Montáž vežových žeriavov: Ako fungujú, typy a konštrukčné využitie

Na čo sa používajú žeriavy v stavebníctve?

Žeriavy sú primárnym prostriedkom vertikálneho a haleboizontálneho pohybu materiálu na staveniskách. Zdvíhajú konštrukčnú oceľ, prefabrikované betónové panely, strojné zariadenia, debnenie a materiály do výšok a polôh, ktoré žiadne iné zariadenie ekonomicky nedosiahne. Na stavenisku výškových budov nie je vežový žeriav jednou z niekoľkých možností premiestňovania bremien – je to prevádzkové centrum staveniska a každý iný obchod pracuje podľa plánu výťahov.

Špecifické úlohy, ktoré žeriavy vykonávajú v stavebníctve, zahŕňajú: umiestnenie oceľových nosníkov a stĺpov počas montáže konštrukcie; umiestnenie prefabrikovaných betónových podlahových dosiek, schodísk a fasádnych prvkov; zdvíhanie mechanického a elektrického zariadenia (chladiče, vzduchotechnické jednotky, generátorové agregáty) na úroveň strechy alebo zariadenia; premiestňovanie debnenia a falošných konštrukcií ako pokroky v konštrukcii podlahy; a dodávka betónu v kontajneroch na podlahy bez prístupu k čerpadlu. Na veľkých projektoch civilnej infraštruktúry – mosty, priehrady, priemyselné závody – žeriavy navyše zvládajú ťažké jednotlivé výťahy komponentov, ktoré môžu vážiť stovky alebo tisíce ton.

Produktivita vežového žeriavu sa meria v cykloch zdvihu za zmenu. Mohol by sa dokončiť moderný vežový žeriav na tesnom mestskom pozemku 60 – 100 produktívnych zdvihov za deň , z ktorých každý predstavuje materiály, ktoré by inak vyžadovali viac pracovníkov a hodiny manuálneho presunu. Náklady na prestoje žeriavov – zvyčajne 1 500 – 5 000 USD za deň len v nákladoch na prenájom, pred reťazovým efektom na závislé obchody – vysvetľujú, prečo sa plánovanie žeriavov a plánovanie považuje za kritické položky v stavebnom programovaní.

Ako fungujú žeriavy: inžinierstvo za výťahom

Vežový žeriav funguje kombináciou troch mechanických systémov – zdvíhacieho zariadenia, vozíka (alebo vylamovacieho mechanizmu) a otáčania – na umiestnenie nákladu v trojrozmernom priestore nad miestom. Pochopenie toho, ako každý systém funguje, vysvetľuje možnosti a limity stroja.

Zdvíhací systém

Kladkostroj zdvíha a spúšťa bremená pomocou bubna z drôteného lana poháňaného elektromotorom (zvyčajne 30–132 kW v závislosti od triedy žeriavu) cez prevodovku. Zdvíhacie lano prechádza cez kladky na hlave výložníka a vozíku a končí na háku. Rýchlosť zdviháka je variabilná – rýchla pre pohyb prázdneho háku, pomalá a presne ovládateľná pri pristávaní nákladu v stiesnených priestoroch. Moderné žeriavy používajú pohony s frekvenčným meničom, ktoré umožňujú plynule meniteľnú rýchlosť od 0 do maximálnej rýchlosti zdviháka, čím nahrádzajú staršie stýkače so stupňovitou rýchlosťou, ktoré spôsobovali rázové zaťaženie lana a výkyv kyvadla.

Vozík a výložník

Na vežovom žeriave s plochou strechou alebo kladivom sa vozík pohybuje po spodnom páse horizontálneho výložníka pod pohonom trolejového motora. Pohybom vozíka smerom dovnútra alebo von sa mení pracovný polomer bez zmeny výšky háku – čo umožňuje operátorovi umiestniť bremeno na ľubovoľný bod v oblasti zdvíhania žeriavu od minimálneho polomeru (zvyčajne 2–3 m) po maximálny polomer (celá dĺžka výložníka, bežne 40–80 m na veľkých žeriavoch). Maximálna nosnosť pri maximálnom polomere je vždy výrazne nižšia ako pri minimálnom polomere: žeriav s maximálnou nosnosťou 10 ton môže zdvihnúť iba 2–3 tony pri plnom polomere, pretože limitujúcim faktorom je moment (sila × vzdialenosť od osi stožiara), nie surový výkon motora.

Mechanizmus zabíjania

Otočné ložisko a hnací motor otáčajú celú hornú konštrukciu – výložník, protivýložník, kabínu a plošinu stroja – o 360° okolo pevného stožiara. Rýchlosť otáčania je nízka (zvyčajne 0,5 – 0,8 ot./min.) a je obmedzujúcim faktorom doby cyklu pre výťahy, ktoré vyžadujú veľký uhlový zdvih. Záťaž na protivýložníku (prefabrikované betónové bloky, zvyčajne 10 – 30 ton v závislosti od triedy žeriavu) pôsobí proti momentu zaťaženého výložníka a udržuje sťažeň v sieťovom stláčaní namiesto ohýbania – čo je konštrukčný stav, na ktorý sú časti stožiara navrhnuté.

Typy žeriavov na stavbu: Praktický sprievodca

Konštrukcia používa niekoľko rôznych typov žeriavov, z ktorých každý je vhodný pre špecifické podmienky na mieste, požiadavky na zaťaženie a trvanie projektu. Voľba medzi nimi je rozhodnutím logistiky na mieste, ako aj inžinierskym rozhodnutím.

Vežový žeriav Hammerhead (Top-Slewing).

Najbežnejší typ vežového žeriavu v komerčnej a výškovej výstavbe na celom svete. Horizontálny výložník a protivýložník sú namontované na otočnom prstenci v hornej časti stožiara, čo dáva charakteristický profil v tvare T. Dĺžka výložníkov sa zvyčajne pohybuje od 40 do 80 m a maximálna kapacita od 6 do 20 ton. Kladivové žeriavy vyžadujú značný čistý polomer otáčania – celý výložník sa otáča o 360° – čo ich robí nevhodnými pre veľmi úzke mestské lokality, kde by výložník presahoval susedné budovy alebo infraštruktúru.

Vežový žeriav Luffing-Jib

Žeriav s vyostrovacím výložníkom nahrádza vodorovný pojazd vozíka výložníkom, ktorý sa zdvíha a spúšťa (vylamuje) v uhle – od takmer vodorovného po takmer zvislý – aby sa menil pracovný polomer. Pretože výložník sa vychyľuje skôr nahor než horizontálne, pri otáčaní vyžaduje oveľa menšiu horizontálnu vôľu, čo z neho robí štandardnú voľbu pre husté mestské lokality, suterénne stavby a projekty, kde musí v blízkosti fungovať viacero žeriavov bez rizika kolízie. Kompromisom je pomalšia zmena polomeru (vyostrenie výložníka trvá dlhšie ako trolejbus) a vyššie náklady na žeriav.

Samomontovateľný vežový žeriav

Menšie vežové žeriavy (zvyčajne do 6 ton, výložník 30–40 m), ktoré je možné prepravovať na štandardnom nákladnom vozidle a postaviť ich malá posádka bez mobilného žeriavu pomocou vstavaných hydraulických sklápacích mechanizmov. Používajú sa pri bytovej výstavbe s nízkou až strednou výškou, pri renovačných projektoch a na miestach, kde sú náklady a logistika montáže kompletného vežového žeriavu neúmerné rozsahu projektu.

Mobilný žeriav (terénny a pásový)

Mobilné žeriavy nie sú pripevnené k základu a možno ich počas projektu premiestniť. Terénne žeriavy sa pohybujú po ceste vlastnou silou; pásové žeriavy sa pohybujú po pásoch a sú vhodné pre mäkké terény a veľmi ťažké výťahy. Mobilné žeriavy sa používajú na montáž oceľových konštrukcií na nízkopodlažných konštrukciách, výťahy zariadení, inštaláciu prefabrikovaného betónu a akékoľvek aplikácie, kde nie je opodstatnený pevný vežový žeriav. Pre jeden veľmi ťažký výťah – umiestnenie mostného nosníka, postavenie chladiacej veže, inštalácia ťažkého mechanického zariadenia – je veľký pásový žeriav (kapacita 500 – 3 000 ton) často jedinou praktickou možnosťou.

Derrick Crane a jednotka údržby budov

Derrick žeriavy sú kompaktné, vysokokapacitné žeriavy určené na šplhanie po stene dokončenej budovy, zvyčajne používané na supervysokých konštrukciách, kde konvenčný vežový žeriav nemôže ekonomicky dosiahnuť horné poschodia. Jednotky údržby budov (BMU) plnia súvisiacu funkciu na dokončených budovách na prístup na fasádu a čistenie okien, ale nie sú stavebnými žeriavmi v primárnom zmysle.

Vežový žeriav Montáž: Ako sa montujú žeriavy na mieste

Montáž vežového žeriavu je jednou z technicky najnáročnejších operácií v stavebnej logistike. Veľký vežový žeriav dorazí na miesto v 20 – 40 nákladných nákladných autách komponentov – stožiarové časti, výložníkové panely, protivýložník, strojná plošina, otočná zostava, kabína, balastové bloky a základové kotviace skrutky – a musí byť zmontovaný v presnom poradí, zvyčajne za 1 – 3 dni pre stredne veľký žeriav.

Sekvencia erekcie sa riadi pevným protokolom:

1. Príprava základu: Železobetónová základová podložka – zvyčajne 5 × 5 m až 8 × 8 m v pôdoryse a hĺbka 1,5 – 2,5 m – je odliata so zabudovanými kotviacimi skrutkami podľa špecifikácií výrobcu žeriavu. Základ musí dosiahnuť plnú konštrukčnú pevnosť pred začatím erekcie, čo si zvyčajne vyžaduje 28 dní vytvrdzovania.
2. Základný stožiar a otočná zostava: Mobilný žeriav zdvihne časť (časti) základného stožiara a priskrutkuje ich k zostave základovej kotvy. Otočný kruh, točňa a plošina stroja sa potom zdvihnú a namontujú na základný stožiar.
3. Montáž výložníka a protivýložníka: Horizontálny výložník je zostavený v sekciách na zemi pozdĺž žeriavu, potom je zdvihnutý ako kompletná jednotka pomocou mobilného pomocného žeriavu a priskrutkovaný k otočnej zostave. Protivýložník sa montuje a zdvíha samostatne. Záťažové bloky sa naložia na protivýložník pred napnutím výložníka.
4. Vyprázdnenie a uvedenie do prevádzky: Lano kladkostroja sa prevlečie cez kladky výložníka a hákový blok, vytvoria sa všetky elektrické spojenia, nastavia sa koncové spínače a žeriav sa pred uvedením do prevádzky skúšobne zaťaží pod dohľadom zástupcu výrobcu žeriava alebo kvalifikovaného inšpektora.

Ako sa žeriavy dostanú na vrchol mrakodrapov? Proces lezenia

Najčastejšia otázka o vežových žeriavoch — ako sa žeriavy dostanú na vrchol mrakodrapov — má elegantnú inžiniersku odpoveď: žeriav sa šplhá sám pomocou hydraulického preliezacieho rámu.

Všetky vežové žeriavy nad určitú výšku sú navrhnuté s a lezecký golier — oceľový rám, ktorý obklopuje stožiar tesne pod otočnou zostavou a je vybavený hydraulickými piestami. Keď konštrukcia budovy dosiahne výšku, v ktorej je potrebné zdvihnúť žeriav, proces stúpania prebieha nasledovne:

1. Stúpacia manžeta je zapnutá a hydraulické barany sa vysunú, čím zdvihnú celú hornú konštrukciu (otočná zostava, výložník, protivýložník, kabína, závažie) o jednu výšku sekcie stožiara – zvyčajne 3–6 m.
2. Nová sekcia stožiara sa zdvihne pomocou vlastného zdviháka žeriavu, vykývne sa do medzery vytvorenej stúpacím golierom a priskrutkuje sa montážnou čatou, ktorá pracuje na prístupových plošinách pre stožiar.
3. Hydraulické piestnice sa zasúvajú a spúšťajú hornú konštrukciu na novú časť stožiara. Lezecký golier sa uvoľní a premiestni na ďalší výstup.

Tento proces samošplhania sa môže opakovať toľkokrát, koľkokrát je potrebné, ako sa budova zdvíha. Supervysoké veže – Burdž Chalífa, Šanghajská veža, One World Trade Center – vyžadovali, aby ich vežové žeriavy počas výstavby vyliezli desiatky krát. Žeriavy na Burdž Chalífa (828 m) sa šplhali do nadmorských výšok 600 m nad úrovňou terénu počas stavebných fáz horného podlažia.

Pri veľmi vysokých budovách sa žeriavy pripájajú ku konštrukcii budovy v pravidelných intervaloch – zvyčajne každých 30 – 50 m výšky samostatne stojaceho stožiara – pomocou stožiarové väzby or stavebné kotvy : oceľové rámy privarené alebo priskrutkované ku konštrukčnému rámu alebo stenám jadra, ktoré bočne vystužujú stožiar žeriava proti zaťaženiu vetrom. Tieto spojky umožňujú, aby bol žeriav oveľa vyšší, než by umožňoval jeho samostatne stojaci objem, a sú navrhnuté a certifikované ako konštrukčné prvky balíka dočasných prác.

História vežových žeriavov: Od rímskych behúň po digitálne ovládanie

The história vežových žeriavov je 2000-ročný oblúk od drevárskych strojov poháňaných ľudskou silou po digitálne riadené oceľové konštrukcie schopné zdvihnúť 100 ton do 800 metrov.

Rimania používali drevené žeriavy s nášľapnými kolesami – veľké drevené bubny, na ktorých chodili otroci alebo robotníci – na zdvíhanie kamenných blokov počas stavby chrámov a akvaduktov. Stredovekí stavitelia katedrál rozšírili tento princíp o džinové tyče a vežové žeriavy, aby postavili kamenné veže a umiestnili vyrezávané prvky. Tieto stroje fungovali na rovnakých základných princípoch ako moderné žeriavy: mechanická výhoda vďaka znásobeniu kladky a rotačný pohyb prevedený na vertikálny zdvih.

Prvý rozpoznateľne moderný vežový žeriav – stroj s pevným stožiarom s otočným horizontálnym výložníkom a elektrickým kladkostrojom – sa objavil v Nemecku na začiatku 20. storočia, vyvinutý tak, aby slúžil rýchlemu rozmachu priemyselnej a obytnej výstavby vo Weimare a povojnovom období. Liebherr, založený v roku 1949 Hansom Liebherrom v Kirchdorf an der Iller, Bavorsko, zohral rozhodujúcu úlohu pri komercializácii vežového žeriavu v Európe uvedením TK 10 v roku 1949 – prenosného vežového žeriavu, ktorý bolo možné postaviť bez samostatného pomocného žeriavu, čím sa technológia otvorila menším dodávateľom a miestam.

V 60. a 70. rokoch 20. storočia došlo k rýchlemu rozvoju samošplhacích systémov, väčších kapacitných tried a rozšíreniu používania vežových žeriavov z Európy do stavebného priemyslu po celom svete. Zavedenie systémov pohonu s frekvenčným meničom v 80-tych a 90-tych rokoch minulého storočia zmenilo ovládateľnosť žeriavu a nahradilo trhanú stupňovitú rýchlosť plynulým pohybom s premenlivou rýchlosťou, ktorý dramaticky znížil výkyvy nákladu a únavu operátora. Protikolízne systémy – využívajúce rádiové transpondéry a programovateľné limitné zóny – sa stali štandardom v 90. a 21. storočí, keďže projekty mestskej výstavby bežne vyžadovali viacero žeriavov pracujúcich v prekrývajúcich sa zónach polomeru.

Vežové žeriavy súčasnej generácie obsahujú indikátory záťažového momentu s digitálnym displejom v reálnom čase, diaľkovú monitorovaciu telemetriu, ktorá prenáša prevádzkové údaje prenajímateľovi a manažmentu lokality, voliteľnú možnosť diaľkového ovládania a čoraz viac, semi-autonómna pomoc pri zdvíhaní systémy, ktoré využívajú GPS, laser a inerciálne meranie na tlmenie švihu háku a napomáhajú presnému umiestneniu. Základná konštrukcia sa nezmenila – kladkostroj, vozík, otáčanie – ale presnosť, bezpečnosť a transparentnosť údajov moderného stroja sú rádovo nad rámec toho, čo bolo možné ešte pred 30 rokmi.

Demontáž vežového žeriavu: Ako spadne žeriav

Demontáž vežového žeriavu – opak montáže – predstavuje logistickú výzvu, ktorá sa pri plánovaní projektu často podceňuje. Keď je budova z veľkej časti uzavretá, žeriav, ktorý slúžil jej konštrukcii, nemožno jednoducho zdvihnúť zhora. Žeriav musí klesať v opačnom poradí ako pri stúpaní, pričom zvrchu odstraňuje časti stožiara, kým nie je stožiar dostatočne krátky na to, aby mohol mobilný žeriav demontovať výložník a hornú zostavu na úrovni zeme.

V budove, kde sa žeriav vyšplhal do konštrukčného jadra – čo je bežná konfigurácia na výškových budovách s betónovým jadrom, kde žeriav sedí v prázdnote servisného jadra – si konečná fáza demontáže vyžaduje, aby bol žeriav zredukovaný na komponenty dostatočne malé na to, aby ho mohol spustiť menší vnútorný žeriav alebo kladkostroj cez účelovo vytvorený otvor v dokončenej podlahovej konštrukcii. Tento otvor, nazývaný a diera na skok žeriava , sa od začiatku navrhuje do konštrukčných výkresov a následne sa po odstránení žeriavu vyplní betónovým výplňovým panelom.

Plánovanie odstránenia žeriavu začína vo fáze návrhu projektu – nie pri praktickom dokončení. Postupnosť odstraňovania viazaného kotvenia, dočasné práce na preskoku a prístup mobilným žeriavom na úrovni zeme sú naplánované ako činnosti kritickej cesty v programe ukončenia projektu. Na zložitých mestských projektoch s viacerými horolezeckými žeriavmi a tesným prístupom z ulice môže byť plánovanie odstránenia žeriavu rovnako technicky náročné ako počiatočná montáž.