Монтаж башенного крана: как работают краны, типы и применение в строительстве

Для чего используются краны в строительстве?

Краны являются основным средством вертикального и горизонтального перемещения материалов на строительных площадках. y lift structural steel, precast concrete panels, mechanical plant, fилиmwork, and materials to heights and positions that no other equipment can reach economically. On a high-rise building site, a tower crane is not one of several options for moving loads — it is the operational center of the site, and every other trade works around its lift schedule.

Конкретные задачи, которые краны выполняют в строительстве, включают: размещение стальных балок и колонн во время монтажа конструкций; позиционирование сборных железобетонных плит перекрытий, лестниц и элементов фасада; подъем механического и электрического оборудования (чиллеров, вентиляционных установок, генераторных установок) на крышу или уровень завода; перемещение опалубки и опалубки по мере продвижения строительства перекрытий; и подача бетона в скипах на этажи без доступа насоса. On large civil infrastructure projects — bridges, dams, industrial plants — cranes additionally handle heavy single lifts of components that may weigh hundreds or thousands of tonnes.

Производительность башенного крана измеряется в подъемных циклах за смену. Современный башенный кран с подъемной стрелой на тесной городской территории мог бы завершить 60–100 продуктивных подъемов в день. , каждый из которых представляет материалы, для перемещения которых в противном случае потребовалось бы несколько рабочих и часы. The cost of crane downtime — typically $1,500–$5,000 per day in hire cost alone, before the knock-on effect on dependent trades — explains why crane planning and scheduling are treated as critical path items in construction programming.

Как работают краны: инженерная составляющая лифта

A tower crane works by combining three mechanical systems — the hoist, the trolley (or luffing mechanism), and the slew — to position a load in three-dimensional space above the site. Понимание того, как функционирует каждая система, объясняет как возможности, так и ограничения машины.

Подъемная система

The hoist raises and lowers loads using a wire rope drum driven by an electric motor (typically 30–132 kW depending on crane class) through a gearbox. Подъемный канат проходит через шкивы на головке стрелы и тележке и заканчивается у крюкового блока. Скорость подъема регулируется: быстрая при движении пустого крюка, медленная и точно контролируемая при посадке грузов в ограниченном пространстве. Modern cranes use frequency inverter drives that allow infinitely variable speed from 0 to maximum hoist speed, replacing the older stepped-speed contactors that caused rope shock loading and pendulum swing.

Тележка и стрела

На башенном кране с плоской вершиной или молотом тележка движется по нижнему поясу горизонтальной стрелы под приводом двигателя тележки. Moving the trolley inward or outward changes the working radius without changing the height of the hook — allowing the operator to position a load at any point within the crane's swept area from minimum radius (typically 2–3 m) to maximum radius (the full jib length, commonly 40–80 m on large cranes). The maximum lift capacity at maximum radius is always significantly lower than at minimum radius: a crane rated at 10 tonnes maximum capacity might only lift 2–3 tonnes at full radius, because the moment (force × distance from mast centerline) is the limiting factor, not raw motor power.

Механизм поворота

The slew bearing and drive motor rotate the entire upper structure — jib, counterjib, cab, and machinery platform — through 360° around the fixed mast. Скорость поворота низкая (обычно 0,5–0,8 об/мин) и является ограничивающим фактором времени цикла для лифтов, требующих большого углового перемещения. The ballast on the counterjib (precast concrete blocks, typically 10–30 tonnes depending on crane class) counteracts the moment of the loaded jib and keeps the mast in net compression rather than bending — which is the structural condition the mast sections are designed to carry.

Виды строительных кранов: практическое руководство

В строительстве используется несколько различных типов кранов, каждый из которых подходит для конкретных условий площадки, требований к нагрузке и продолжительности проекта. Выбор между ними – это не только инженерное, но и логистическое решение объекта.

Башенный кран-молот (верхнеповоротный)

Самый распространенный тип башенного крана в коммерческом и высотном строительстве во всем мире. Горизонтальная стрела и контрстрела установлены на поворотном круге в верхней части мачты, что придает ей характерный Т-образный профиль. Длина стрелы обычно составляет от 40 до 80 м, а максимальная грузоподъемность — от 6 до 20 тонн. Hammerhead cranes require significant clear slewing radius — the entire jib sweeps through 360° — which makes them unsuitable for very tight urban sites where the jib would overhang neighboring buildings or infrastructure.

Башенный кран с подъемной стрелой

The luffing-jib crane replaces the horizontal trolley travel with a jib that raises and lowers (luffs) in angle — from near-horizontal to near-vertical — to vary the working radius. Поскольку стрела движется вверх, а не горизонтально, при повороте ей требуется гораздо меньший горизонтальный зазор, что делает ее стандартным выбором для плотных городских территорий, строительства подвалов и проектов, где несколько кранов должны работать в непосредственной близости без риска столкновения. Компромиссом является более медленное изменение радиуса (поднятие стрелы занимает больше времени, чем перемещение тележки) и более высокая стоимость крана.

Самомонтирующийся башенный кран

Smaller tower cranes (typically up to 6 tonnes capacity, 30–40 m jib) that can be transported on a standard truck and erected by a small crew without a mobile crane, using built-in hydraulic folding mechanisms. They are used on low-to-mid-rise residential construction, renovation projects, and sites where the cost and logistics of a full tower crane erection are disproportionate to the project scale.

Мобильный кран (вездеходный и гусеничный)

Мобильные краны не прикреплены к фундаменту и могут перемещаться в ходе проекта. Вездеходные краны передвигаются по дорогам своим ходом; Гусеничные краны передвигаются по гусеницам и подходят для работы на мягком грунте и для подъема очень тяжелых грузов. Мобильные краны используются для монтажа стальных конструкций на малоэтажных конструкциях, заводских подъемниках, монтаже сборных железобетонных конструкций и в любых случаях, когда использование стационарного башенного крана не может быть оправдано. Для одного очень тяжелого подъема — установки мостовой балки, возведения градирни, установки тяжелой механической установки — большой гусеничный кран (грузоподъемностью 500–3000 тонн) часто является единственным практическим вариантом.

Подразделение Деррик-кранов и технического обслуживания зданий

Derrick cranes are compact, high-capacity cranes designed to climb the face of a completed building, typically used on supertall structures where a conventional tower crane cannot reach the upper floors economically. Подразделения по техническому обслуживанию зданий (BMU) выполняют соответствующую функцию в завершенных зданиях, обеспечивая доступ к фасадам и мытье окон, но не являются строительными кранами в основном.

Башенный кран Монтаж: как собираются краны на месте

Монтаж башенного крана — одна из самых технически сложных операций в строительной логистике. Большой башенный кран прибывает на площадку в составе 20–40 грузовиков с компонентами — секциями мачты, панелями стрелы, контрстрелой, машинной платформой, поворотным механизмом, кабиной, балластными блоками и анкерными болтами фундамента — и их необходимо собрать в точной последовательности, обычно в течение 1–3 дней для крана среднего размера.

Последовательность эрекции следует фиксированному протоколу:

1. Подготовка фундамента: Железобетонная фундаментная подушка - обычно размером от 5×5 м до 8×8 м в плане и глубиной 1,5–2,5 м – отливается с закладными анкерными болтами в соответствии со спецификацией производителя крана. Перед началом возведения фундамент должен достичь полной расчетной прочности, что обычно требует выдержки в течение 28 дней.
2. Базовая мачта и поворотный узел: Мобильный кран поднимает секции базовой мачты и прикрепляет их к анкерному узлу фундамента. Затем поворотное кольцо, поворотная платформа и платформа для машинного оборудования поднимаются и собираются на вершине базовой мачты.
3. Сборка стрелы и контрстрелы: Горизонтальная стрела собирается по частям на земле рядом с краном, затем поднимается целиком с помощью передвижного вспомогательного крана и прикрепляется болтами к поворотному узлу. Контрстрела собирается и поднимается отдельно. Балластные блоки загружаются на противовес до того, как он будет натянут.
4. Запасовка и ввод в эксплуатацию: Подъемный трос протягивается через шкивы стрелы и крюковый блок, выполняются все электрические соединения, настраиваются концевые выключатели, а перед вводом в эксплуатацию кран подвергается пробной нагрузке под наблюдением представителя производителя крана или квалифицированного инспектора.

Как краны забираются на вершины небоскребов? Процесс восхождения

Самый частый вопрос о башенных кранах — как краны забираются на небоскребы — есть изящный инженерный ответ: кран поднимается сам при помощи гидравлической подъемной рамы.

Все башенные краны выше определенной высоты спроектированы с учетом альпинистский воротник — стальная рама, окружающая мачту чуть ниже поворотного узла и оснащенная гидроцилиндрами. Когда конструкция здания достигает высоты, на которую необходимо поднять кран, процесс подъема происходит следующим образом:

1. Включается подъемная муфта, и гидроцилиндры выдвигаются, поднимая всю верхнюю конструкцию (поворотный узел, стрелу, контрстрелу, кабину, балласт) на высоту одной секции мачты — обычно 3–6 м.
2. Новая секция мачты поднимается с помощью собственного подъемника крана, поворачивается в зазор, образованный подъемной муфтой, и закрепляется болтами на месте монтажной бригадой, работающей на платформах доступа к мачте.
3. Гидравлические цилиндры втягиваются, опуская верхнюю конструкцию на новую секцию мачты. Ошейник для скалолазания отсоединяется и перемещается для следующего подъема.

Этот процесс самостоятельного подъема можно повторять столько раз, сколько потребуется по мере подъема здания. Сверхвысокие башни — Бурдж-Халифа, Шанхайская башня, Всемирный торговый центр — требовали, чтобы их башенные краны поднимались десятки раз во время строительства. Краны на Бурдж-Халифе (828 м) поднялись на высоту, превышающую 600 м над уровнем земли на этапе строительства верхнего этажа.

В очень высоких зданиях краны также привязываются к конструкции здания через равные промежутки времени — обычно через каждые 30–50 м высоты отдельно стоящей мачты — с помощью мачтовые связи or строительные анкеры : стальные рамы, приваренные или прикрепленные болтами к несущей раме или основным стенам, которые удерживают мачту крана в поперечном направлении от ветровых нагрузок. Эти связи позволяют крану быть намного выше, чем позволяет его свободно стоящая способность, и спроектированы и сертифицированы как структурные элементы пакета временных работ.

История башенных кранов: от римских ступичных колес к цифровому управлению

The история башенных кранов Это 2000-летняя дуга от лесозаготовительных машин с приводом от человека до стальных конструкций с цифровым управлением, способных поднимать 100 тонн на высоту 800 метров.

Римляне использовали деревянные краны с ступичными колесами — большие деревянные барабаны, по которым ходили рабы или рабочие — для подъема каменных блоков во время строительства храмов и акведуков. Строители средневековых соборов расширили этот принцип, используя опоры для джина и вышки со срезанными опорами, чтобы возводить каменные башни и размещать резные элементы. Эти машины работали на тех же фундаментальных принципах, что и современные краны: механическое преимущество за счет увеличения числа шкивов и преобразования вращательного движения в вертикальный подъем.

Первый узнаваемый современный башенный кран — машина с фиксированной мачтой, вращающейся горизонтальной стрелой и электрической лебедкой — появился в Германии в начале 20 века и был разработан для быстрого расширения промышленного и жилищного строительства в Веймарский и послевоенный периоды. Компания Liebherr, основанная в 1949 году Хансом Либхерром в Кирхдорфе-на-Иллере, Бавария, сыграла определяющую роль в коммерциализации башенного крана в Европе, представив в 1949 году TK 10 — передвижной башенный кран, который можно было монтировать без отдельного вспомогательного крана, что открыло технологию для мелких подрядчиков и площадок.

В 1960-е и 1970-е годы наблюдалось быстрое развитие самоподъемных систем, более крупных классов грузоподъемности и распространение использования башенных кранов из Европы в строительную отрасль по всему миру. Внедрение систем привода с частотным преобразователем в 1980-х и 1990-х годах изменило управляемость крана, заменив прерывистую работу с ступенчатой ​​скоростью плавным движением с переменной скоростью, что значительно снизило раскачивание груза и утомляемость оператора. Системы предотвращения столкновений, использующие радиотранспондеры и программируемые ограничительные зоны, стали стандартом в 1990-х и 2000-х годах, поскольку в проектах городского строительства обычно требовалось несколько кранов, работающих в перекрывающихся зонах радиуса.

Башенные краны текущего поколения оснащены индикаторами грузового момента с цифровым дисплеем в реальном времени, телеметрией дистанционного мониторинга, которая передает эксплуатационные данные арендодателю и руководству объекта, дополнительными возможностями удаленного управления и, что еще чаще, полуавтономная помощь при подъеме системы, которые используют GPS, лазер и инерциальные измерения для гашения раскачивания крючка и обеспечения точного размещения. Фундаментальная конструкция не изменилась — подъемник, тележка, поворот — но точность, безопасность и прозрачность данных современной машины на несколько порядков превосходят то, что было возможно даже 30 лет назад.

Разборка башенного крана: как спускается кран

Демонтаж башенного крана — процесс, обратный монтажу — представляет собой логистическую проблему, которую часто недооценивают при планировании проекта. Если здание в значительной степени огорожено, кран, обслуживавший его строительство, невозможно просто поднять сверху. Кран должен опускаться в обратной последовательности подъема, снимая секции мачты сверху до тех пор, пока мачта не станет достаточно короткой, чтобы мобильный кран мог демонтировать стрелу и верхний узел на уровне земли.

В здании, где кран забрался внутрь несущего ядра конструкции (обычная конфигурация высотных зданий с бетонным ядром, где кран находится в пространстве сервисного ядра), на заключительном этапе демонтажа кран необходимо разобрать на компоненты, достаточно маленькие, чтобы их можно было опустить с помощью меньшего внутреннего крана или подъемника через специально сформированное отверстие в готовой конструкции пола. Это открытие, названное дыра для прыжка под краном , с самого начала проектируется в конструктивных чертежах и впоследствии заполняется бетонной панелью после снятия крана.

Планирование демонтажа крана начинается на стадии проектирования, а не на этапе его практического завершения. Последовательность снятия анкерных креплений, временные работы на прыжковой яме и доступ мобильного крана на уровне земли запланированы как критические этапы программы закрытия проекта. В сложных городских проектах с множеством подъемных кранов и ограниченным доступом к улицам планирование демонтажа крана может быть столь же технически сложным, как и первоначальный монтаж.