Montaż żurawia wieżowego: jak działają żurawie, rodzaje i zastosowania konstrukcyjne

Do czego służą dźwigi w budownictwie?

Dźwigi są głównym środkiem pionowego i poziomego przemieszczania materiałów na placach budowy. Podnoszą stal konstrukcyjną, prefabrykowane panele betonowe, urządzenia mechaniczne, szalunki i materiały na wysokość i pozycje, których żaden inny sprzęt nie jest w stanie osiągnąć ekonomicznie. Na placu budowy wieżowca żuraw wieżowy nie jest jedną z kilku opcji transplubtu ładunków — jest to centrum operacyjne placu budowy, a każda inna branża pracuje według harmonogramu podnoszenia.

Specyficzne zadania, jakie wykonują dźwigi w budownictwie, obejmują: umieszczanie stalowych belek i kolumn podczas montażu konstrukcji; pozycjonowanie prefabrykowanych płyt stropowych, klatek schodowych i elementów elewacji; podnoszenie instalacji mechanicznych i elektrycznych (agregaty chłodnicze, centrale wentylacyjne, agregaty prądotwórcze) na dach lub poziom instalacji; przenoszenie szalunków i szalunków w miarę postępu prac w budowie podłóg; oraz dostarczanie betonu w kontenerach na piętra bez dostępu pompy. W przypadku dużych projektów infrastruktury cywilnej — mostów, tam, zakładów przemysłowych — dźwigi dodatkowo obsługują ciężkie pojedyncze podnoszenia komponentów, które mogą ważyć setki lub tysiące ton.

Wydajność żurawia wieżowego mierzy się w cyklach podnoszenia na zmianę. Nowoczesny żuraw wieżowy z wysięgnikiem wysięgnikowym na ciasnym terenie miejskim mógłby zostać ukończony 60–100 produktywnych wyciągów dziennie , z których każdy reprezentuje materiały, których ręczne przenoszenie wymagałoby wielu pracowników i wielu godzin. Koszt przestoju dźwigu – zwykle 1500–5000 USD dziennie w postaci samego kosztu wynajmu, przed wystąpieniem efektu domina w zależnych branżach – wyjaśnia, dlaczego planowanie i harmonogramowanie dźwigów jest traktowane jako krytyczne elementy ścieżki programowania budowy.

Jak działają żurawie: inżynieria za windą

Żuraw wieżowy działa poprzez połączenie trzech układów mechanicznych — wciągnika, wózka (lub mechanizmu wychylnego) i obrotu — w celu umieszczenia ładunku w trójwymiarowej przestrzeni nad miejscem pracy. Zrozumienie sposobu funkcjonowania każdego systemu wyjaśnia zarówno możliwości, jak i ograniczenia maszyny.

System podnoszenia

Wciągnik podnosi i opuszcza ładunki za pomocą bębna linowego napędzanego silnikiem elektrycznym (zwykle 30–132 kW w zależności od klasy dźwigu) za pośrednictwem przekładni. Lina wciągnika przebiega przez krążki linowe na głowicy wysięgnika i wózku i kończy się na bloku hakowym. Prędkość wciągnika jest zmienna — duża w przypadku przemieszczania pustego haka, wolna i precyzyjnie kontrolowana podczas wyładunku ładunków w ograniczonych przestrzeniach. Nowoczesne dźwigi wykorzystują napędy z przemiennikami częstotliwości, które umożliwiają bezstopniową zmianę prędkości od 0 do maksymalnej prędkości wciągnika, zastępując starsze styczniki ze stopniowaną prędkością, które powodowały obciążenie udarowe liny i wahadło.

Wózek i wysięgnik

W przypadku żurawia wieżowego płaskiego lub młotkowego wózek porusza się po dolnym pasie wysięgnika poziomego pod napędem silnika wózka. Przesuwanie wózka do wewnątrz lub na zewnątrz powoduje zmianę promienia roboczego bez zmiany wysokości haka — umożliwiając operatorowi umieszczenie ładunku w dowolnym miejscu obszaru obrotu żurawia od promienia minimalnego (zwykle 2–3 m) do promienia maksymalnego (pełna długość wysięgnika, zwykle 40–80 m w przypadku dużych żurawi). Maksymalny udźwig przy maksymalnym promieniu jest zawsze znacznie niższy niż przy minimalnym promieniu: żuraw o maksymalnym udźwigu 10 ton może unieść jedynie 2–3 tony przy pełnym promieniu, ponieważ czynnikiem ograniczającym jest moment (siła × odległość od linii środkowej masztu), a nie moc silnika.

Mechanizm obrotu

Łożysko obrotu i silnik napędowy obracają całą górną konstrukcję — wysięgnik, przeciwwysięgnik, kabinę i platformę maszynową — o 360° wokół stałego masztu. Prędkość obrotu jest niska (zwykle 0,5–0,8 obr./min) i jest czynnikiem ograniczającym czas cyklu w przypadku wind wymagających dużego przemieszczenia kątowego. Balast na przeciwwysięgniku (prefabrykowane bloki betonowe, zwykle 10–30 ton w zależności od klasy żurawia) przeciwdziała momentowi obciążonego wysięgnika i utrzymuje maszt w stanie ściskania, a nie zginania – czyli stanu konstrukcyjnego, do wytrzymania którego sekcje masztu są zaprojektowane.

Rodzaje dźwigów budowlanych: praktyczny przewodnik

W budownictwie wykorzystuje się kilka różnych typów dźwigów, każdy dostosowany do konkretnych warunków w miejscu budowy, wymagań dotyczących obciążenia i czasu trwania projektu. Wybór między nimi jest w równym stopniu decyzją logistyczną, jak i inżynieryjną.

Żuraw wieżowy Hammerhead (górnoobrotowy).

Najpopularniejszy typ żurawia wieżowego w budownictwie komercyjnym i wysokościowym na całym świecie. Poziomy wysięgnik i przeciwwysięgnik zamontowane są na wieńcu obrotowym u góry masztu, nadając mu charakterystyczny profil w kształcie litery T. Długości wysięgników zazwyczaj wahają się od 40 do 80 m, a maksymalny udźwig od 6 do 20 ton. Żurawie Hammerhead wymagają znacznego promienia obrotu — cały wysięgnik obraca się w zakresie 360° — co sprawia, że ​​nie nadają się do stosowania w bardzo ciasnych obszarach miejskich, gdzie wysięgnik wystawałby nad sąsiednie budynki lub infrastrukturę.

Żuraw wieżowy z wysięgnikiem wysięgowym

Żuraw z wysięgnikiem wychylnym zastępuje poziomy ruch wózka wysięgnikiem, który podnosi i opuszcza (unosi) pod kątem — od prawie poziomego do prawie pionowego — w celu zmiany promienia roboczego. Ponieważ wysięgnik wychyla się w górę, a nie poziomo, wymaga znacznie mniejszego prześwitu poziomego podczas obrotu, co czyni go standardowym wyborem w gęsto zabudowanych terenach miejskich, przy budowie piwnic i projektach, w których wiele dźwigów musi pracować blisko siebie bez ryzyka kolizji. Kompromisem jest wolniejsza zmiana promienia (wychylanie wysięgnika trwa dłużej niż transportowanie na wózku) i wyższy koszt dźwigu.

Samowznoszący się żuraw wieżowy

Mniejsze żurawie wieżowe (zwykle do 6 ton udźwigu, wysięgnik 30–40 m), które można transportować na standardowym samochodzie ciężarowym i montować przez małą załogę bez dźwigu samojezdnego, wykorzystując wbudowane hydrauliczne mechanizmy składania. Stosuje się je w budynkach mieszkalnych o niskiej i średniej zabudowie, przy projektach renowacji oraz w miejscach, gdzie koszt i logistyka pełnego montażu żurawia wieżowego są nieproporcjonalne do skali projektu.

Dźwig samojezdny (terenowy i gąsienicowy)

Żurawie samojezdne nie są przymocowane do fundamentu i można je przesuwać w trakcie realizacji projektu. Żurawie terenowe poruszają się po drogach o własnych siłach; żurawie gąsienicowe poruszają się po gąsienicach i są przystosowane do pracy na miękkim podłożu i przy bardzo dużych obciążeniach. Żurawie samojezdne są używane do wznoszenia konstrukcji stalowych na niskich konstrukcjach, wind, instalacji prefabrykatów betonowych i wszędzie tam, gdzie nie ma uzasadnienia dla stałego żurawia wieżowego. W przypadku pojedynczego, bardzo ciężkiego podnośnika – umieszczenia dźwigara mostu, wzniesienia wieży chłodniczej, zainstalowania ciężkiego zespołu mechanicznego – duża dźwig gąsienicowy (udźwig 500–3 000 ton) jest często jedyną praktyczną opcją.

Derrick Crane i jednostka utrzymania budynku

Żurawie Derrick to kompaktowe żurawie o dużym udźwigu, przeznaczone do wspinania się po ścianie ukończonego budynku, zwykle używane na superwysokich konstrukcjach, gdzie konwencjonalny żuraw wieżowy nie jest w stanie ekonomicznie dotrzeć na wyższe piętra. Jednostki do konserwacji budynków (BMU) pełnią w ukończonych budynkach pokrewną funkcję, polegającą na dostępie do elewacji i czyszczeniu okien, ale nie są żurawiami budowlanymi w podstawowym znaczeniu tego słowa.

Żuraw Wieżowy Montaż: Jak żurawie są montowane na miejscu

Montaż dźwigu wieżowego to jedna z najbardziej wymagających technicznie operacji w logistyce budowlanej. Duży żuraw wieżowy przyjeżdża na miejsce w 20–40 ciężarówkach z komponentami — sekcjami masztów, panelami wysięgników, wysięgnikiem przeciwstawnym, platformą maszynową, zespołem obrotowym, kabiną, blokami balastowymi i śrubami kotwiącymi fundamenty — i musi być montowany w dokładnej kolejności, zwykle w ciągu 1–3 dni w przypadku średniej wielkości żurawia.

Sekwencja erekcji jest zgodna ze stałym protokołem:

1. Przygotowanie podłoża: Żelbetowa płyta fundamentowa — zwykle o wymiarach w rzucie od 5 x 5 m do 8 x 8 m i głębokości 1,5–2,5 m — jest odlewana z osadzonymi śrubami kotwiącymi zgodnie ze specyfikacją producenta dźwigu. Przed rozpoczęciem montażu fundament musi osiągnąć pełną wytrzymałość projektową, co wymaga zazwyczaj 28-dniowego utwardzania.
2. Maszt podstawowy i zespół obrotowy: Dźwig samojezdny podnosi sekcję(-y) masztu podstawy i przykręca je do zespołu kotwy fundamentowej. Następnie wieniec obrotowy, stół obrotowy i platforma maszynowa są podnoszone i montowane na szczycie masztu podstawowego.
3. Zespół wysięgnika i przeciwwagi: Wysięgnik poziomy jest montowany w sekcjach na ziemi obok żurawia, a następnie podnoszony jako kompletna jednostka za pomocą mobilnego dźwigu pomocniczego i przykręcany do zespołu obrotowego. Przeciwwysięgnik jest montowany i podnoszony oddzielnie. Bloki balastowe są ładowane na przeciwwysięgnik przed jego naprężeniem.
4. Przeglądanie i uruchomienie: Lina wciągnika jest przeciągana przez krążki głowicy wysięgnika i blok haka, wykonywane są wszystkie połączenia elektryczne, ustawiane są wyłączniki krańcowe, a przed oddaniem do użytku żuraw jest poddawany obciążeniu próbnemu pod nadzorem przedstawiciela producenta żurawia lub wykwalifikowanego inspektora.

Jak żurawie dostają się na szczyty drapaczy chmur? Proces wspinaczki

Najczęstsze pytanie dotyczące żurawi wieżowych — jak dźwigi wspinają się na wieżowce — ma elegancką inżynierską odpowiedź: żuraw wspina się sam za pomocą hydraulicznej ramy wspinaczkowej.

Wszystkie żurawie wieżowe powyżej określonej wysokości są zaprojektowane z kołnierz wspinaczkowy — stalowa rama otaczająca maszt tuż pod zespołem obrotowym i wyposażona w siłowniki hydrauliczne. Kiedy konstrukcja budynku osiągnie wysokość, na której należy podnieść dźwig, proces wspinania przebiega w następujący sposób:

1. Włącza się kołnierz wspinający i wysuwają się siłowniki hydrauliczne, podnosząc całą górną konstrukcję (zespół obrotowy, wysięgnik, przeciwwysięgnik, kabinę, balast) o jedną wysokość sekcji masztu — zwykle 3–6 m.
2. Nowa sekcja masztu jest podnoszona za pomocą wciągnika znajdującego się na wyposażeniu dźwigu, wsuwana w szczelinę utworzoną przez kołnierz wspinający się i mocowana na miejscu przez ekipę montażową pracującą na platformach dostępu do masztu.
3. Siłowniki hydrauliczne cofają się, opuszczając górną konstrukcję na nową sekcję masztu. Kołnierz wspinaczkowy odłącza się i zostaje ponownie ustawiony na następną wspinaczkę.

Ten proces samowznoszenia można powtarzać tyle razy, ile potrzeba, w miarę wznoszenia się budynku. Superwysokie wieże — Burj Khalifa, Shanghai Tower, One World Trade Center — wymagały, aby ich żurawie wieżowe wspinały się dziesiątki razy podczas budowy. Żurawie na Burj Khalifa (828 m) wspięły się na wysokość przekraczającą 600 m nad poziomem gruntu w fazie budowy górnego piętra.

W przypadku bardzo wysokich budynków dźwigi są również mocowane do konstrukcji budynku w regularnych odstępach — zazwyczaj co 30–50 m wysokości wolnostojącego masztu — za pomocą wiązanie masztu or kotwy budowlane : ramy stalowe przyspawane lub przykręcone do ramy konstrukcyjnej lub ścian rdzenia, które usztywniają maszt dźwigu z boku przed obciążeniem wiatrem. Dzięki tym opaskom żuraw może być znacznie wyższy, niż pozwala na to jego udźwig w pozycji wolnostojącej, a także zostały zaprojektowane i certyfikowane jako elementy konstrukcyjne pakietu prac tymczasowych.

Historia żurawi wieżowych: od rzymskich kół gąsienicowych po sterowanie cyfrowe

The historia żurawi wieżowych to proces trwający 2000 lat, od maszyn do drewna napędzanych siłą mięśni do sterowanych cyfrowo konstrukcji stalowych zdolnych unieść od 100 ton na wysokość 800 metrów.

Rzymianie używali drewnianych dźwigów z kołami bieżnikowymi – dużych drewnianych bębnów, po których poruszają się niewolnicy lub robotnicy – ​​do podnoszenia kamiennych bloków podczas budowy świątyni i akweduktu. Średniowieczni budowniczowie katedr rozszerzyli tę zasadę o słupy do ginu i żurawie ze ścinanymi nogami, aby wznosić kamienne wieże i umieszczać rzeźbione elementy. Maszyny te działały na tych samych podstawowych zasadach, co nowoczesne żurawie: przewaga mechaniczna dzięki zwielokrotnieniu kół pasowych i ruch obrotowy przekształcony w siłę nośną pionową.

Pierwszy rozpoznawalny nowoczesny żuraw wieżowy – maszyna ze stałym masztem z obrotowym wysięgnikiem poziomym i wciągnikiem elektrycznym – pojawił się w Niemczech na początku XX wieku i został opracowany, aby służyć szybkiemu rozwojowi budownictwa przemysłowego i mieszkaniowego w okresie weimarskim i powojennym. Firma Liebherr, założona w 1949 roku przez Hansa Liebherra w Kirchdorf an der Iller w Bawarii, odegrała decydującą rolę w komercjalizacji żurawia wieżowego w Europie wraz z wprowadzeniem w 1949 roku TK 10 — przenośnego żurawia wieżowego, który można było wznosić bez oddzielnego dźwigu pomocniczego, otwierając tę ​​technologię dla mniejszych wykonawców i mniejszych placów budowy.

Lata sześćdziesiąte i siedemdziesiąte XX wieku to okres szybkiego rozwoju systemów samowznoszących, większych klas udźwigu oraz rozpowszechnienia się żurawi wieżowych z Europy do branży budowlanej na całym świecie. Wprowadzenie systemów napędowych z przemiennikami częstotliwości w latach 80. i 90. XX w. zmieniło sterowność żurawia, zastępując nierówną pracę ze stopniowaną prędkością płynnym ruchem ze zmienną prędkością, co radykalnie zmniejszyło wahania obciążenia i zmęczenie operatora. Systemy antykolizyjne — wykorzystujące transpondery radiowe i programowalne strefy graniczne — stały się standardem w latach 90. i 2000. XX wieku, ponieważ projekty budownictwa miejskiego rutynowo wymagały pracy wielu dźwigów w nakładających się strefach promienia.

Żurawie wieżowe obecnej generacji są wyposażone w wskaźniki momentu obciążenia z cyfrowym wyświetlaczem w czasie rzeczywistym, telemetrię zdalnego monitorowania, która przesyła dane operacyjne do firmy wynajmującej i kierownictwa budowy, opcjonalną możliwość zdalnej obsługi i coraz częściej: półautonomiczne wspomaganie podnoszenia systemy wykorzystujące GPS, laser i pomiary bezwładnościowe do tłumienia wahań haka i wspomagania precyzyjnego umieszczania. Podstawowa konstrukcja nie uległa zmianie — wciągnik, wózek, obrót — ale precyzja, bezpieczeństwo i przejrzystość danych nowoczesnej maszyny są o rząd wielkości wyższe niż to, co było możliwe nawet 30 lat temu.

Demontaż żurawia wieżowego: jak dźwig spada

Demontaż żurawia wieżowego – odwrotność montażu – stanowi wyzwanie logistyczne, które często jest niedoceniane w planowaniu projektu. Gdy budynek jest w dużej mierze zamknięty, dźwigu, który służył do jego budowy, nie można po prostu podnieść z góry. Żuraw musi opuszczać się w odwrotnej kolejności do wspinania się, usuwając sekcje masztu z góry, aż maszt będzie wystarczająco krótki, aby żuraw samojezdny mógł zdemontować wysięgnik i górny zespół na poziomie gruntu.

W budynku, w którym żuraw wspiął się wewnątrz rdzenia konstrukcyjnego – co jest typową konfiguracją w wieżowcach o rdzeniu betonowym, gdzie dźwig znajduje się w pustce rdzenia serwisowego – końcowa faza demontażu wymaga zredukowania dźwigu do elementów wystarczająco małych, aby można je było obniżyć za pomocą mniejszego dźwigu wewnętrznego lub wciągnika przez specjalnie uformowany otwór w gotowej konstrukcji podłogi. Otwór ten, tzw otwór do skoku dźwigu , jest od początku projektowany na rysunkach konstrukcyjnych, a następnie po zdjęciu dźwigu jest wypełniany betonowymi panelami wypełniającymi.

Planowanie usunięcia dźwigu rozpoczyna się na etapie projektowania projektu, a nie na etapie praktycznego zakończenia. Sekwencja usuwania kotwic, tymczasowe prace przy otworze do skoku i dostęp dźwigu samojezdnego na poziomie gruntu zostały zaplanowane jako czynności krytyczne w programie zakończenia projektu. W przypadku złożonych projektów miejskich z wieloma dźwigami wspinaczkowymi i wąskim dostępem do ulic planowanie demontażu dźwigu może być równie wymagające technicznie, jak początkowy montaż.