного цикла работ, включая подготовку под полы, оставшаяся площадка должна быть спланирована. Выполнение в первую очередь всех работ подземного цикла, обеспечивающее возможность наиболее эффективного монтажа надземной части здания или сооружения, является одним из важнейших условий успешного строительства индустриальными методами. Однако в зависимости от объемно-планировочных и технологических решений зданий и условий строительства другие методы могут оказаться более эффективными. Рис. 1. Методы совмещения циклов строительства: IV – открытый: 1 – возведение подземной части; 2 – монтаж каркаса; 3 – монтаж технологического оборудования; 4 – отделочные работы; II – закрытый: 1 – подземная часть под каркас; 2 – каркас здания; 3 – подземная часть технологического оборудования и коммуникации; 4 – монтаж технологического оборудования; 5 – отделочные работы; III – совмещенный: 1 – отрывка общего котлована сооружения; 2 – бетонирование фундаментов под оборудование; 3 – монтаж каркаса здания; 4 – монтаж технологического оборудования; 5 – отделочные работы; IV – комбинированный – производство работ открытым (I) и закрытым (II) способами 10 При закрытом методе на каждом монтажном участке вначале выполняют земляные работы и фундаменты только под здание, после чего монтируют его каркас. По окончании монтажных работ внутри каркаса здания разрабатывают котлованы, возводят фундаменты под встроенные конструкции (этажерки) и под технологическое оборудование и все подземные сооружения. Только после этого осуществляют монтаж конструкций этажерок, технологического оборудования, трубопроводов, выполняют все отделочные работы. Закрытый метод может быть более рациональным в том случае, когда фундаменты под оборудование занимают значительную часть пролетов здания и необходимо возведение развитой сети подземного хозяйства. Это затрудняет передвижение кранов, требует дополнительных затрат на устройство проездов. Закрытый метод позволяет рассредоточить работы, применить самоходные краны, обладающие большей маневренностью и более низкой стоимостью эксплуатации, чем башенные, используемые для монтажа при открытом методе. Большая часть работ выполняется после возведения покрытия здания, что немаловажно для защиты от осадков. При совмещенном методе сначала отрывают общий котлован под подземное хозяйство, фундаменты под оборудование и здание. Бетонирование фундаментов под оборудование и другие подземные работы совмещают с монтажом каркаса здания так, чтобы к моменту сдачи фундаментов под оборудование был закончен на других участках работ монтаж каркаса и можно было приступить к монтажу технологического оборудования. При комбинированном методе пролеты с большим насыщением технологическим оборудованием и с развитым подземным хозяйством возводят закрытым способом, а пролеты со слаборазвитым подземным хозяйством и небольшим количеством технологического оборудования – открытым. При этом методе монтажные краны располагают в пролетах со слаборазвитым подземным хозяйством. 11 2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО МОНТАЖУ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 2.1. Монтаж сборных железобетонных колонн Колонна – архитектурно обработанная вертикальная опора, обычно круглого или прямоугольного сечения, поддерживающая балку, балочное перекрытие или пяту арки [10]. При поступлении колонн на строительную площадку необходимо выполнить следующие операции: – проверку наличия сопроводительного документа о качестве изделий и их соответствии заданному типу (марке) – ГОСТ 18979-90. – проверку наличия маркировки и штампа ОТК на изделиях по ГОСТ 13015-2003 и их соответствия данным, указанным в сопроводительном документе; – предварительное визуальное обследование изделий для установления отсутствия недопустимых дефектов и повреждений (трещин, сколов, наплывов бетона) и наличия выпусков арматурных стержней для стыковки с ригелями и колоннами. После разгрузки колонн производят выборочные инструментальные измерения по определению геометрических параметров колонн (ГОСТ 26433.0-85 и ГОСТ 26433.1-89), правильности нанесения установочных рисок, качеству поверхностей, наличию трещин раскрытием более 0,1 мм, прочности бетона. При контроле прочности бетона колонн следует руководствоваться ГОСТ Р 53231-2008. Отклонения от проектного положения смонтированных колонн не должны превышать предельных значений: – от совмещения ориентиров (рисок геометрических осей) в нижнем сечении колонн с установочными ориентирами (рисками разбивочных осей) – 8 мм; – от совмещения ориентиров (рисок геометрических осей) в верхнем сечении колонн с рисками разбивочных осей при длине колонн , м: – до 4 – ±12 мм; – от 4 до 8 – ±15 мм; – от 8 до 16 – ±20 мм. Главными требованиями к строповочным устройствам для монтажа колонн является необходимость автоматической или дистанционной расстроповки колонн с монтажного горизонта и обеспечение вертикального положения колонны при подъеме. 12 При наличии в колонне специальных строповочных отверстий используют унифицированные траверсы с пальцевым захватом и штырьевым замком с устройством для дистанционной растроповки. Рис. 2. Унифицированная траверса для монтажа ко- лонн: 1 – строп; 2 – балка; 3 – подвеска; 4 – палец Рис. 3. Одиночный разъемный кондуктор со стяжными винтами конструкции «Мосоргстроя»: 1 – винты для крепления кондуктора к оголовку колонны; 2 – стойки кондуктора; 3 – винты для выверки низа ко- лонны; 4 – стяжные винты; 5 – винты для выверки верха колонны; 6 – направляющие; 7 – монтажные петли; 8 – секции кондуктора; 9 – защелка Устройством для временного закрепления и выверки колонн является одиночный разъемный кондуктор со стяжными винтами (рис. 3), состоящий из двух Г-образных полурам, соединенных между собой по диагонали четырьмя парами стяжных винтов и защелки. С каждой стороны кондуктора имеется по четыре ряда винтов, из которых две нижние пары служат для закрепления его на оголовке нижестоящей колонны, а две верхние пары – для выверки и временного закрепления устанавливаемой колонны. 2.2. Монтаж сборных железобетонных стропильных ферм Ферма стропильная – строительная несущая конструкция для покрытия, как правило, больших пролетов, представляет собой плоскую конструкцию из стержневых элементов, соединяемых в шарнирных и/или 13 жестких узлах, состоящую из элементов верхнего сжатого пояса, нижнего растянутого пояса и стоек, раскосов, подкосов, объединяющих пояса в единую конструкцию [11]. Стропильные фермы подразделяют на типы (рис. 4): – раскосные сегментные для покрытий со скатной кровлей; – безраскосные сегментные для покрытий со скатной кровлей; – то же, для покрытий с малоуклонной кровлей; – безраскосные треугольные для покрытий со скатной кровлей. Раскосная сегментная ферма Безраскосная сегментная ферма Безраскосная сегментная ферма для покрытий с малоуклонной кровлей Безраскосная треугольная ферма Рис. 4. Типы стропильных ферм 14 При поступлении стропильных ферм на строительную площадку необходимо выполнение следующих операций: – проверки наличия сопроводительного документа о качестве изделий и их соответствии заданному типу (марке) – ГОСТ 20213-89; – проверки наличия маркировки и штампа ОТК на изделиях по ГОСТ 13015-2003 и их соответствия данным, указанным в сопроводительном документе; – предварительного визуального обследования изделий для установления отсутствия недопустимых дефектов и повреждений (трещин, повреждений бетона в зоне анкеровки напрягаемой арматуры, сколов, наплывов бетона). Монтаж стропильных ферм осуществляют, как правило, в одном потоке с плитами покрытий с использованием самоходных стреловых кранов с гуськами или башенных кранов (при возведении многоэтажных зданий). При возведении одноэтажных зданий с шагом колонн 12 м монтаж стропильных ферм и плит покрытия возможно вести параллельно отдельными (дифференцированными) потоками с использованием двух самоходных кранов. При этом кран, монтирующий плиты покрытия, движется поперечными проходками. Использование данного метода требует особой раскладки элементов, строгой увязки параллельных потоков и соблюдения специальных мер безопасного ведения работ. Отклонения от проектного положения смонтированных ферм не должны превышать предельных отклонений: – от совмещения ориентиров (рисок геометрических осей, граней) в нижнем сечении установленных элементов с установочными ориентирами – 8 мм; – от совмещения ориентиров (рисок геометрических осей, граней) в верхнем сечении установленных элементов с установочными ориентирами при высоте элемента на опоре, м: – до 1 – 6 мм; – от 1 до 1,6 – 8 мм; – от симметричности (половина разности глубины опирания концов элемента) в направлении перекрываемого пролета при длине элемента, м: – от 4 до 8 – 6 мм; – от 8 до 16 – 8 мм; – св. 16 – 10 мм. – в расстоянии между осями верхних поясов ферм в середине пролета – 60 мм. Для подъема ферм используются приспособления (рис. 5): – строповочные устройства; – полуавтоматическое захватное устройство; 15 – траверса универсальная, используется для монтажа стропильных ферм серий ПК-01-129/78 и 1.463-3, длиной 18 м, массой до 12 т. Строповка железобетонных ферм: 1 – ферма; 2 – траверса; 3 – полуавтоматический металлический захват Полуавтоматическое захватное устройство для монтажа железобетонных ферм: 1 – захваты; 2 – жесткая траверса; 3 – кабель Траверса универсальная: 1 – траверса; 2 – строп ВК-4/5000; 3 – автоматический захват Рис. 5. Типы строповочных приспособлений для монтажа ферм 16 2.3. Монтаж сборных железобетонных балок покрытия Балка – конструктивный элемент, обычно в виде бруса, работающий главным образом на изгиб [12]. Балки подразделяются на типы: – по конструктивному решению: двухполочные, однополочные, с опиранием плит поверху; – по способу опирания на колонну: с подрезкой (на скрытую консоль); без подрезки (на колонну или открытую консоль). При поступлении балок на строительную площадку необходимо выполнить следующие операции: – проверки наличия сопроводительного документа о качестве изделий и их соответствии заданному типу (марке) – ГОСТ 18980-90, ГОСТ 4893.0-81; – проверка наличия маркировки и штампа ОТК по ГОСТ 13015-2003 и их соответствия данным, указанным в сопроводительном документе; – предварительное визуальное обследование изделий для установления отсутствия недопустимых дефектов и повреждений (трещин, повреждений бетона в зоне анкеровки напрягаемой арматуры, сколов, наплывов бетона) и наличия выпусков арматурных стержней для стыковки. Монтаж балок осуществляют, как правило, в одном потоке с плитами перекрытий и покрытий с использованием самоходных стреловых кранов с гуськами или башенных кранов и монтажной оснастки. Отклонения от проектного положения смонтированных ригелей и балок не должны превышать предельных отклонений: – от совмещения ориентиров (рисок геометрических осей, граней) в нижнем сечении установленных элементов с установочными ориентирами – 8 мм; – от совмещения ориентиров (рисок геометрических осей) в верхнем сечении установленных элементов с установочными ориентирами при высоте элемента на опоре, м: · до 1 – 6 мм; · от 1 до 1,6 – 8 мм; - от симметричности (половина разности глубины опирания концов элемента) в направлении перекрываемого пролета при длине элемента, м: · до 4 – 5 мм; · от 4 до 8 – 6 мм; · от 8 до 16 – 8 мм. Для подъема балок используют траверсы, изображенные на рис. 6. 17 Рис. 6. Траверса балочная: а – с двухветвевыми стропами; б – с пе- реставными обоймами; в – универсаль- ная; 1 – подвеска; 2 – растяжной канат; 3 – балка; 4 – крепление строп; 5 – канат- ный строп; 6 – серьга; 7 – ролик. 2.4. Монтаж сборных железобетонных плит покрытия Плита – горизонтальный плоскостной элемент сооружения, предназначенный для восприятия вертикальных эксплуатационных нагрузок и передачи их на несущие элементы – балки, ригели, колонны, стены и т.д.; применяется в строительстве зданий и сооружений различного назначения и выполняет разнообразные функции (несущую, ограждающую, звукопоглощающую и т. п.) [13]. При поступлении плит на строительную площадку необходимо выполнить следующие операции: – проверку наличия сопроводительного документа о качестве плит и их соответствия заданному типу (марке) – ГОСТ 9561-91, ГОСТ 21506-87, ГОСТ 27215-87; – проверку наличия маркировки на плитах (по ГОСТ 13015-2003) и их соответствия данным, указанным в сопроводительном документе; 18 – предварительное визуальное обследование плит для установления отсутствия недопустимых дефектов и повреждений (трещин, повреждений бетона в зоне анкеровки напрягаемой арматуры, сколов, наплывов бетона). Разность отметок лицевых поверхностей двух смежных плит перекрытий в шве, несимметричность опирания плит (смещение в направлении перекрываемого пролета) не должны превышать значений, приведенных в табл.1. Таблица 1 Предельные допустимые отклонения для железобетонных плит Предельные отклонения: Величина отклонения, мм Разности отметок лицевых поверхностей двух смежных непреднапряженных плит перекрытий в шве при длине плит: до 4000 мм; свыше 4000 до 7200 мм 8 10 От симметричности (половина разности глубины опирания концов элемента) при установке плит в направлении перекрываемого пролета при длине элемента: до 4000 мм; свыше 4000 до 7200 мм 5 6 Оценка качества монтажа всех смонтированных плит производится современными геодезическими приборами и другой измерительной техникой, позволяющей определять отклонения положения плит от проектных параметров с погрешностью, не превышающей 0,2 от значения предельного (допустимого) отклонения. Выбор измерительных средств осуществляют в соответствии с ГОСТ 23616-79 и ГОСТ 26433.1-89.