Przewodnik po prefabrykowanych budynkach betonowych i prefabrykowanych systemach podnoszących

Odpowiedź bezpośrednia: co musisz wiedzieć o budynkach z prefabrykatów betonowych

Prefabrykowane budynki betonowe to konstrukcje montowane z elementów betonowych odlanych i utwardzonych w warunkach fabrycznych, a następnie przetransportowane na plac budowy w celu montażu. W porównaniu z budownictwem odlewanym na miejscu, metody prefabrykowane zazwyczaj skracają harmonogram budowy o ok 30 do 50 procent ponieważ rama konstrukcyjna, panele ścienne, płyty podłogowe i belki utwardzają się w kontrolowanych warunkach, podczas gdy niwelacja terenu i prace fundamentowe odbywają się równolegle. Najważniejszą zmienną decydującą o tym, czy projekt prefabrykatów będzie realizowany zgodnie z harmonogramem i budżetem, jest system podnoszenia prefabrykatów betonowych wybrane dla każdego elementu: kotwy, wkładki, sprzęgła i osprzęt do olinowania, które umożliwiają podnoszenie, obracanie i ustawianie panelu lub belki bez pękania, nadmiernego naprężenia lub upuszczenia elementu. Jeśli podejmiesz jedną błędną decyzję, cała inna wydajność, jaką oferuje metoda prefabrykacji, zostanie zniszczona przez przeróbki, opóźnienia i uszkodzenia jednostek.

Ten przewodnik zawiera szczegółowy obraz: czym właściwie są prefabrykowane budynki betonowe i jak mają się do tradycyjnego budownictwa, każdy główny typ elementów stosowanych w prefabrykowanej ramie, jak projektowane są systemy dźwigowe i dobierane kotwica po kotwicy, proces produkcyjny od szalunku do placu składowego, względy projektowe związane z obsługą ładunków, metody łączenia elementów, logistyka transportu, typowe wady i sposób, w jaki właściwa praktyka podnoszenia im zapobiega, czynniki kosztowe, wpływ na zrównoważony rozwój oraz szczegółowy słowniczek i sekcję z często zadawanymi pytaniami na końcu.

Czym są prefabrykowane budynki betonowe

Prefabrykowany budynek betonowy, czasami nazywany prefabrykowanym budynkiem betonowym, to dowolna konstrukcja, w której główne elementy nośne, kolumny, belki, panele ścienne, płyty kanałowe i klatki schodowe są produkowane poza miejscem budowy w zakładzie, a następnie wysyłane i montowane na ostatecznym fundamencie. Różni się to od tradycyjnego betonu wylewanego na miejscu, w którym formy buduje się na miejscu, a beton wylewa się bezpośrednio na miejsce, utwardzając się tam, gdzie pozostanie na stałe.

Środowisko zakładu daje producentom większą kontrolę nad projektem mieszanki betonowej, temperaturą utwardzania, wilgotnością i tolerancją szalunków. Kontrola ta przekłada się na bardziej stałą wytrzymałość na ściskanie, gładsze wykończenie powierzchni i mniej defektów, niż jest to zwykle możliwe do osiągnięcia w otwartym miejscu pracy narażonym na działanie warunków atmosferycznych. Oznacza to również, że każdy element opuszczający fabrykę wymaga wbudowanego sposobu, aby można go było podnieść, przenieść, obrócić i ustawić, co jest dokładnie taką rolą, jaką system podnoszenia prefabrykatów betonowych odgrywa przez cały okres życia produktu, od momentu wyjęcia go z formy do dnia umieszczenia w ostatecznej pozycji na konstrukcji.

Prefabrykaty betonowe jako metoda budowy są stosowane od ponad stulecia, ale nowoczesny przemysł prefabrykatów w obecnej postaci wyrósł z powojennych wysiłków odbudowy, kiedy zapotrzebowanie na szybką i powtarzalną konstrukcję przewyższyło możliwości, jakie mogły zapewnić szalunki budowane na miejscu. Wczesne rośliny odlewały proste belki i deski kanałowe; nowoczesne zakłady odlewają obecnie złożone, izolowane warstwowe panele ścienne, architektoniczne jednostki elewacyjne ze zintegrowanymi wykończeniami i dwuteowniki o dużej rozpiętości w jednym ciągłym cyklu produkcyjnym.

Prefabrykowane budynki betonowe są wykorzystywane w szerokim zakresie typów konstrukcji: magazyny i centra logistyczne, konstrukcje parkingowe, budynki rolnicze, chłodnie, niskie i średnie bloki mieszkalne, szkoły i zakłady przemysłowe. Wspólnym wątkiem wszystkich nich jest rama konstrukcyjna lub koperta zbudowana z powtarzalnych, fabrycznie odlewanych elementów, a nie z betonu wylewanego na miejscu.

Beton prefabrykowany a beton wylewany na miejscu: porównanie praktyczne

Obie metody nie są dla siebie konkurentami, ale narzędziami dostosowanymi do różnych profili projektów. Odlewanie na miejscu jest nadal powszechne w przypadku fundamentów, złożonych geometrii, które trudno ujednolicić w powtarzalne formy oraz projektów, w których transport elementów ponadgabarytowych na plac budowy jest niepraktyczny. Prefabrykaty betonowe zwykle wygrywają w projektach z powtarzalnymi przęsłami konstrukcyjnymi, napiętymi harmonogramami lub tam, gdzie stała jakość fabryczna jest priorytetem nad elastycznością formowania na miejscu.

Ogólne porównanie metod konstrukcji z betonu prefabrykowanego i betonu wylewanego na miejscu.
Czynnik	Prefabrykaty betonowe	Odlewane na miejscu
Harmonogram	Równoległe prace w zakładzie i na placu budowy	Sekwencyjne, zależne od pogody
Spójność jakości	Wysokie, kontrolowane środowisko	Zmienne, zależne od warunków panujących w miejscu pracy
Elastyczność projektowania	Najlepiej z powtarzalnymi zatokami	Najlepsze do nieregularnej geometrii
Potrzeby siły roboczej na miejscu	Niżej, głównie ekipy montażowe	Wyżej, szalunki i wykończenia
Wymóg transportu	Wymagane, może ograniczyć rozmiar elementu	Brak, beton wylany na miejscu

Podstawowe zalety konstrukcji z prefabrykatów betonowych

Atrakcyjność prefabrykowanych konstrukcji betonowych sprowadza się do kilku praktycznych zalet, które pojawiają się w prawie każdym projekcie, niezależnie od rodzaju budynku i regionu.

Szybsze harmonogramy ogólne

Prace na budowie i odlewanie poza siedzibą przebiegają równolegle, a nie po kolei, co zapewnia największą pojedynczą oszczędność czasu w przypadku większości projektów. Podczas gdy na miejscu wykonywane są wykopy, wylewanie fundamentów i prace wstępne nad instalacjami, w zakładzie jednocześnie odlewane są kolumny, belki, panele i płyty w ustalonym cyklu produkcyjnym. Zanim fundamenty osiągną wytrzymałość niezbędną do przyjęcia połączeń konstrukcyjnych, na placu może już czekać pełna ciężarówka z gotowymi do montażu komponentami.

Stała, powtarzalna jakość

Kontrolowane dozowanie, wibracje mechaniczne i monitorowane utwardzanie zmniejszają zmienność, jaką warunki pogodowe i terenowe wprowadzają do prac odlewniczych. Panel wylewany zimą w klimatyzowanym zakładzie osiągnie zasadniczo tę samą wytrzymałość i jakość wykończenia, co panel wylewany latem, co rzadko ma miejsce w przypadku betonu wylewanego na zewnątrz na otwartej przestrzeni.

Mniejsze nakładanie się pracy i handlu w placówce

Ekipy montażowe montują gotowe komponenty, zamiast budować szalunki i układać beton na miejscu, ograniczając liczbę robót potrzebnych jednocześnie i zmniejszając koszty koordynacji związane z zarządzaniem wieloma nakładającymi się ekipami na ograniczonej przestrzeni.

Mniejsze straty materiału

Formy ze stali lub włókna szklanego wielokrotnego użytku oraz precyzyjne dozowanie zmniejszają ilość odpadów szalunkowych i wylewania betonu w porównaniu z formami budowanymi na miejscu, które często są zbudowane z drewna i sklejki, które po kilku użyciach ulegają wyrzuceniu lub degradacji.

Większa elastyczność projektowania niż oczekiwano

Nowoczesne formy prefabrykowane mogą wytwarzać wykończenia architektoniczne, odsłonięte kruszywo, tekstury w kształcie cegły i złożone geometrie, których formowanie na miejscu byłoby pracochłonne, przy jednoczesnym zachowaniu podstawowego procesu produkcyjnego na tyle ustandaryzowanego, aby był szybki i opłacalny.

Żadna z tych korzyści nie jest realizowana automatycznie. Zależą one od tego, czy komponenty docierają na plac budowy w nienaruszonym stanie oraz czy są bezpiecznie i wydajnie montowane. W tym przypadku inżynieria stojąca za systemem podnoszenia prefabrykatów betonowych staje się tkanką łączną pomiędzy fabryką a gotowym budynkiem.

Typowe typy prefabrykowanych elementów budowlanych z betonu

Większość budynków prefabrykowanych składa się z małego zestawu powtarzalnych rodzin komponentów, z których każdy ma własne wymagania dotyczące podnoszenia i przenoszenia.

Słupy i belki konstrukcyjne

Kolumny i belki tworzą główny szkielet prefabrykowanej ramy. Są to zazwyczaj najcięższe pojedyncze elementy w danym miejscu pracy i wymagają sprzętu do podnoszenia o szerokim marginesie bezpieczeństwa, ponieważ pojedyncza kolumna może ważyć kilka ton i podczas montażu musi być przechylana z poziomej pozycji odlewania do pionowej pozycji stojącej.

Solidne panele ścienne

Prefabrykowane, pełne panele ścienne, zarówno konstrukcyjne, jak i niekonstrukcyjne, są odlewane na płasko i przechylane do pozycji pionowej na miejscu. Ponieważ są cienkie w stosunku do swojej długości i wysokości, panele są szczególnie podatne na pękanie w fazie przechylania, jeśli punkty podnoszenia nie są rozmieszczone zgodnie z opracowanym planem podnoszenia.

Izolowane płyty warstwowe

Płyty warstwowe składają się z dwóch betonowych wytrów oddzielonych warstwą sztywnej izolacji, połączonych ze sobą łącznikami ścinanymi. Panele te są cięższe i bardziej skomplikowane w podnoszeniu niż panele pełne, ponieważ analiza podnoszenia musi również uwzględniać zachowanie kompozytu pomiędzy dwiema warstwami betonu i unikać nadmiernego naprężenia łączników podczas chwytania.

Architektoniczne panele elewacyjne

Panele architektoniczne często mają wykończoną powierzchnię, odsłonięte kruszywo, okładzinę ceglaną lub teksturę szalunku, które należy chronić przed kontaktem z osprzętem i plamami podczas manipulacji. Punkty podnoszenia tych paneli są często umieszczone tylko na tylnej powierzchni, a wyściełane olinowanie pozwala uniknąć pozostawiania śladów na wykończonej powierzchni.

Płyty drążone

Płyty kanałowe są wytłaczane z ciągłymi pustymi przestrzeniami na całej długości jednostki, aby zmniejszyć ciężar przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości przęseł podłóg i dachów. Są one podnoszone na płasko za pomocą pętli do podnoszenia splotów lub osadzonych kotw podnoszących ustawionych tak, aby podczas chwytania utrzymać naprężenia zginające w granicach projektowych.

Płyty dwuteowe

Dwuteowniki stosuje się do podłóg i dachów o dużej rozpiętości, szczególnie w konstrukcjach parkingowych. Ich charakterystyczny kształt żeber oznacza, że punkty podnoszenia muszą być umieszczone bezpośrednio nad żebrami, gdzie sekcja ma wystarczającą głębokość, aby wytrzymać skoncentrowane naprężenie kilofa.

Schody i różne prefabrykaty

Schody, podesty, donice i sklepienia użytkowe uzupełniają większość prefabrykowanych pakietów budynków. Te mniejsze elementy o dziwnych kształtach często wymagają niestandardowych konfiguracji podnoszenia, a nie standardowych układów kotew stosowanych w przypadku paneli i płyt.

Prefabrykowane elementy fundamentowe

W niektórych projektach wykorzystuje się również prefabrykowane stopy fundamentowe, belki podłogowe lub ściany fundamentowe, aby jeszcze bardziej skompresować zestawienie terenu. Elementy te są zazwyczaj cięższe na jednostkę objętości niż komponenty wyższej jakości i wymagają szczególnie wytrzymałego sprzętu do podnoszenia, ze względu na ich grubą i zwartą geometrię.

System podnoszenia prefabrykatów betonowych: jak to działa

System podnoszenia prefabrykatów betonowych to kompletny łańcuch okuć i planowania, który przenosi odlany element z formy do miejsca ostatecznego spoczynku bez uszkodzeń. Nie jest to pojedynczy produkt, to system składający się z kilku połączonych części, które należy dopasować do ciężaru, kształtu i kolejności obsługi konkretnego przenoszonego komponentu.

Wbudowane kotwy do podnoszenia i wkładki

Kotwy podnoszące wlewa się bezpośrednio w beton przed jego utwardzeniem. Typowe typy kotew obejmują kotwy płaskie, kotwy z łbem kulistym, kotwy pierścieniowe i wkładki gwintowane. Każdy typ kotwy jest produkowany z wartością znamionową limit obciążenia roboczego , a właściwy typ zależy od geometrii elementu, tego, czy kotwa będzie ładowana prosto do góry, czy pod kątem i czy element będzie przechylany z płaskiej do pionowej pozycji podczas chwytania.

Sprzęgła i złączki do podnoszenia

Sprzęgło podnoszące to element osprzętu wielokrotnego użytku, który łączy łańcuch lub linę dźwigu z osadzoną kotwicą. Sprzęgła są projektowane tak, aby pasowały do konkretnego profilu kotwicy, zatem kotwica z główką sferyczną i kotwica z płaską płytką wymagają innej konstrukcji sprzęgła. Stosowanie niedopasowanej kombinacji sprzęgła i kotwy jest jedną z najczęstszych i najłatwiejszych do uniknięcia przyczyn upuszczenia elementów prefabrykowanych.

Belki rozporowe i ramy podnoszące

W przypadku długich, smukłych elementów, takich jak belki lub panele ścienne, belka rozporowa rozkłada obciążenie pojedynczego haka dźwigu na wiele punktów podnoszenia, utrzymując kąty lin blisko pionu i zmniejszając obciążenie boczne każdej kotwy. Ramy podnoszące służą podobnemu celowi w przypadku nieregularnych kształtów, gdzie standardowa geometria olinowania nie będzie działać.

Sprzęt do odchylania

Panele ścienne odlewane poziomo muszą zostać obrócone o około 90 stopni, aby osiągnąć ostateczną pozycję pionową. Osprzęt do przechylania, w tym kotwy montażowe umieszczone na górze panelu i punkty zawiasów u podstawy, zarządzają tym obrotem, dzięki czemu naprężenia pozostają w granicach projektowych nośności panelu przez cały czas obrotu, a nie tylko w momencie, gdy żuraw po raz pierwszy przejmuje ładunek.

Geometria olinowania i kąty zawiesia

Kąt pomiędzy nogą olinowania a płaszczyzną poziomą elementu ma bezpośredni wpływ na obciążenie, któremu podlega każda kotwica. W miarę zmniejszania się kąta od poziomu, co oznacza, że olinowanie staje się płytsze lub bardziej rozłożone, napięcie w każdej nodze gwałtownie wzrasta, mimo że całkowity podnoszony ciężar nie ulega zmianie. Dlatego właśnie plany podnoszenia określają minimalny kąt zawiesia, zwykle utrzymywany powyżej 45 stopni od poziomu, aby uniknąć nieoczekiwanego przeciążenia kotwic, które zostały przystosowane tylko do bardziej stromego, bardziej pionowego podnoszenia.

Czynniki dynamiczne i udarowe

Ciężar statyczny elementu jest jedynie punktem wyjścia przy doborze systemu podnoszącego. Żurawie przyspieszają i zwalniają podczas podnoszenia, a nawet gładko wyglądający podnośnik powoduje krótki wzrost obciążenia powyżej ciężaru statycznego. W analizach podnoszenia zwykle stosuje się dynamiczny współczynnik wzmocnienia, aby to uwzględnić, wraz z dodatkowym naddatkiem na uderzenie, jeśli element styka się z szalunkiem, sąsiednimi elementami lub gruntem podczas rozbierania lub ustawiania.

Margines bezpieczeństwa, mówiąc prosto: Prefabrykowane osprzęt do podnoszenia jest konwencjonalnie wybierany z limitem obciążenia roboczego ustawionym znacznie poniżej ostatecznej wytrzymałości kotwy na zerwanie, zwykle w stosunku w zakresie 4:1 lub 5:1. Ta szczelina istnieje specjalnie po to, aby absorbować obciążenia udarowe, nierówne kąty ostrza i drobne niewspółosiowość, które zdarzają się rutynowo podczas obsługi w rzeczywistych warunkach, a nie tylko statyczny ciężar nieruchomego elementu.

Porównanie typowego sprzętu do podnoszenia prefabrykatów

Wybór odpowiedniego okucia dla danego elementu zwykle sprowadza się do dopasowania stylu kotwicy do kształtu i orientacji elementu, jak podsumowano poniżej.

Ogólne porównanie typów osprzętu dźwigowego stosowanych w produkcji i montażu prefabrykatów betonowych.
Typ sprzętu	Typowe zastosowanie	Wybierz Orientację	Wielokrotnego użytku
Kotwica płaska	Panele ścienne, cienkie profile	Pionowo lub odchylane	Nie (wbudowany)
Kotwica z główką sferyczną	Belki, kolumny	Pod kątem lub pionowo	Nie (wbudowany)
Wkładka gwintowana	Płyty, schody	Pionowe	Nie (wbudowany)
Pętla do podnoszenia nici	Płyty kanałowe	Poziomy	Nie (wbudowany)
Sprzęgło podnoszenia	Łączy olinowanie z kotwicą	Pasuje do kotwicy	Tak
Belka rozsiewająca	Długie belki, szerokie panele	Poziomy	Tak
Zawias uchylny	Obrót podstawy panelu ściennego	Płaskie do pionowego	Tak

Jak produkowane są prefabrykowane elementy betonowe

Produkcja prefabrykatów przebiega według powtarzalnej sekwencji, mającej na celu ochronę zarówno jakości betonu, jak i sprzętu do podnoszenia wbudowanego w każdy element.

Formy stalowe lub z włókna szklanego są czyszczone, oliwione środkiem antyadhezyjnym i montowane do wymaganych wymiarów.
Stal zbrojeniowa, siatka i wszelkie osadzone kotwy podnoszące są umieszczane i mocowane na miejscu zgodnie z rysunkiem warsztatowym.
Beton jest dozowany, testowany pod kątem opadu i zawartości powietrza, a następnie umieszczany w formie za pomocą wibracji mechanicznych w celu wyeliminowania pustych przestrzeni.
Element utwardza się w kontrolowanej temperaturze, czasami przyspieszając parą lub podgrzewanymi złożami, aż osiągnie wystarczającą wytrzymałość do zdzierania.
Forma jest rozbierana, a element jest podnoszony ze łoża odlewniczego za pomocą osadzonych w nim kotew, co stanowi pierwszy prawdziwy test wydajności systemu podnoszącego.
Elementy trafiają na plac składowy, gdzie utwardzają się do pełnej wytrzymałości projektowej przed załadowaniem do wysyłki.

Należy zauważyć, że krok piąty, czyli początkowe wyjęcie formy z formy, następuje wtedy, gdy betonowi często brakuje jeszcze wytrzymałości projektowej wynoszącej 28 dni. Z tego powodu umiejscowienie kotwy podnoszącej oblicza się na podstawie wczesnej wytrzymałości betonu w momencie rozbierania, a nie tylko jego końcowej wytrzymałości po utwardzeniu, i dlaczego przyspieszenie tego etapu jest częstym źródłem pęknięć w składach prefabrykatów.

Typy form i cykle ponownego użycia

Formy stalowe są najczęstszym wyborem w przypadku powtarzalnych kształtów o dużej objętości, takich jak płyty kanałowe i standardowe belki, ponieważ zachowują wąskie tolerancje przez tysiące cykli ponownego użycia. Formy z włókna szklanego i wyłożone drewnem są bardziej powszechne w przypadku kształtów architektonicznych lub jednorazowych, gdzie niższy początkowy koszt oprzyrządowania przewyższa krótszą żywotność. Liczba ponownego użycia formy jest jednym z największych czynników wpływających na koszt jednostkowy w produkcji prefabrykatów, ponieważ inwestycja w oprzyrządowanie rozkłada się na każdy element odlany w tej formie.

Projekt mieszanki betonowej dla prefabrykatów

Mieszanki prefabrykowane są często projektowane tak, aby zapewniać większy przyrost wytrzymałości początkowej niż typowe mieszanki do wylewania na miejscu, ponieważ harmonogram produkcji zależy od możliwie najszybszego usunięcia form i ich ponownego użycia. Często oznacza to niższy stosunek wody do cementu, zastosowanie domieszek przyspieszających, a czasami uzupełniających materiałów cementowych, które poprawiają zarówno wytrzymałość wczesną, jak i trwałość długoterminową.

Metody utwardzania

Utwardzanie w kontrolowanym klimacie wewnętrznym jest powszechne w przypadku standardowych elementów, natomiast utwardzanie parą lub podgrzewane promiennikowo złoża stosuje się w celu dalszego przyspieszenia przyrostu wytrzymałości, szczególnie w chłodniejszym klimacie lub tam, gdzie harmonogramy produkcji wymagają usuwania izolacji tego samego dnia. Temperatura i czas utwardzania są ściśle monitorowane, ponieważ zarówno niedostateczne utwardzenie, jak i zbyt szybki przyrost ciepła mogą mieć wpływ na długoterminową wytrzymałość i trwałość betonu.

Obsługa placu składowego

Po rozebraniu elementy są zwykle przechowywane na podporach sztauerskich, drewnianych lub stalowych umieszczonych w obliczonych punktach na długości elementu, aby uniknąć wprowadzenia nowych naprężeń zginających podczas utwardzania elementu do pełnej wytrzymałości. Panele są często przechowywane na stojakach z ramą w kształcie litery A, które utrzymują je prawie w pionie, co zmniejsza powierzchnię zajmowaną przez plac i minimalizuje dodatkową obsługę przed wysyłką.

Rozważania dotyczące projektowania konstrukcyjnego elementów prefabrykowanych

Inżynierowie projektujący elementy prefabrykowane muszą uwzględnić warunki obciążenia, które nigdy nie występują po ukończeniu budynku, ale są nieuniknione podczas przenoszenia. Panel ścienny w swoim ostatecznym położeniu przenosi jedynie obciążenia grawitacyjne i boczne, ale podczas podnoszenia w pozycji odchylonej przenosi również naprężenia zginające wynikające z podparcia zaledwie w kilku dyskretnych punktach, a nie na całej długości.

Z tego powodu położenie każdej kotwy podnoszącej jest zwykle określane za pomocą dedykowanego analiza podnoszenia , niezależnie od ostatecznego projektu konstrukcyjnego w trakcie eksploatacji. Analiza ta uwzględnia wytrzymałość betonu w określonym wieku, w którym będzie podnoszony, rozkład ciężaru elementu, kąt olinowania oraz skutki dynamiczne przyspieszenia dźwigu i niewielkie obciążenie udarowe podczas podnoszenia.

Typowe naprężenia manipulacyjne, według których należy projektować

Naprężenia zginające od niepodpartych przęseł podczas płaskiego podnoszenia długich, cienkich elementów.
Naprężenia skręcające, gdy element jest podnosiny nieco niecentrycznie lub przy nierównej długości nóg olinowania.
Obciążenie udarowe, jeśli operator dźwigu podnosi zbyt szybko lub element styka się z szalunkiem podczas rozbierania.
Naprężenie obrotowe podczas sekwencji przechylania, gdzie rozkład sił wewnętrznych zmienia się w sposób ciągły, gdy panel obraca się z płaskiego do pionowego.

Symetryczne rozmieszczenie kotew

Tam, gdzie to możliwe, kotwy podnoszące są umieszczone symetrycznie względem środka ciężkości elementu, tak aby element wisiał poziomo podczas chwytania, a nie przechylał się na bok. Elementy asymetryczne, takie jak panele z dużymi otworami okiennymi lub o nieregularnych konturach, wymagają analizy podnoszenia w celu przesunięcia pozycji kotew z prostej symetrycznej siatki, aby zachować równowagę elementu pomimo nierównomiernego rozkładu masy betonowej.

Otwory i ich wpływ na punkty podnoszenia

Otwory drzwiowe i okienne usuwają masę betonową i przerywają ciągłą drogę obciążenia przez panel. Punkty podnoszenia w pobliżu dużych otworów muszą być rozmieszczone tak, aby uniknąć skupiania naprężeń zginających na zmniejszonym przekroju utworzonym przez otwór, dlatego też panele z dużymi otworami często wymagają dodatkowych kotew poza standardową liczbą kotew stosowanych w przypadku litych paneli o tym samym całkowitym rozmiarze.

Koordynacja projektu podnoszenia z ostatecznym projektem konstrukcyjnym

Pozycje kotew podnoszących nie są wybierane niezależnie od gotowej konstrukcji. Lokalizacje kotew muszą unikać konfliktów z rozmieszczeniem stali zbrojeniowej, osadzonymi kanałami, osprzętem łączącym oraz wszelkimi odsłonięciami lub wykończeniami architektonicznymi, co oznacza, że inżynier zajmujący się dźwigiem i specjalista ds. szczegółów konstrukcyjnych zazwyczaj koordynują układ kotew na początku procesu rysowania w warsztacie, zamiast dodawać punkty podnoszenia po namyśle.

Metody łączenia elementów prefabrykowanych

Po ustawieniu elementu prefabrykowanego na swoim miejscu wymaga on trwałego połączenia z otaczającą konstrukcją. Wybrana metoda połączenia wpływa zarówno na kolejność montażu, jak i na ilość tymczasowych stężeń wymaganych do czasu utwardzania lub finalizowania połączeń.

Fugowane połączenia tulejowe

Połączenia tulejowe fugowane wykorzystują tuleję stalową odlaną w jeden element, który przyjmuje wystający pręt wzmacniający z sąsiedniego elementu, a zaprawa o wysokiej wytrzymałości wypełnia przestrzeń pierścieniową po wyrównaniu elementów. Metoda ta jest powszechna w przypadku połączeń słup-fundament i słup-słup, gdzie wymagana jest pełna ciągłość konstrukcyjna.

Połączenia śrubowe płytowe

Połączenia śrubowe wykorzystują osadzone na każdym elemencie blachy stalowe, łączone na miejscu za pomocą śrub lub spawanych kątowników stalowych. Połączenia te natychmiast osiągają pełną wytrzymałość, co pozwala na szybszy demontaż stężeń tymczasowych niż w przypadku połączeń zależnych od czasu wiązania fugi.

Spawane połączenia płytowe

Podobnie jak w przypadku płyt śrubowych, połączenia spawane łączą osadzone płyty stalowe bezpośrednio za pomocą spawania na miejscu. Metoda ta jest szybka i zapewnia natychmiastową wytrzymałość, ale wymaga szczególnej dbałości o jakość spoin i ochronę przeciwpożarową połączenia po zamknięciu konstrukcji.

Połączenia kołkowe i wpustowe

Połączenia na kołki wykorzystują wystające pręty stalowe osadzone w rowku lub kieszeni, a następnie wypełnione zaprawą lub betonem. Metoda ta jest powszechna w przypadku płyt stropowych i belek nośnych, gdzie pomaga również przenieść poziome siły ścinające na membranę utworzoną przez gotową podłogę.

Kontrole jakości przed każdym podnośnikiem

Ponieważ awaria windy może uszkodzić cały element prefabrykowany lub narazić pracowników na ryzyko, większość składów prefabrykatów i ekip montażowych poddaje się krótkiemu, ale spójnemu zestawowi kontroli przed każdym pojedynczym pobraniem, a nie tylko pierwszym w ciągu dnia.

Przed podniesieniem

Ekipy potwierdzają, że beton osiągnął minimalną wymaganą wytrzymałość dla tego konkretnego podnośnika, sprawdzają osadzone kotwy pod kątem uszkodzeń lub niewspółosiowości oraz sprawdzają, czy zastosowano odpowiednie sprzęgło pasujące do typu kotwy zainstalowanej w tym konkretnym elemencie.

Podczas podnoszenia

Element jest najpierw podnoszony powoli, aby potwierdzić wyważenie i kąt olinowania, zanim nastąpi pełne pobranie, a operator dźwigu obserwuje wszelkie nietypowe ruchy, skręcanie lub dźwięki, które mogą wskazywać na problem ze sprzętem.

Po ustawieniu

Po ustawieniu elementu w ostatecznym położeniu załoga sprawdza pion, wyrównanie i łożyskowanie przed zwolnieniem olinowania, a także sprawdza element pod kątem pęknięć, które mogły wystąpić podczas wybierania.

Bieżąca kontrola sprzętu

Osprzęt do olinowania, sprzęgła, belki rozporowe i łańcuchy wielokrotnego użytku poddaje się inspekcjom w ramach okresowego harmonogramu, niezależnego od kontroli poszczególnych podnośników, ponieważ zużycie osprzętu nośnego narasta stopniowo podczas setek podnośników i może nie być oczywiste na podstawie pojedynczej kontroli wzrokowej przed konkretnym wyborem.

Typowe wady prefabrykatów i jak zapobiega im prawidłowe podnoszenie

Wiele defektów wykrytych w elementach prefabrykowanych po manipulacji wynika z problemów w samym podnośniku, a nie z pierwotnego ułożenia betonu.

Postępowanie z pęknięciami

Drobne pęknięcia, które pojawiają się w pobliżu punktów podnoszenia lub w poprzek środka panelu po rozbiórce, są zwykle spowodowane podnoszeniem, zanim beton osiągnie odpowiednią wczesną wytrzymałość, lub pozycjami kotew, które nie odpowiadają rzeczywistemu rozkładowi ciężaru gotowego elementu.

Odpryski narożników i uszkodzenia krawędzi

Uszkodzenia narożników często wynikają z kontaktu z szalunkiem, sąsiednimi elementami lub materiałem sztauerskim podczas sekwencji podnoszenia i odkładania, a nie z samego sprzętu podnoszącego, dlatego też wyściełane olinowanie i staranna procedura ustawiania są tak samo ważne jak wybór kotwy.

Dziury po robakach i puste przestrzenie powierzchniowe

Małe puste przestrzenie na powierzchni, powszechnie zwane dziurami po owadach, zwykle wynikają z niewystarczających wibracji podczas umieszczania, a nie procesu podnoszenia, ale często są one zauważane po raz pierwszy podczas kontroli następującej po pierwszym wyjęciu z formy.

Wysuwana kotwica

Awarie związane z wyrywaniem, gdy osadzona kotwa oddziela się od otaczającego betonu pod obciążeniem, są prawie zawsze związane z niewystarczającą wytrzymałością betonu w momencie podnoszenia, nieodpowiednią głębokością osadzenia kotwy lub kotwą umieszczoną zbyt blisko wolnej krawędzi bez zbrojenia potrzebnego do przeciwstawienia się powstałemu wyrwaniu betonu.

Sekwencja montażu na miejscu

Montaż prefabrykowanego budynku betonowego na miejscu zazwyczaj przebiega według tej samej ogólnej sekwencji, niezależnie od wielkości budynku, chociaż tempo i wielkość ekipy zależą od złożoności projektu.

Fundamenty, stopy i połączenia podstawy słupów są wykańczane i sprawdzane przed dostawą prefabrykatów.
Najpierw podnoszone są słupy, umieszczane w połączeniach podstawy, pionowane i tymczasowo usztywniane.
Belki są podnoszone i łączone pomiędzy kolumnami, tworząc ramę główną.
Panele ścienne są odchylane do góry i łączone z ramą, zgodnie z opracowanym planem podnoszenia i usztywniania każdego panelu.
Na gotową ramę układa się płyty podłogowe i dachowe, a następnie spoinuje je na złączach.
Tymczasowe stężenia są usuwane, gdy stałe połączenia osiągną odpowiednią wytrzymałość, a konstrukcja przekazywana jest do dalszych prac.

Tymczasowe usztywnienie

Kolumny i panele ścienne rzadko są stabilne samodzielnie po zwolnieniu olinowania. Regulowane stalowe stężenia zakotwione w fundamencie utrzymują każdy element w pionie i stabilnie, aż do momentu połączenia wystarczającej części otaczającej konstrukcji, aby zapewnić stałe podparcie boczne. Układ stężeń jest planowany z wyprzedzeniem w ramach tej samej inżynierii montażu, która reguluje sekwencję podnoszenia.

Sekwencjonowanie minimalizujące zmianę położenia dźwigu

Plany montażu zazwyczaj grupują podnośniki według pozycji dźwigu, a nie wyłącznie według logiki konstrukcyjnej, ustawiając każdy element dostępny z jednego miejsca dźwigu przed zmianą położenia, ponieważ zmiana położenia dużego żurawia gąsienicowego lub wieżowego zajmuje znacznie więcej czasu niż same poszczególne podnośniki.

Transport i logistyka elementów prefabrykowanych

Bezpieczne dostarczenie prefabrykatu z fabryki na plac budowy stanowi wyzwanie logistyczne, a do załadunku i rozładunku elementu z przyczepy dostawczej często wykorzystuje się te same kotwy podnoszące, które są używane na placu budowy.

Wybór przyczepy

Naczepy z platformą obsługują standardowe belki i krótkie panele, natomiast specjalistyczne przyczepy z ramą A przewożą panele ścienne w pozycji niemal pionowej, aby zmniejszyć naprężenia zginające podczas transportu. Do wyjątkowo długich elementów, takich jak belki o dużej rozpiętości lub dwuteowniki, stosuje się przyczepy wysuwane lub sterowane.

Planowanie tras dla ładunków ponadgabarytowych

Elementy, które przekraczają standardowe limity szerokości, wysokości lub wagi, wymagają badania trasy w celu potwierdzenia prześwitów mostów, promienia skrętu na skrzyżowaniach i wszelkich ograniczeń obciążenia na trasie dostawy, a często wymagają do przemieszczania pojazdów eskortujących.

Kolejność ładowania i kolejność dostaw

Elementy prefabrykowane są zwykle ładowane na przyczepy w odwrotnej kolejności, w jakiej zostaną zmontowane, tak aby potrzebny element jako pierwszy zjechał z przyczepy, minimalizując konieczność przemieszczania się na miejscu i skracając czas, w którym żuraw pozostaje bezczynny w oczekiwaniu na udostępnienie odpowiedniego elementu.

Zabezpieczanie elementów podczas transportu

Pasy mocujące i blokady są rozmieszczone tak, aby zapobiegać przesuwaniu się bez wprowadzania nowych naprężeń zginających do elementu, opierając się na tym samym zrozumieniu punktów podparcia i ścieżek obciążenia, co w pierwotnej analizie podnoszenia, ponieważ wibracje tranzytowe i nagłe hamowanie mogą spowodować obciążenie, któremu element nigdy nie był przeznaczony, jeśli przesunie się w stosunku do nieplanowanego punktu podparcia.

Warunki pogodowe i terenowe podczas montażu

Wiatr jest najważniejszym czynnikiem pogodowym wpływającym na montaż prefabrykatów, ponieważ duże płaskie panele zachowują się jak żagle po podniesieniu z przyczepy lub przechyleniu do pozycji pionowej. W planach montażu zazwyczaj określa się maksymalną prędkość wiatru, powyżej której operacje podnoszenia są wstrzymywane, a załogi monitorują warunki w sposób ciągły, zamiast polegać na pojedynczej kontroli na początku dnia.

Zimna pogoda wpływa pośrednio na czas podnoszenia, spowalniając tempo, w jakim beton zyskuje na wytrzymałości. Podnoszenie zaplanowane na określony wiek po wylaniu może wymagać opóźnienia w niskich temperaturach do czasu, gdy beton faktycznie osiągnie wymaganą wytrzymałość, co potwierdza się na podstawie próbek testowych utwardzanych w terenie, a nie zakłada się na podstawie standardowego harmonogramu.

Czynniki kosztowe w projektach prefabrykatów betonowych

Koszty budowy prefabrykatów betonowych zależą od innego zestawu czynników niż w przypadku prac wylewanych na miejscu. Odległość transportu z zakładu na plac budowy ma większe znaczenie, ponieważ transport ciężkich elementów prefabrykowanych na duże odległości jest kosztowny i może wymagać zezwoleń na trasę w przypadku ładunków ponadgabarytowych. Złożoność formy i liczba ponownego użycia również mają znaczenie, prosta, powtarzalna forma panelowa rozkłada swój koszt na wiele identycznych wylewek, podczas gdy wysoce niestandardowy element architektoniczny wiąże się ze znacznie wyższym kosztem jednostkowym formy.

Czas pracy dźwigu i wynajem sprzętu dźwigowego stanowią również większy udział w całkowitych kosztach projektów prefabrykatów niż w przypadku prac związanych z odlewaniem na miejscu, ponieważ prawie każdy element konstrukcyjny wymaga użycia dźwigu, co kładzie nacisk na wybór odpowiedniego systemu podnoszenia do prefabrykatów betonowych za pierwszym razem, ponieważ ponowne osprzęt źle zaplanowanej windy marnuje kosztowny czas dźwigu i może opóźnić cały harmonogram montażu w ciągu dnia.

Amortyzacja formy

Stalowa forma zastosowana w setkach identycznych wylewów amortyzuje koszt oprzyrządowania do niewielkiego ułamka całkowitej ceny każdego modułu, podczas gdy forma zbudowana dla jednorazowego elementu architektonicznego może wymagać odzyskania całego kosztu z jednego cyklu odlewania, dlatego wysoce powtarzalne układy budynków zwykle zapewniają najniższą cenę prefabrykatu jednostkowego.

Zmiany kosztów pracy

Konstrukcja prefabrykowana przenosi godziny pracy z placu budowy do zakładu, co generalnie zmniejsza narażenie na premie za robociznę na placu budowy, nadgodziny spowodowane opóźnieniami pogodowymi oraz koszty ogólne bezpieczeństwa związane z koordynacją wielu transakcji w zatłoczonym miejscu jednocześnie.

Wydajność materiałowa i zrównoważony rozwój

Konstrukcje z prefabrykatów betonowych zwykle wytwarzają mniej odpadów na placu budowy niż metody odlewane na miejscu, ponieważ szalunki są ponownie wykorzystywane w zakładzie setki razy, a nie budowane i wyrzucane przy każdym projekcie. Precyzyjne dozowanie w zakładzie zmniejsza również wylewanie się betonu, a ścinki stali zbrojeniowej można łatwiej zbierać i poddawać recyklingowi w stałym zakładzie produkcyjnym niż rozrzucać po całym placu budowy.

Osprzęt do podnoszenia wielokrotnego użytku, belki rozporowe, sprzęgła i łańcuchy olinowania również przyczyniają się do tej wydajności, ponieważ ten sam zestaw narzędzi obsługuje tysiące podnośników przez cały okres użytkowania sprzętu, a nie jest jednorazowy, w przeciwieństwie do samych osadzonych kotw, które pozostają trwale w betonie.

Izolowane płyty warstwowe również wpływają na wydajność energetyczną gotowego budynku, ponieważ warstwa izolacyjna jest wbudowana w sam zespół ściany, a nie dodawana jako osobna warstwa instalowana na miejscu, co zmniejsza mostki termiczne w porównaniu z niektórymi zespołami ściennymi budowanymi na miejscu.

Słowniczek terminów dotyczących prefabrykatów i podnoszenia

Limit obciążenia roboczego: Maksymalne obciążenie, jakie może udźwignąć element sprzętu dźwigowego w normalnych warunkach użytkowania.
Kąt zawieszenia: Kąt pomiędzy nogą olinowania a płaszczyzną poziomą podnoszonego elementu.
Współczynnik wzmocnienia dynamicznego: Dodano dodatek do obciążenia statycznego, aby uwzględnić przyspieszenie i niewielkie wstrząsy podczas podnoszenia dźwigiem.
Pochylenie w górę: Proces obracania poziomo odlanego panelu do ostatecznej pozycji pionowej na miejscu.
Materiał sztauerski: Podpory drewniane lub stalowe umieszczone pod składowanymi prefabrykatami w obliczonych punktach, aby uniknąć niepożądanych naprężeń zginających.
Fugowany rękaw: Metoda łączenia polegająca na tym, że tuleja stalowa odlana w jeden element otrzymuje pręt z sąsiedniego elementu, wypełniony zaprawą o wysokiej wytrzymałości.
Belka rozporowa: Sztywna belka służąca do rozłożenia obciążenia pojedynczego haka dźwigu na wiele punktów podnoszenia elementu.
Dziura błędów: Niewielka pustka powierzchniowa w utwardzonym betonie, zazwyczaj spowodowana przez powietrze uwięzione podczas układania.

Często zadawane pytania

Z czego składa się system podnoszenia prefabrykatów betonowych?

Zwykle obejmuje osadzone kotwy wlane w beton, dopasowane sprzęgła podnoszące, które łączą się z olinowaniem dźwigu, a w wielu przypadkach belkę rozporową lub ramę podnoszącą, która rozkłada obciążenie na wiele punktów podnoszenia.

Dlaczego do podnoszenia paneli prefabrykowanych nie można użyć żadnego haka dźwigowego?

Zwykły hak nie może bezpiecznie i równomiernie zaczepić osadzonej kotwy. Dopasowane sprzęgło zostało zaprojektowane tak, aby blokowało się na określonej geometrii kotwicy, prawidłowo rozkładając obciążenie i zapobiegając poślizgowi podczas chwytania.

Jak szybko po odlaniu można podnieść element prefabrykowany?

Zależy to od mieszanki betonowej i metody utwardzania, ale elementy są zazwyczaj wyjmowane z formy po osiągnięciu określonej wytrzymałości wczesnej określonej w analizie wyporności, która jest znacznie niższa od 28-dniowej wytrzymałości projektowej.

Co powoduje pękanie podczas podnoszenia prefabrykatów?

Najczęstszymi przyczynami są podnoszenie betonu zanim osiągnie on odpowiednią wytrzymałość, użycie kotew ustawionych nieprawidłowo do kształtu elementu lub zastosowanie nierównych kątów mocowania, które koncentrują naprężenia w jednym punkcie zamiast je równomiernie rozkładać.

Czy prefabrykowane kotwy podnoszące nadają się do ponownego użycia?

Nie, osadzone kotwy pozostają na stałe wbetonowane. Częścią systemu nadającą się do wielokrotnego użytku są okucia zewnętrzne, sprzęgła, belki rozporowe i łańcuchy olinowania, które są wielokrotnie używane w wielu różnych podnośnikach.

Jaka jest różnica pomiędzy kotwą podnoszącą a wkładką podnoszącą?

Terminy te są często używane zamiennie, ale generalnie kotwa odnosi się do ukształtowanego elementu stalowego z uformowanym łbem, natomiast wkładka częściej odnosi się do gwintowanego gniazda, w które na miejscu wkręca się osobne ucho do podnoszenia typu śrubowego.

Czy wszystkie elementy prefabrykowane wymagają belki rozporowej?

Nie, belki rozporowe stosuje się głównie do długich lub szerokich elementów, gdzie jednopunktowy frez spowodowałby nadmierne kąty linek lub nierówny rozkład obciążenia. Krótsze lub bardziej zwarte elementy są często podnoszone za pomocą prostego łańcucha z wieloma nogami.

W jaki sposób ustala się lokalizację kotw podnoszących?

Pozycje kotew ustala się na podstawie analizy podnoszenia, która uwzględnia wagę elementu, kształt, wytrzymałość betonu w momencie podnoszenia oraz konkretną sekwencję przenoszenia, przez którą będzie przechodził, od usunięcia formy do końcowego montażu.

Dlaczego kąty zawieszenia mają tak duże znaczenie podczas podnoszenia?

W miarę jak kąt zawiesia staje się coraz mniejszy, naprężenie przenoszone przez każdą nogę olinowania gwałtownie wzrasta, mimo że całkowity ciężar nie ulega zmianie, co może spowodować przeciążenie kotwicy, która została przystosowana tylko do bardziej stromego kąta wbicia.

Czy elementy prefabrykowane można podnosić przy wietrznej pogodzie?

Duże płaskie panele są szczególnie wrażliwe na wiatr, dlatego plany montażu zazwyczaj określają próg maksymalnej prędkości wiatru, powyżej którego operacje podnoszenia są wstrzymywane do czasu poprawy warunków.

Co się stanie, jeśli kotwa podnosząca zostanie umieszczona zbyt blisko krawędzi panelu?

Kotwa umieszczona zbyt blisko wolnej krawędzi bez wystarczającego zbrojenia otaczającego może spowodować pęknięcie otaczającego ją betonu pod obciążeniem, dlatego też minimalne odległości od krawędzi są standardową częścią każdej analizy podnoszenia.

Czy zimna pogoda ma wpływ na możliwość podniesienia elementu prefabrykowanego?

Tak, niskie temperatury spowalniają przyrost wytrzymałości betonu, więc może zaistnieć potrzeba opóźnienia podnoszenia do czasu, aż próbki testowe utwardzone w terenie potwierdzą, że beton faktycznie osiągnął wytrzymałość wymaganą dla tego konkretnego kilofa.