Métodos de construcción de estructuras de acero de gran luz: Elegir el enfoque correcto

Para un techo o puente de acero de gran luz, el método de construcción es a menudo la decisión más importante en el proyecto más que los tamaños de los miembros, porque dicta las grúas, las obras temporales, el horario y el perfil de riesgo. Un tronco de techo de 100 metros se puede montar en el suelo y levantar todo, erigido como bloques por una grúa pesada de arrastre, o empujado a través del sitio por jacks hidráulicos. Cada método es válido; cada uno es correcto para un conjunto diferente de condiciones del sitio, y elegir incorrectamente puede agregar meses y un costo sustancial.

Esta guía compara los principales métodos de erección utilizados para estructuras de acero de gran luz rejilla espacial, troncos de tuberías, marcos de portal y puentes y explica los criterios de ingeniería que rigen la elección: capacidad de grúa disponible, acceso al sitio, altura sobre el suelo, exposición al viento, ventana de construcción y control de tolerancia. Expandir el aeropuerto internacional de Guangzhou Baiyun en la fase III el techo, erigido con un levantamiento integral a gran escala.

1. Asamblea en tierra con elevación integral

En el levantamiento integral (también llamado levantamiento integral o el "ensamblaje integral del suelo, levantamiento integral" método), todo el techo o una parte importante de él se monta a nivel del suelo en soportes temporales, luego se eleva a su posición final utilizando jacks hidráulicos sincronizados o jacks de hebra. El techo de la Fase III del Aeropuerto Internacional de Guangzhou Baiyun es un ejemplo histórico de este enfoque a gran escala: una cubierta de techo de acero masiva montada en el suelo y levantada por un sistema de jacking sincronizado, que redujo drásticamente la capacidad de grúa requerida y mejoró la calidad de soldadura y montaje a nivel del suelo.

El método funciona cuando el suelo alrededor del edificio puede albergar camas de montaje temporales.

• Calidad: la mayoría de las soldadas y los pernos se realizan a nivel del suelo, donde el acceso, la inspección y el control de calidad son sencillos.
• La demanda de grúas: El levantamiento de una estructura completa requiere menos puntos de elevación que una grúa de capacidad comparable los jacks sincronizados comparten la carga en 840 puntos de elevación.
• Seguridad: Los erécticos pasan mucho menos tiempo trabajando a altura en miembros sueltos.

El contenido de ingeniería es el sistema de elevación en sí: el diseño del punto de elevación debe mantener la deformación de la estructura dentro de límites elásticos durante el levantamiento (normalmente los controles de desviación son de L/400 a L/500 para las redes sensibles), el sistema de jacking debe ser sincronizado dentro de unos pocos milímetros entre los puntos, y las torres y anclas de elevación temporales deben estar diseñadas para el peso elevado más factores dinámicos.

2. Bloquear la erección por grúa

La construcción de bloques (o unidades) divide el techo o el marco en bloques preensamblados, cada uno de los cuales pesa de varias toneladas a cientos de toneladas, que luego se elevan a su posición por grúas móviles o de arrastrador. Este es el enfoque estándar para los edificios industriales, centros de convenciones y segmentos de techo del estadio con extensiones de hasta aproximadamente 6080 m.

Tipo de estructura	Peso típico de bloque	Capacidad típica de grúa	Criterio de gestión
Cuadro de portal, con una extensión de 30 40 m	28 t	Grúa móvil de 50100 t	Radios de elevación y longitud del boom
Techo de rejilla, de 4080 m de luz	1560 t	Grúa de arrastrador de 150300 t	Bloqueo de rigidez durante el levantamiento
Cachos o arcos, de 80120 m de luz	60200 t	400800 t de arrastradores/garantes	Capacidad de elevación de la carga; estabilidad

El cálculo de la selección de grúa no es simplemente "peso de bloque más slings". El número de gobierno es el producto de la carga, radio y altura del boom: un bloque de 40 t levantado a un radio de 30 m por un boom de 80 m requiere una máquina mucho más grande que la carga útil por sí sola sugiere típicamente 250400 t clase. Cada plan de erección de bloque debe incluir un estudio de levantamiento tabulando el peso, centro de gravedad, rigging, radio y utilización por configuración de grúa, revisado para el viento y para la rigidez de la estructura bajo su propio peso en la configuración levantada.

3. Deslizamiento acumulativo y lanzamiento incremental

El deslizamiento hidráulico (también llamado deslizamiento acumulativo o lanzamiento incremental) monta la estructura en un extremo del sitio en un lecho de montaje fijo y progresivamente la desliza o lo lanza hacia la posición final. El método ha movido techos de más de 200 m y puentes de 500 m o más. El techo del aeropuerto de Guangzhou Baiyun y muchos techos de estaciones de gran luz han utilizado variantes de esta técnica donde la erección en su lugar era imposible sobre áreas operativas.

El principio de funcionamiento: la estructura se monta en secciones, cada sección se empuja hacia adelante en rodamientos de acero inoxidable de Teflon o sistemas de rodillos, y la siguiente sección se monta detrás de ella por lo tanto "cumulativo". Para las estructuras de techo, la cama de montaje se encuentra en el suelo o en torres temporales; para los puentes, la nariz de lanzamiento guía la cubierta a los muelles. La fricción se supera por jacks hidráulicos que actúan sobre la estructura o por sistemas de tirón de jacks de hebra, con computadoras que sincronizan múltiples jacks para evitar la inclinación.

El deslizamiento tiene tres limitaciones de ingeniería que requieren atención especialista:

• Tribología: Los coeficientes de fricción Teflon-on-in-stainless funcionan en forma estática en 0,050,12 y dinámica en 0,030,06; el plan debe dimensionar los jacks para la peor combinación y prever la re-lubricación.
• Estabilidad durante el deslizamiento: la estructura debe estar sujetada a contrapuestas lateral y a viento durante el deslizamiento, cuando se sostiene en muchos puntos menos que en servicio.
• Tolerancia de alineación: para deslizarse 200 m mientras se mantiene dentro de los milímetros se requieren rieles de guía, controles de inspección y correcciones en los soportes.

El deslizamiento de techo es más valioso cuando la huella del edificio ya está ocupada por ejemplo, la construcción de un techo terminal sobre una estación de tren o una zona del aeropuerto en funcionamiento.

4. Erécimiento de clavicorros para puentes

La erección de la clavícula construye un puente de acero desde cada muelle hacia la mitad del espacio, con la parte erigida que actúa como un clavícula temporal hasta que los segmentos se encuentran. Elimina la necesidad de falsificaciones que abarcan el agua, el valle o el tráfico por debajo de por lo que domina para los puentes de acero largos y para cruces sobre ferrocarriles y carreteras.

Cada segmento se eleva por un derrick o grúa montado en la parte terminada, conectado, y el cantilever avanzado. Debido a que un cantilever sólo puede alcanzar aproximadamente 1.52.0 veces su propia capacidad de carga muerta antes de derribar, se utilizan sistemas de estancia temporal o arreglos de contrapeso para períodos muy largos. El método requiere un control meticuloso de la geometría de la erección: debido a que la desviación se acumula con cada segmento, el preestablecido o "camber de erección" debe ser calculado y medido en cada etapa, y los huecos de cierre en la mitad de la extensión se cierra típicamente utilizando un procedimiento de jacking o desplazamiento forzado para establecer el perfil final.

En el caso de los puentes de acero, se prefieren conexiones de alta resistencia con perforación en las juntas de montaje, lo que permite el desmonte para el transporte y el trabajo de campo rápido. puentes de acero que fabricamos en toda la industria.

5. Asamblea suelta en altitud alta vs. instalación de unidad

Cuando el montaje en tierra es imposible por ejemplo, una bahía interior del techo sobre una planta operativa los ingenieros vuelven a montar en su lugar a la altura.

Criterio	Envases de alta altura	Instalación de unidad (bloqueo)	Efectos en el proyecto
Trabajo en el lugar a altura	Altos cada articulación hecha en el aire	Bajo — uniones cerradas sobre bloques izados	Horario de trabajo y exposición a la seguridad
Requisitos de grúa	Los ascensores más pequeños, muchos de ellos	Menos y más pesados	Costo de los equipos y diseño del sitio
Soldadura en tienda vs soldadura de campo	Más pernos de campo; suele ser soldadura de campo	Soldadura concentrada en bloques de fábrica	Consistencia en la calidad y productividad
Rango de duración típico	Cualquier, pero favorecido para redes complejas	3090 m estructuras de tejado y marco	Horario y presupuesto de los costes

La tendencia de la industria es inequívoca: la unificación. Los bloques soldados en fábrica y preensamblados reducen la soldadura de campo, reducen el horario y mejoran la calidad pero exigen que los equipos de diseño, fabricación y erección coordinen las tolerancias desde el primer dibujo, porque un bloque que no encaja cuesta mucho más corregir que un miembro suelto.

6. Tolerancia a la erección y control de calidad

Las tolerancias de erección no son preferencias son valores de ingeniería vinculados al diseño. Criterios comunes de aceptación para estructuras de acero de gran ancho (según el código chino GB 50205 y alineados con la práctica EN 1090):

• Verticalidad de la columna: H/1000, con un límite absoluto de 25 mm típicamente para columnas de hasta 25 m; para columnas más altas, las escalas límite son proporcionales.
• Nivelidad del haz y del tronco: la desviación relativa al perfil de diseño dentro de la banda L/1000 o de una banda absoluta de 1015 mm para las líneas de acorde de celosía, según lo que sea aplicable.
• Posiciones de los nodos de la red: Planar la posición de los nodos de la red dentro de ±5 mm en los soportes y ±L/2000 en otras partes en muchas especificaciones.
• Enlace de conexión con bolsilla: Las conexiones de deslizamiento críticos tienen huecos de unión dentro de 0,51,0 mm, lo que hace necesario el ensamblaje previo en la fábrica.
• El total de la construcción: el desplazamiento máximo del marco completado dentro del 0,1% de la altura (H/1000) para la mayoría de los códigos.

El resultado práctico: las tolerancias se acumulan: una estructura construida a partir de tres bloques cada uno fuera del plano por 5 mm puede perder su envoltura por 15 mm aunque cada bloque "pasa". Es por eso que ensamblamos previamente grandes espacios en el taller con pernos de ensayo completos, marcamos las líneas de control y enviamos los datos de la encuesta al sitio.

7. Calculaciones de seguridad y elevación

La seguridad de la erección se diseña, no se administra.

• Verificación de la carga: el peso levantado deberá incluir la estructura misma, el montaje (sling, extensores, cadenas) y cualquier accesorio que comúnmente añada un 515% al peso desnudo.
• Factores dinámicos y de impacto: los códigos aplican un factor de amplificación dinámica (normalmente 1.11.3) para tener en cuenta la aceleración durante la recogida y la configuración; es común realizar una verificación de "1,25 × peso".
• Límites de viento: La mayoría de los procedimientos de elevación recubren el viento a 1012 m/s a la altura del gancho; los grandes techos planos se elevan a límites mucho más bajos (algunos a 6 m/s) porque su área de vela domina.
• Diseño de la manipulación: Los ángulos de sling inferiores a 60° de la tensión horizontal multiplicada un ángulo de sling de 30° duplica la carga de sling por lo que los vigas de dispersión son obligatorios para los ascensores amplios.
• Los cargas de tierra: La presión del ejector de la grúa en el radio más lejano determina los requisitos de empate; una grúa de 400 t en el radio completo puede superar los 500 kPa en el suelo, lo que exige un trabajo de ingeniería.

La Estación Antártica Ross Sea demuestra el caso extremo: una ventana meteorológica de 60 días en la que todo el marco de acero tuvo que ser erigido, sin posibilidad de rehacer durante varios meses. El diseño eliminó por completo la soldadura de campo, utilizando módulos enrollados que encajan dentro de las estrictas tolerancias establecidas por la estrategia de preensamblaje de la fábrica erección decidida en la etapa de diseño, no en el sitio. Ese es el principio para cada proyecto descrito en esta guía.

Puntos clave

• El montaje de tierra con elevación integral gana en calidad y horario Cuando el sitio tiene espacio para una cama de montaje los jacks sincronizados comparten la carga y minimizan el trabajo a la altura.
• La construcción de bloques es el factor de trabajo para las estructuras industriales y de tejado. la decisión de la grúa se basa en la carga × radio × altura de la explosión, no en la carga útil sola.
• Construcciones de movimiento acumuladas de deslizamiento y lanzamiento sobre los sitios ocupados Los techos superiores a 200 m y los puentes mucho más largos se construyen habitualmente de esta manera.
• La unificación supera el montaje suelto por calidad y velocidad, pero sólo cuando las tolerancias se coordinen desde el diseño hasta la fabricación hasta el sitio.
• Las tolerancias de erección (verticalidad H/1000, posiciones de la rejilla a nivel de mm) son valores diseñados, y el preensamblaje en fábrica es la única garantía fiable de la adaptación al campo.

Envía su tipo de estructura, extensión, limitaciones de sitio y flota de grúas disponibles, y nuestro equipo de ingeniería le recomendará una metodología de erección con un esquema de elevación y un horario. Contacta con nuestro equipo de ingeniería de erección o navegar por nuestro cartera de proyectos para ejemplos de cada método en servicio.