La ce sunt folosite macaralele în construcții?
Macaralele sunt mijloacele principale de deplasare a materialului pe verticală și sauizontală pe șantiere. Ele ridică oțel structural, panouri prefabricate din beton, instalații mecanice, cofraje și materiale la înălțimi și poziții pe care niciun alt echipament nu le poate atinge în mod economic. Pe un șantier de construcții înalte, o macara turn nu este una dintre mai multe opțiuni pentru mutarea încărcăturilor - este centrul operațional al șantierului și orice altă activitate lucrează în jurul programului său de ridicare.
Sarcinile specifice pe care le îndeplinesc macaralele în construcții includ: amplasarea grinzilor și stâlpilor de oțel în timpul ridicării structurii; poziționarea plăcilor, scărilor și elementelor de fațadă din beton prefabricat; ridicarea instalațiilor mecanice și electrice (răcitoare, unități de tratare a aerului, grupuri electrogene) până la nivelul acoperișului sau al instalației; relocarea cofrajelor și cofrajelor pe măsură ce construcția podelei avansează; și furnizarea de beton în platforme fără acces la pompă. În cazul proiectelor mari de infrastructură civilă — poduri, baraje, uzine industriale — macaralele se ocupă în plus de ridicări grele de componente care pot cântări sute sau mii de tone.
Productivitatea unei macarale turn este măsurată în cicluri de ridicare pe schimb. S-ar putea finaliza o macara turn modernă cu braț rulant pe un sit urban strâmt 60-100 de ridicări productive pe zi , fiecare reprezentând materiale care altfel ar necesita mai mulți lucrători și ore pentru a se deplasa manual. Costul perioadei de nefuncționare a macaralei – de obicei 1.500 – 5.000 USD pe zi numai în costul de închiriere, înainte de efectul de influență asupra meseriilor dependente – explică de ce planificarea și programarea macaralei sunt tratate ca elemente critice în programarea construcțiilor.
Cum funcționează macaralele: ingineria din spatele ascensorului
O macara turn funcționează combinând trei sisteme mecanice - palanul, căruciorul (sau mecanismul de ridicare) și rotirea - pentru a poziționa o sarcină într-un spațiu tridimensional deasupra șantierului. Înțelegerea modului în care funcționează fiecare sistem explică atât capacitatea, cât și limitele mașinii.
Sistemul de ridicare
Palanul ridică și coboară sarcinile folosind un tambur de cablu de sârmă antrenat de un motor electric (de obicei 30–132 kW, în funcție de clasa macaralei) printr-o cutie de viteze. Cablul de ridicare trece peste snopi la capul brațului și la cărucior și se termină la blocul cârligului. Viteza de ridicare este variabilă - rapidă pentru deplasarea cârligului gol, lentă și controlabilă cu precizie atunci când aterizează încărcăturile în spații restrânse. Macaralele moderne folosesc convertizor de frecvență care permit o viteză infinit variabilă de la 0 la viteza maximă de ridicare, înlocuind contactoarele mai vechi cu viteză în trepte care au cauzat încărcarea șocului pe cablu și balansarea pendulului.
Căruciorul și Jib
Pe o macara turn cu vârf plat sau cu ciocan, căruciorul se deplasează de-a lungul coardei inferioare a brațului orizontal sub acționarea unui motor cărucior. Deplasarea căruciorului spre interior sau spre exterior modifică raza de lucru fără a modifica înălțimea cârligului - permițând operatorului să poziționeze o sarcină în orice punct din zona de curățare a macaralei de la raza minimă (de obicei 2-3 m) la raza maximă (lungimea completă a brațului, de obicei 40-80 m la macaralele mari). Capacitatea maximă de ridicare la raza maximă este întotdeauna semnificativ mai mică decât la raza minimă: o macara cu o capacitate maximă de 10 tone poate ridica doar 2-3 tone la raza maximă, deoarece momentul (forța × distanța de la linia centrală a catargului) este factorul limitator, nu puterea brută a motorului.
Mecanismul Slew
Rulmentul de rotire și motorul de antrenare rotesc întreaga structură superioară - braț, contraplacă, cabină și platformă de mașini - la 360° în jurul catargului fix. Viteza de rotire este scăzută (de obicei 0,5–0,8 rpm) și este factorul limitator al timpului de ciclu pentru ridicările care necesită o cursă unghiulară mare. Balastul de pe braț (blocuri prefabricate de beton, de obicei 10–30 de tone, în funcție de clasa macaralei) contracarează momentul brațului încărcat și menține catargul în compresie netă, mai degrabă decât îndoire - care este condiția structurală pe care sunt proiectate să o suporte secțiunile catargului.
Tipuri de macarale pentru construcții: un ghid practic
Construcția folosește mai multe tipuri de macarale distincte, fiecare potrivită pentru condiții specifice de șantier, cerințe de încărcare și durate ale proiectului. Alegerea dintre ele este o decizie de logistică a șantierului la fel de mult ca una de inginerie.
Macara turn Hammerhead (rotire de sus).
Cel mai comun tip de macara turn în construcții comerciale și înalte la nivel global. Brațul orizontal și contraflec sunt montate pe un inel de rotire în partea de sus a catargului, dând profilul caracteristic în formă de T. Lungimile brațului variază de obicei între 40 și 80 m, iar capacități maxime între 6 și 20 de tone. Macaralele cu cap de ciocan necesită o rază de rotire clară semnificativă - întregul braț se rotește la 360° - ceea ce le face nepotrivite pentru site-uri urbane foarte înguste, unde brațul ar depăși clădirile învecinate sau infrastructura.
Macara turn cu plumb
Macaraua cu braț rulant înlocuiește deplasarea orizontală a căruciorului cu un braț care se ridică și coboară (lufește) în unghi - de la aproape orizontal la aproape vertical - pentru a varia raza de lucru. Deoarece brațul mătură în sus, mai degrabă decât pe orizontală, necesită mult mai puțin spațiu orizontal atunci când se rotește, ceea ce îl face alegerea standard pentru site-uri urbane dense, construcții de subsol și proiecte în care mai multe macarale trebuie să funcționeze în proximitate fără risc de coliziune. Compartimentul este schimbarea mai lentă a razei (lufarea unui braț durează mai mult decât transportul cu cărucior) și costul macaralei mai mare.
Macara turn auto-montabilă
Macarale turn mai mici (de obicei până la 6 tone de capacitate, braț de 30–40 m) care pot fi transportate pe un camion standard și ridicate de un echipaj mic fără macara mobilă, folosind mecanisme de pliere hidraulice încorporate. Acestea sunt utilizate pentru construcții rezidențiale de dimensiuni mici până la mijlocii, proiecte de renovare și site-uri în care costul și logistica montajului unei macarale turn sunt disproporționate față de scara proiectului.
Macara mobilă (pentru tot terenul și pe șenile)
Macaralele mobile nu sunt fixate pe o fundație și pot fi repoziționate în timpul unui proiect. Macaralele de teren se deplasează pe drum cu putere proprie; macaralele pe șenile se deplasează pe șenile și sunt potrivite pentru condiții de sol moale și ridicări foarte grele. Macaralele mobile sunt utilizate pentru montarea din oțel pe structuri joase, ascensoare de instalații, instalații prefabricate din beton și orice aplicație în care o macara turn fixă nu poate fi justificată. Pentru o singură ridicare foarte grea - plasarea unei grinzi de pod, ridicarea unui turn de răcire, instalarea unei instalații mecanice grele - o macara pe șenile mare (capacitate 500-3.000 de tone) este adesea singura opțiune practică.
Unitatea de întreținere a macaralei și a clădirii
Macaralele derrick sunt macarale compacte, de mare capacitate, concepute pentru a urca pe fața unei clădiri finalizate, utilizate de obicei pe structuri superînalte unde o macara turn convențională nu poate ajunge economic la etajele superioare. Unitățile de întreținere a clădirilor (BMU) îndeplinesc o funcție aferentă clădirilor finalizate pentru accesul la fațadă și curățarea ferestrelor, dar nu sunt macarale de construcție în sensul principal.
| Tipul macaralei | Capacitate tipică | Cea mai bună aplicație | Limitare cheie |
|---|---|---|---|
| Macara turn Hammerhead | 6–20 t | Locuri comerciale înalte, deschise | Necesită spațiu complet de rotire orizontal |
| Macara turn cu plumb | 8–25 t | Locuri urbane dense, amplasamente cu macarale multiple | Timp de ciclu mai lent, cost mai mare |
| Macara turn auto-montabilă | 1-6 t | Locuințe mici, locații mici | Înălțime și capacitate limitate |
| Macara mobila pentru toate terenurile | 50–1.200 t | Ascensoare simple, montaj din otel, montaj instalatii | Presiunea lagărului la sol, spațiul de stabilizare |
| Macara pe șenile | 100–3.000 t | Ridicari foarte grele, teren moale | Transportul rutier necesită dezmembrare |
Macara turn Montare: Cum sunt asamblate macaralele pe șantier
Montare macara turn este una dintre cele mai solicitante operațiuni din punct de vedere tehnic din logistica construcțiilor. O macara turn mare sosește la fața locului în 20-40 de camioane încărcate de componente - secțiuni de catarg, panouri de braț, contraplacă, platformă de mașini, ansamblu de rotire, cabină, blocuri de balast și șuruburi de ancorare a fundației - și trebuie asamblate într-o secvență precisă, de obicei peste 1-3 zile pentru o macara de dimensiuni medii.
Secvența de erecție urmează un protocol fix:
- Pregatirea fundatiei: Un suport de fundație din beton armat – de obicei 5×5 m până la 8×8 m în plan și 1,5–2,5 m adâncime – este turnat cu șuruburi de ancorare încorporate conform specificațiilor producătorului macaralei. Fundația trebuie să atingă rezistența de proiectare completă înainte de a începe montarea, necesitând în mod obișnuit 28 de zile de întărire.
- Catarg de bază și ansamblu de rotire: O macara mobilă ridică secțiunile catargului de bază și le fixează pe ansamblul de ancorare a fundației. Inelul de rotire, placa rotativă și platforma mașinilor sunt apoi ridicate și asamblate deasupra catargului de bază.
- Ansamblu braț și contrafib: Bracul orizontal este asamblat în secțiuni pe sol de-a lungul macaralei, apoi ridicat ca o unitate completă de către macaraua mobilă de asistență și fixat cu șuruburi pe ansamblul de rotire. Contraplaca este asamblată și ridicată separat. Blocurile de balast sunt încărcate pe contra-jib înainte ca brațul să fie tensionat.
- Reeving și punere în funcțiune: Cablul de ridicare este trecut prin snopi capului brațului și blocul de cârlig, toate conexiunile electrice sunt realizate, întrerupătoarele de limitare sunt setate și macaraua este încărcată sub supravegherea reprezentantului producătorului macaralei sau a unui inspector calificat înainte de a intra în serviciu.
Cum ajung macaralele deasupra zgârie-norilor? Procesul de alpinism
Cea mai frecventă întrebare despre macaralele turn - cum ajung macaralele peste zgârie-nori — are un răspuns ingineresc elegant: macaraua se urcă singură folosind un cadru hidraulic.
Toate macaralele turn peste o anumită înălțime sunt proiectate cu a guler de catarare — un cadru de oțel care înconjoară catargul chiar sub ansamblul de rotire și este echipat cu berbeci hidraulici. Când construcția clădirii atinge o înălțime la care macaraua trebuie ridicată, procesul de urcare se desfășoară după cum urmează:
- Colierul de urcare este cuplat și berbecii hidraulici se extind, ridicând întreaga structură superioară (ansamblu de rotire, braț, contraflec, cabină, balast) cu o înălțime a secțiunii catargului - de obicei 3–6 m.
- O nouă secțiune de catarg este ridicată cu ajutorul palanului propriu al macaralei, balansată în golul creat de gulerul de urcare și fixată în poziție de către echipajul de montaj care lucrează pe platformele de acces la catarg.
- Berbecii hidraulici se retrag, coborând structura superioară pe noua secțiune a catargului. Gulerul de catarare se decupla si este repozitionat pentru urmatoarea urcare.
Acest proces de auto-cățărare poate fi repetat de câte ori este necesar pe măsură ce clădirea se ridică. Turnurile superînalte - Burj Khalifa, Turnul Shanghai, One World Trade Center - au cerut macaralelor lor turn să se urce de zeci de ori în timpul construcției. Macaralele de pe Burj Khalifa (828 m) au urcat la înălțimi care depășesc 600 m deasupra nivelului solului în fazele de construcție a etajului superior.
Pentru clădirile foarte înalte, macaralele sunt, de asemenea, legate de structura clădirii la intervale regulate - de obicei la fiecare 30-50 m de înălțime de catarg de sine stătătoare - folosind legături de catarg or construirea ancorelor : cadre de oțel sudate sau înșurubate pe cadrul structural sau pe pereții miezului care sprijină lateral catargul macaralei împotriva sarcinilor vântului. Aceste legături permit macaralei să fie mult mai înaltă decât ar permite capacitatea sa de sine stătătoare și sunt proiectate și certificate ca elemente structurale ale pachetului de lucrări temporare.
Istoria macaralelor turn: de la roțile romane la control digital
The istoria macaralelor turn este un arc de 2.000 de ani de la mașinile de lemn alimentate de oameni la structurile din oțel controlate digital capabile să ridice de la 100 de tone la 800 de metri.
Romanii foloseau macarale din lemn cu roți de rulare - tobe mari de lemn plimbate de sclavi sau muncitori - pentru a ridica blocuri de piatră în timpul construcției templului și apeductului. Constructorii de catedrale medievale au extins acest principiu cu stâlpi de gin și picior de forfecare pentru a ridica turnuri de piatră și a plasa elemente sculptate. Aceste mașini funcționau pe aceleași principii fundamentale ca și macaralele moderne: avantaj mecanic prin multiplicarea scripetelor și mișcarea de rotație transformată în ridicare verticală.
Prima macara turn modernă recunoscută - o mașină cu catarg fix cu braț orizontal rotativ și palan electric - a apărut în Germania la începutul secolului al XX-lea, dezvoltată pentru a servi expansiunii rapide a construcțiilor industriale și rezidențiale în Weimar și perioadele postbelice. Liebherr, fondată în 1949 de Hans Liebherr în Kirchdorf an der Iller, Bavaria, a jucat un rol determinant în comercializarea macaralei turn în Europa odată cu introducerea TK 10 în 1949 - o macara turn transportabilă care putea fi ridicată fără o macara de asistență separată, deschizând tehnologia contractanților și șantierelor mai mici.
Anii 1960 și 1970 au văzut o dezvoltare rapidă a sistemelor de auto-cățărare, clase de capacitate mai mari și răspândirea utilizării macaralelor turn din Europa către industriile de construcții din întreaga lume. Introducerea sistemelor de antrenare cu convertizor de frecvență în anii 1980 și 1990 a transformat controlabilitatea macaralei, înlocuind funcționarea sacadată la viteză treptă cu o mișcare lină, cu viteză variabilă, care a redus dramatic oscilația sarcinii și oboseala operatorului. Sistemele anti-coliziune - folosind transpondere radio și zone limită programabile - au devenit standard în anii 1990 și 2000, deoarece proiectele de construcție urbană necesitau în mod obișnuit mai multe macarale care funcționează în zone de rază suprapuse.
Macaralele turn din generația actuală încorporează indicatori de moment de încărcare cu afișaj digital în timp real, telemetrie de monitorizare de la distanță care transmite date operaționale către compania de închiriere și către managementul șantierului, capacitate opțională de operare la distanță și, din ce în ce mai mult, asistență la ridicare semi-autonomă sisteme care utilizează GPS, laser și măsurători inerțiale pentru a amortiza balansul cârligului și pentru a ajuta la plasarea cu precizie. Inginerie fundamentală nu s-a schimbat - palan, cărucior, rotire - dar precizia, siguranța și transparența datelor ale mașinii moderne sunt ordine de mărime peste ceea ce era posibil chiar și acum 30 de ani.
Demontarea macaralei turn: cum coboară macaraua
Demontarea unei macarale turn - inversul montajului - prezintă o provocare logistică care este adesea subestimată în planificarea proiectului. Odată ce o clădire este în mare măsură închisă, macaraua care a servit construcției acesteia nu poate fi pur și simplu ridicată de sus. Macaraua trebuie să coboare inversă secvenței sale de urcare, îndepărtând secțiuni de catarg de sus până când catargul este suficient de scurt pentru ca o macara mobilă să demonteze brațul și ansamblul superior la nivelul solului.
Pe o clădire în care macaraua s-a urcat în interiorul miezului structural - o configurație comună pe clădirile înalte cu miez de beton, unde macaraua se află în golul miezului de serviciu - faza finală de dezmembrare necesită ca macaraua să fie redusă la componente suficient de mici pentru a fi coborâte de o macara internă mai mică sau de ridicare printr-o deschidere special formată în structura podelei finalizată. Această deschidere, numită a gaura de salt al macaralei , este proiectat în desenele structurale de la început și este ulterior umplut cu un panou de umplutură din beton odată ce macaraua este îndepărtată.
Planificarea demontării macaralei începe în etapa de proiectare a proiectului - nu la finalizarea practică. Secvența de îndepărtare a ancorajului legat, lucrările temporare pentru gaura de salt și accesul cu macaraua mobilă la nivelul solului sunt toate programate ca activități de traseu critic în programul de închidere a proiectului. În cazul proiectelor urbane complexe cu mai multe macarale urcatoare și acces îngust pe stradă, planificarea demontării macaralei poate fi la fel de solicitantă din punct de vedere tehnic ca și montarea inițială.
