Stavebné žeriavy: typy, ako fungujú, montáž a história

Stavebné žeriavy: Kompletný sprievodca

Stavebné žeriavy sú chrbticou modernej vertikálnej stavby. Od stredne vysokých kancelárskych blokov až po supervysoké mrakodrapy sa žiadne iné zariadenie nevyrovná kombinácii dosahu, nosnosti a prevádzkovej výšky vežového žeriavu. Táto príručka pokrýva všetko od histórie a vynálezu žeriavu až po to, ako sa operátori dostanú na vrchol, ako sú žeriavy poháňané a ako si vybrať správny typ pre daný projekt.

História Vežové žeriavy : Od starovekých navijakov k moderným obrom

História vežových žeriavov siaha ďalej, než si väčšina ľudí uvedomuje. Starí Gréci vyvinuli prvý skutočný mechanický žeriav — tzv trispastos — okolo 515 pred Kr pomocou jednoduchého systému lana a kladky poháňaného ľudským alebo zvieracím úsilím. Tieto rané zariadenia mohli zdvihnúť bremená s hmotnosťou približne 150 kg, čo je dostatočné na umiestnenie upravených kamenných blokov používaných pri stavbe chrámov.

Rímski inžinieri rozšírili tento koncept o polyspaston , zložený kladkový žeriav schopný zdvihnúť až 3 000 kg — číslo, ktoré by až do priemyselnej revolúcie neprekonal žiadny prenosný zdvíhací stroj. Šliapací žeriav, bežný v stredovekej Európe od 12. storočia, zaviedol rotáciu poháňanú ľudskou silou pomocou veľkého dreveného kolesa, čo umožnilo stavbu gotických katedrál so stenami vysokými nad 30 metrov.

Otázka o ktorý vynašiel žeriav vo svojej modernej podobe sa vo všeobecnosti odpovedá dvoma menami. Škótsky inžinier William Fairbairn skonštruoval v 40. rokoch 19. storočia prvý pojazdný žeriav poháňaný parou, čím zmenil prevádzku lodeníc a skladov. Avšak vežový žeriav, ako je dnes známy – otočný výložník namontovaný na zvislom stožiari – bol priekopníkom nemecký inžinier Hans Liebherr, ktorý postavil prvý komerčný vežový žeriav v r. 1949 v povojnovom úsilí o obnovu Nemecka. Jeho spoločnosť Liebherr dodnes zostáva jedným z najväčších svetových výrobcov vežových žeriavov.

Typy žeriavov pre stavebníctvo

Nie všetky stavebné žeriavy sú vežové. Správny typ žeriavu závisí od rozsahu projektu, miestnych obmedzení, požadovanej výšky zdvihu a nosnosti. Medzi hlavné typy žeriavov používaných na staveniskách patria:

Vežový žeriav Hammerhead

The kladivový vežový žeriav — tiež nazývaný hornootočný alebo sedlový žeriav — je najrozšírenejšou formou. Má vodorovný výložník a protivýložník približne rovnakej dĺžky, ktorý sa tiahne od centrálneho otočného kruhu v hornej časti stožiara, čo mu dáva charakteristický tvar T viditeľný na mestských panorámach po celom svete. Vozík sa pohybuje pozdĺž výložníka, aby umiestňoval bremená s premenlivými polomermi až po maximálny dosah výložníka, ktorý môže prekročiť 80 metrov na veľkých modeloch. Žeriavy Hammerhead sú obľúbené pre výškové konštrukcie kvôli ich predvídateľnému diagramu zaťaženia a priamej prevádzke v neprehľadnom vzdušnom priestore.

Vežový žeriav s plochým vrcholom

The plochý vežový žeriav (v závislosti od variantu aj vylamovacia plochá strecha alebo samonastavovacia plochá strecha) eliminuje tradičný A-rám alebo vrchol nad otočným prstencom. Výsledkom je nižší celkový profil, ktorý výrazne znižuje minimálnu vzdialenosť potrebnú medzi susednými žeriavmi na tesnom mieste – hlavným dôvodom, prečo v projektoch v centre mesta dominujú dizajny s plochými stropmi, kde musí v tesnej blízkosti fungovať viacero vežových žeriavov. Montáž a demontáž je tiež rýchlejšia vďaka absencii konštrukcie horného rámu.

Železničný vežový žeriav

A koľajnicový vežový žeriav jazdí po pevnej dráhe položenej na úrovni zeme, pričom kombinuje vertikálny dosah vežového žeriavu s horizontálnou pohyblivosťou po celej dĺžke konštrukcie. Táto konfigurácia je obzvlášť účinná na lodeniciach, prefabrikovaných betónových zariadeniach a lineárnych stavebných projektoch, ako sú viadukty alebo dlhé priemyselné budovy. Rozchod koľajníc, nosnosť trate a rýchlosť jazdy musia byť navrhnuté ako súčasť plánu lokality.

Výložníkový vežový žeriav Luffing

Tam, kde hranice lokality alebo obmedzenia vzdušného priestoru bránia voľnému kývaniu horizontálneho výložníka, vyostrujúci výložníkový žeriav zdvíha a spúšťa výložník oblúkom, namiesto toho, aby používal pojazdný vozík. To dramaticky znižuje požadovaný polomer otáčania a umožňuje bezpečnú prevádzku pri hraničných stenách, iných žeriavoch alebo chránených koridoroch vzdušného priestoru – bežná požiadavka na obmedzených miestach v centre mesta.

Mobilný žeriav a pásový žeriav

Okrem vežových žeriavov, mobilné teleskopické žeriavy (nákladné) a pásové žeriavy (pásové podvozky) zvládajú výťahy, ktoré si vyžadujú premiestnenie medzi zberačmi alebo ktoré spadajú mimo plášť vežového žeriavu. Mobilné žeriavy sú nevyhnutné pri samotnej montáži vežového žeriavu, pri zdvíhaní častí stožiarov a konštrukčných prvkov do polohy predtým, ako prevezme samošplhací mechanizmus.

Časti stavebného žeriavu

Pochopenie kľúčových komponentov vežového žeriavu objasňuje, ako funguje a ako každý prvok prispieva k bezpečnému a efektívnemu zdvíhaniu.

• Stožiar (veža): Vertikálna oceľová priehradová konštrukcia, ktorá dodáva žeriavu jeho výšku. Štandardné časti stožiara sú zvyčajne 3-6 metrov vysoký a zoskrutkované alebo spojené k sebe počas montáže. Stožiar prenáša všetky zaťaženia – vrátane vetra – na základ.
• Otočná jednotka: Toto motorizované prstencové ložisko namontované na vrchole stožiara umožňuje otáčanie celej hornej konštrukcie o 360°. Otočný motor a prevodovka zvyčajne poskytujú rýchlosť otáčania 0,6–0,8 ot./min.
• Výložník (výložník žeriavu): Horizontálne pracovné rameno, ktoré vyčnieva smerom von z otočnej jednotky. The výložník žeriavu nesie vozík a zdvíhacie lano. Dĺžky ramena sa bežne pohybujú od 40 do 80 metrov v závislosti od modelu.
• Protivýložník: Kratšie zadné rameno, ktoré nesie protizávažia – zvyčajne ťažké betónové alebo oceľové bloky – na vyváženie zaťaženia pracovného výložníka. Hmotnosti protizávažia sa pohybujú od niekoľkých ton na malých žeriavoch až po viac ako 20 ton na veľkých modeloch kladivových hlavíc.
• Vozík: Pohybuje sa vodorovne pozdĺž výložníka, aby sa zmenil polomer nákladu (vzdialenosť od stredu stožiara k háku). Rýchlosť vozíka sa na moderných žeriavoch zvyčajne pohybuje od 20 do 80 m/min.
• Blok háku a zdvíhacie lano: Hák visí z oceľového lana navinutého na zdvíhacom bubne. Motor zdviháka zdvíha a spúšťa bremeno; Rýchlosti kladkostroja bežne dosahujú 60–120 m/min pri jednoradovom ťahu.
• Kabína vežového žeriavu: Uzavretá kabína operátora umiestnená v hornej časti stožiara tesne pod alebo vedľa otočnej jednotky. The kabína vežového žeriavu obsahuje všetky ovládacie prvky, displeje monitorovania záťaže, hodnoty anemometra a komunikačné vybavenie. Väčšina moderných kabín ponúka klimatizáciu a ergonomické sedenie na zníženie únavy operátora počas zmien, ktoré pravidelne presahujú 8 hodín.
• Preliezačka (hydraulická lezecká klietka): Mechanizmus, ktorý umožňuje žeriavu rásť s budovou. Hydraulický piest tlačí hornú konštrukciu žeriavu nahor o jednu výšku sekcie stožiara, po ktorej sa dole vloží nová časť stožiara. Tento proces – nazývaný „skákanie“ – môže skúsená posádka dokončiť za 2–4 ​​hodiny.
• Základová kotva: Základňa žeriavu – buď betónová krížová záťaž, alebo zaliata základová klietka ukotvená do štrukturálnej dosky staveniska alebo vyhradenej podložky. Návrh základu musí brať do úvahy maximálny moment prevrátenia pri plnom zaťažení výložníka a pri maximálnom návrhu vetra.

Ako fungujú žeriavy

Vežový žeriav funguje kombináciou troch súčasných pohybov — zdvíhanie (vertikálne zdvíhanie nákladu), otáčanie (vodorovné otáčanie výložníka) a trolejovanie (pohyb bremena radiálne pozdĺž výložníka) — umiestniť bremeno kdekoľvek v rámci jeho prevádzkovej obálky s milimetrovou presnosťou.

Fyzika, ktorá je základom prevádzky žeriavu, je momentové vyváženie. Menovitá nosnosť pri akomkoľvek danom polomere je určená maximálnym prípustným ohybovým momentom na otočnom prstenci – čo znamená, že žeriav s nosnosťou 6 ton pri polomere 60 metrov môže zdvihnúť podstatne väčšiu váhu bližšie k stožiaru. To je vyjadrené v tabuľke zaťaženia žeriava, ktorú musia operátori konzultovať pred každým vyzdvihnutím.

Moderné vežové žeriavy sú vybavené o obmedzovače záťažového momentu (LML) a zariadenia proti dvom blokom, ktoré bránia operátorovi v náhodnom prekročení menovitej nosnosti žeriavu alebo v zatlačení hákového bloku do konštrukcie výložníka. Pohony s premenlivou frekvenciou (VFD) na zdvíhacích a otočných motoroch poskytujú plynulé zrýchľovanie a spomaľovanie, čím znižujú kolísanie zaťaženia a zlepšujú časy cyklov.

Ako sú poháňané žeriavy? Prakticky všetky dnes používané vežové žeriavy sú elektricky napájané cez vlečný kábel alebo trvalé pripojenie k rozvodnej doske miesta. Stredne veľký kladivový žeriav zvyčajne vyžaduje a 50-100 kVA trojfázové napájanie. Elektrické pohonné systémy sú uprednostňované pred hydraulickými alebo naftovými alternatívami pre aplikácie vežových žeriavov z dôvodu ich energetickej účinnosti, presného riadenia rýchlosti a vhodnosti pre rekuperačné brzdenie – kde sa energia zo zníženia zaťaženia vracia späť do siete.

Montáž vežového žeriavu: Ako sa stavajú žeriavy

Montáž vežového žeriavu je presne nasledovaná operácia, ktorá zvyčajne trvá 1–3 dni pre štandardný voľne stojaci žeriav v závislosti od modelu a podmienok na mieste. Pochopenie procesu objasňuje, prečo je plánovanie erekcie také dôležité ako ktorákoľvek iná fáza projektového programu.

1. Príprava základu: Betónový kotevný blok – zvyčajne vystužený kotevnými skrutkami alebo vopred skonštruovanou klietkou na skrutky špecifikovanou výrobcom žeriavu – sa zaleje do zeme alebo do štrukturálnej dosky budovy niekoľko týždňov vopred, aby sa umožnilo primerané vytvrdnutie.
2. Zostava základne stožiara: Prvé časti stožiara sa spustia na základové skrutky a pomocou vodováhy alebo digitálneho sklonomera sa osadia presne vertikálne. Tolerancia odchýlky je zvyčajne menšia ako 1 mm na meter výšky stožiara.
3. Inštalácia stúpacieho rámu: Hydraulická horolezecká klietka je namontovaná okolo stožiara na základni hornej konštrukcie a je pripravená zdvihnúť každú novú sekciu na miesto.
4. Zostava otočnej jednotky, kabíny a výložníka: Mobilný žeriav zdvihne otočný kruh, kabínu operátora, protivýložník (s už namontovanými protizávažiami) a potom časti výložníka na miesto. Výložník je zostavený na zemi a zdvíhaný ako jeden celok alebo po častiach v závislosti od jeho dĺžky.
5. Vyprázdnenie a uvedenie do prevádzky: Lano kladkostroja sa prevlečie cez vozík a hákový blok, vytvoria sa všetky elektrické spojenia a pred vydaním osvedčenia o odovzdaní sa žeriav podrobuje funkčnej skúške, záťažovej skúške a overeniu bezpečnostného systému.

Keď sa budova dvíha, žeriav rastie spolu s ňou samošplhací (skákací) proces : Hydraulické baranidlo sa vysunie, horná konštrukcia je držaná na stúpacích kolíkoch, zatiaľ čo nová časť stožiara je zasunutá do spodnej polohy a žeriav je spustený na novú časť. Tento cyklus sa opakuje každých niekoľko poschodí, zvyčajne vždy, keď konštrukcia budovy prekročí výšku samostatne stojaceho háku žeriavu.

Výška žeriavu a koľko váži žeriav

The výška žeriavu na stavenisku nie je pevne stanovená – rastie s postupom projektu. Medzi nimi môže stáť typický voľne stojaci vežový žeriav 50 a 80 metrov bez naviazania na konštrukciu. Pri kotvení k budove v pravidelných intervaloch (zvyčajne každých 20–30 metrov stožiara) sa žeriav môže roztiahnuť až na niekoľko stoviek metrov. Najvyššie vežové žeriavy, aké kedy boli v stavebníctve použité, dosahovali voľne stojace výšky 100 metrov , s výškou háku na priviazaných žeriavoch presahujúcou 300 metrov na projektoch supervysokých mrakodrapov.

Hmotnosť vežového žeriavu sa výrazne líši v závislosti od veľkosti a typu. Kompaktný samomontovateľný žeriav môže vážiť len 3-5 ton , zatiaľ čo veľký kladivový žeriav môže prevážiť 200 ton keď sú zahrnuté všetky časti stožiara, protizávažia a komponenty výložníka. Séria Liebherr EC-B a Potain MDT – obe bežné ponuky výrobcov vežových žeriavov na strednom konci trhu – zvyčajne vážia v konfigurácii na mieste od 40 do 120 ton.

Ako sa žeriavníci dostanú na vrchol

Prístup do kabíny vežového žeriavu je jedným z menej diskutovaných, ale veľmi reálnych aspektov prevádzky žeriavu. Ako sa žeriavníci dostanú na vrchol? Takmer vo všetkých vežových žeriavoch je prístup cez pevný vertikálny rebrík, ktorý vedie vo vnútri alebo popri stožiari, s odpočívadlami v pravidelných intervaloch – zvyčajne každých 6 metrov, čo zodpovedá spojom častí stožiara. Na vysokých žeriavoch môžu operátori stúpať 150–250 priečok alebo viac na začiatku každej zmeny.

Niektoré moderné vežové žeriavy, najmä na veľmi vysokých konštrukciách alebo na trhoch s prísnymi normami v oblasti dobrých životných podmienok práce, sú vybavené a stožiarolezecký personálny výťah — malé uzavreté auto, ktoré sa pohybuje po vonkajšej strane stožiara, čím eliminuje fyzické nároky na lezenie po rebríku. To však zvyšuje náklady a vyžaduje dodatočnú údržbu, takže mnohé lokality – najmä na rozvojových trhoch – sa naďalej spoliehajú na prístup po rebríku.

Operátori zvyčajne strávia celú zmenu – bežne 8–10 hodín — v kabíne bez zostupovania. Jedlá, voda a v niektorých prípadoch sanitárne zariadenia sú buď privádzané na začiatku zmeny, alebo sú dodávané cez zdvíhacie lano vo vedre. Riadenie únavy je preto základnou súčasťou zodpovedného plánovania prevádzky žeriavu.

Výrobcovia vežových žeriavov: Kto vyrába svetové stavebné žeriavy

Globálny trh s vežovými žeriavmi obsluhuje relatívne malý počet dominantných výrobcov, hoci konkurenčné prostredie sa výrazne rozšírilo s rastom čínskej výroby.

• Liebherr (Nemecko): Považuje sa za zakladajúce meno v moderných vežových žeriavoch, ktoré vyrábajú celý rad od samomontážnych modelov až po vysokovýkonné kladivové žeriavy s nosnosťou špičky až 64 ton.
• Manitowoc / Potain (Francúzsko/USA): Potain je najväčšia svetová značka vežových žeriavov podľa inštalovanej základne, ktorá ponúka široko používaný rozsah MDT s plochým vrchom a MCT lemovania na všetkých hlavných svetových trhoch.
• Terex Comedil (Taliansko): Špecializuje sa na žeriavy s plochou strechou a otočné žeriavy, ktoré sú obzvlášť populárne na európskom a austrálskom trhu.
• Wolffkran (Nemecko): Známy pre vysokovýkonné kladivové žeriavy a špecializované vysokokapacitné modely pre priemyselné a infraštruktúrne aplikácie.
• XCMG, Zoomlion, SANY (Čína): Výrobcovia so sídlom v Číne rýchlo rozšírili svoju globálnu prítomnosť v oblasti žeriavov, ponúkajú konkurencieschopné ceny vo všetkých kategóriách žeriavov a teraz predstavujú významný podiel nových dodávok žeriavov v Ázii, na Strednom východe a v Afrike.

Pri výbere výrobcu vežových žeriavov by obstarávacie tímy mali hodnotiť nielen jednotkovú cenu, ale aj dostupnosť miestnych dielov, pokrytie servisnou sieťou, dodacia lehota pre sekcie stožiarov a hodnota opätovného predaja — to všetko môže podstatne ovplyvniť celkové náklady na vlastníctvo počas viacročného projektu.

Plánovanie výškových žeriavov: Úvahy o žeriave na stavenisku

Umiestnenie a žeriav na stavenisku — najmä pre a výškový žeriav aplikácia — vyžaduje inžiniersku analýzu v dostatočnom predstihu pred rozbitím pôdy. Medzi kľúčové premenné plánovania patria:

• Analýza pokrytia: Výložník žeriavu musí dosiahnuť každý bod pôdorysu budovy plus kľúčové miesta na uloženie. Pre veľké alebo nepravidelne tvarované budovy môžu byť potrebné viaceré žeriavy, čo si vyžaduje starostlivú koordináciu vzdušného priestoru, aby sa zabránilo kolízii výložníkov.
• Štrukturálna integrácia: Pri viazaných žeriavoch na výškových konštrukciách musia byť spojovacie rámy navrhnuté v stavebných výkresoch budovy na príslušných úrovniach podlahy. Každá väzba prenáša horizontálne zaťaženie niekoľko stoviek kilonewtonov do rámu budovy.
• Vnútorné lezenie vs. vonkajšie: Na supervysokých budovách sa žeriavy často „skákajú“ do hlavnej šachty budovy – žeriav sedí vo výťahovej jadre a šplhá pomocou stien jadra ako kotviacich bodov. To chráni žeriav pred extrémnym zaťažením vetrom vo výške a eliminuje potrebu vonkajších spojovacích konzol na fasáde budovy.
• Plánovanie demontáže: Na vysokých budovách nie je možné žeriav jednoducho demontovať v opačnom smere. Často je potrebný menší „záchranný žeriav“ alebo žeriav vyliezajúci na strešnú konštrukciu – proces, ktorý treba naplánovať od začiatku.
• Obmedzenia rýchlosti vetra: Vežové žeriavy majú definované maximálne prevádzkové rýchlosti vetra – bežne 72 km/h (20 m/s) — a hodnoty vetra mimo prevádzky, ktoré definujú, kedy musí byť žeriav ponechaný v režime voľného otáčania, aby výložník zvetral do vetra. Vo veľkých výškach sú rýchlosti vetra stále vyššie ako na úrovni zeme, vďaka čomu sú údaje anemometra kritickým prevádzkovým vstupom.

Často kladené otázky o stavebných žeriavoch

• Aký je rozdiel medzi kladivovým a plochým vežovým žeriavom?

  Kladivový žeriav má konštrukčný A-rám alebo vrchol nad otočným prstencom, z ktorého závesné laná podopierajú výložník. Žeriav s plochým vrcholom nemá taký vrchol – výložník je podopretý vnútornou pásovou štruktúrou – čo mu dáva nižší celkový profil. Žeriavy s plochou strechou sa uprednostňujú tam, kde viaceré žeriavy musia pracovať v tesnej blízkosti, pretože ich výložníky môžu pri menších výškových rozdieloch prechádzať cez seba.

• Ako vysoko môže ísť vežový žeriav?

  Voľne stojaci vežový žeriav je zvyčajne obmedzený na 50–80 metrov v závislosti od modelu a konštrukcie základov. Pri ukotvení ku konštrukcii budovy v pravidelných intervaloch neexistuje žiadna praktická horná hranica diktovaná samotným žeriavom – žeriavy na supervysokých projektoch fungovali vo výškach háku presahujúcich 600 metrov nad zemou.

• Ako sa poháňajú žeriavy na stavenisku?

  Vežové žeriavy sú takmer univerzálne poháňané elektrinou a sú pripojené k rozvodnej doske staveniska prostredníctvom vlečného kábla, ktorý rastie, keď žeriav stúpa. Požiadavky na elektrické napájanie sa pohybujú od približne 30 kVA pre malé samomontovateľné modely až po viac ako 200 kVA pre veľké kladivové žeriavy s vysokorýchlostnými kladkostrojmi.

• Ako dlho trvá postaviť vežový žeriav?

  Štandardný samostatne stojaci vežový žeriav dokáže skúsená posádka pomocou mobilného žeriavu postaviť za 1–3 dni za predpokladu, že základová kotva je už na svojom mieste. Samostaviteľné modely so sklopnými výložníkmi je možné na mieste postaviť už za 20–30 minút. Demontáž trvá podobný čas ako erekcia.

• Kto vynašiel moderný vežový žeriav?

  Hans Liebherr sa zaslúžil o zostrojenie prvého komerčne úspešného moderného vežového žeriavu v roku 1949, ktorý mal pomôcť pri rýchlej rekonštrukcii nemeckých miest po druhej svetovej vojne. Jeho dizajn – kombinujúci otočný výložník so samošplhavým stožiarom – vytvoril šablónu, ktorú nasledovali všetky nasledujúce vežové žeriavy.