Tìm hiểu về Cần trục tháp

Cần trục tháp hay còn gọi là cần cẩu tháp (gọi tắt là cần cẩu) giữ vị trí số một trong các thiết bị nâng dùng trong xây dựng. Cần trục tháp là thiết bị nâng chủ yếu dùng để vận chuyển vật liệu và láp ráp trong các công trình xây dựng dân dụng, xây dựng công nghiệp, các công trình thủy điện…. Cần trục tháp có vị trí rất quan trọng trong các thiết bị nâng dùng trong xây dựng. Cần trục tháp là thiết bị nâng chủ yếu dùng để vận chuyển vật liệu và lắp ráp trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, các công trình thủy điện. Cần trục tháp có đủ các cơ cấu nâng hạ vật, thay đổi tầm quay với, quay và di chuyển. Cần trục tháp có thể vận chuyển hàng trong khoảng không gian phục vụ lớn, kết cầu hợp lí, dễ tháo lắp, tính cơ động cao. Tải trọng của cần trục tháp thay đổi theo tầm với. Thông số đặc trưng cơ bản của cần trục tháp là momen tải trọng và phụ thuộc vào tải trọng nâng và tầm với. Trong xây dựng người ta thường sử dụng cần trục tháp có tải trọng nặng từ 3-10 tấn, tầm với 25m, chiều cao nâng đến 50m. Để xây dựng các nhà cao tầng, các tháp có độ cao lớn người ta phải cố định cần trục tháp neo vào công trình. Trong xây dựng nhà cao tầng không thể sử dụng các cần trục tháp di chuyển trên ray vì không đảm bảo ổn định cho cần trục. Trong trường hợp này người ta thường sử dụng loại cần trục tháp cố định có đầu quay, tháp được neo vào công trình và theo chiều cao của công trình, tháp được nối them các đoạn chế tạo sẳn để tăng chiều cao tầng. Trong giai đoạn đầu khi công trình có độ cao chưa lớn, có thể dùng cần trục di chuyển trên ray, loại có đầu quay và tháp không quay. Khi công trình xây cao, người ta cố định tháp lại và neo vào công trình, tháp tựa trên bệ móng dành riêng cho cần trục hoặc móng của công trình. Việc neo cẩu tháp vào công trình có rất nhiều phương pháp. An toàn nhất làtheo sự hướng dẫn của nhà chế tạo thiết bị (theo CATALOG của máy). Trường hợp đặc biệt phải tính kết cấu chịu lực của hệ giằng neo, Thân cẩu tháp và khả năng chịu lực của kết cấu công trình. Cần cẩu tháp tự nâng đứng cố định, phải neo chặt vào công trình khi độ cao thân tháp vượt quá 30 – 40 m. Sau khi lắp đặt kết cấu neo thứ nhất xong, khi thân tháp tăng cao mỗi đợt từ 14 - 20m cần neo 1 lần vào công trình. Mỗi cần cẩu neo cần phải có 3 - 4 điểm neo trở lên. Trong xây dựng người ta thường sử dụng cần trục tháp có tải trọng nặng từ 3-10 tấn, tầm với 25m, chiều cao nâng đến 50m. Để xây dựng các nhà cao tầng, các tháp có độ cao lớn người ta phải cố định cần trục tháp neo vào công trình. Bố trí các điểm neo, thiết kế và bố trí hệ các thanh neo, là một yêu cầu quan trọng. Khi lắp đặt thiết bị neo, nên lợi dụng gián đoạn thi công để tiến hành công việc, thiết bị neo phải tuyệt đối giữ vị trí nằm ngang và góc nghiêng tối đa của các thanh neo ≤ 10oQuá trình nối tháp được thực hiện như sau: Đoạn tháp trên cùng được cố định với cột lắp dựng 2 và tháo các liên kết giữa đoạn tháp trên cùng với phần tháp dưới. Nâng đoạn tháp 4 cần nối them lên bằng móc treo và cơ cấu nâng của cần trục và treo vào neo trượt Dùng tời lắp dựng 7 nâng cả phần trên của cần trục lên một đoạn bằng chiều dài của đoạn tháp cần nối thêm 4. Đưa đoạn tháp 4 vào khoảng trống giữa phần trên và dưới tháp theo ray trượt 3 và liên kết đoạn tháp 4 với cả phần trên va dưới tháp. Cốt lắp dựng thường được chế tạo dưới dạng dàn bao quanh cả bốn mặt tháp, chỉ để hở mặt trước để có thể đưa đoạn tháp nối thêm vào. Hiện nay người ta thường dùng xilanh thủy lực để nâng phần trên của cần trục thay cho tời lắp dựng và hệ thống palăng. Do đó có thể nối thêm tháp ở độ cao thấp hơn. Tuy nhiên, với xilanh thủy lực thì chiều dài đoạn tháp nối thêm thường nhỏ. Một số cần trục có tháp và đoạn trên lồng vào nhau kiểu ống lồng. Kết cấu này cho phép nối thêm tháp để tăng chiều cao mà không cần cột lắp dựng và động tác tháo liên kết giữa hai đoạn tháp trên cùng trước khi nâng. Hình 2 là phương án đoạn trên cùng có tiết diện lớn hơn lồng ngoài tháp của hãng Potain. Trình tự như sau: dùng móc treo của cần trục nâng đoạn tháp cần nối thêm lên (h.2a); treo đoạn tháp này vào ray trượt (h.2b); dùng xilanh thủy lực nâng phần trên của cần trục lên một đoạn bằng chiều dài đoạn tháp cần nối (h.2c); đưa đoạn tháp cần nối thêm vào khoảng trống giữa phần trên và phần tháp cố định (h.2d); liên kết bằng bulông đoạn tháp mới nối với phần tháp cố định phía dưới (h.2e). Ngoài ra có một số cần trục tháp có kết cấu phần chân tháp dưới dạng cổng để có thể nối thêm và trượt tháp từ phía dưới. Trình tự tương tự như cần trục tháp có đầu quay. Việc trượt tháp từ phía dưới đòi hỏi cơ cấu lắp dựng hoặc xilanh thủy lực phải có công suất lớn và kết cấu hệ thanh giằng vào công trình phức tạp hơn. Tuy nhiên, quá trình trượt đảm bảo an toàn hơn do mọi thao tác và công tác chuẩn bị đều ở dưới đất. Quá trình chuẩn bị có thể tiến hành trong thời gian cần trục làm việc, rút ngắn thời gian lắp dựng. Sử dụng hợp lý cần cẩu tháp trong thi công nhà cao tầng ở Việt Nam Vấn đề khó khăn mà thi công nhà cao tầng cần phải giải quyết là: Cao trình và khối lượng vận chuyển thẳng đứng lớn, lưu lượng dày đặc; quy cách, số lượng vật liệu xây dựng và thiết bị lớn, công nhân lên xuống nhiều, lưu lượng đi lại cao; thời gian thi công gấp, mặt trận công tác phức tạp, nặng nề... Vì vậy để thi công nhà cao tầng được thuận lợi và đạt hiệu quả kinh tế cao, phải giải quyết tốt những khó khăn trên. Một trong những vấn đề mấu chốt là lựa chọn máy móc và công cụ thi công chính xác, thích hợp và sử dụng chúng một cách hợp lý , trong đó cần cẩu tháp là quan trọng nhất, quyết định tới tiến độ thi công công trình. Để sử dụng tốt cần cẩu tháp khi thi công xây dựng nhà cao tầng ở Việt Nam, cần quan tâm những vấn đề sau: 1. Chọn các thông số kỹ thuật cơ bản của cần cẩu tháp Thông số kỹ thuật cần thiết khi chọn cẩu gồm: sức nâng, mô men cẩu, tầm với, chiều cao nâng móc cẩu lớn nhất, khả năng vượt dốc của cần trục, trọng lượng cần trục, tốc độ làm việc của cần trục tháp. Những thông số kỹ thuật cần thiết khi chọn cẩu sao cho phù hợp với điều kiện làm việc cụ thể. 2. Lựa chọn cần cẩu tháp Các nhân tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn cẩu tháp gồm: hình dáng mặt bằng, số tầng, chiều cao mỗi tầng; tổng khối lượng; tiến độ thi công; điều kiện nền móng và khu vực thi công, điều kiện giao thông hiện trường, cung ứng phục vụ cẩu của đơn vị và các yêu cầu hiệu quả kinh tế khác. Để chọn cần cẩu tháp hợp lý nhất cần tuân thủ các bước sau: Bước 1: Căn cứ đặc điểm của công trình, khối lượng và công nghệ thi công để chọn loại cẩu. Bước 2: Chọn đúng máy cẩu theo chế độ làm việc. Bước 3: Chọn các thông số kỹ thuật của máy cẩu cho phù hợp với điều kiện làm việc thực tế. Bước 4: So sánh các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật để chọn cần cẩu thoả mãn yêu cầu. a. Chọn thông số kỹ thuật hợp lý Các thông số kỹ thuật chủ yếu của cần cẩu tháp là: bán kính, chiều cao nâng cẩu, sức cẩu, mô men cẩu và tốc độ công tác. * Bán kính (R): khi lựa chọn chú ý tới 2 vấn đề: chiều dài tính toán, diện tích của mặt trận công tác cẩu tháp. Nhà có hình dáng đơn giản chỉ cần bố trí một cần cẩu tháp tự nâng, nhưng nếu nhà có hình dáng lớn, phức tạp mà thời hạn lại gấp thì cần bố trí hai chiếc hoặc nhiều hơn. * Sức cẩu (Q): sức cẩu định mức tối đa khi tầm với tối đa rất quan trọng, với nhà bê tông đổ tại chỗ, dựa vào trọng lượng tối đa của thùng bê tông và yêu cầu khi tầm với tối đa để xác định sức cần cẩu cần, thường lấy bằng 1,5 – 2,5 tấn; Với nhà tấm lớn lắp ghép toàn bộ, sức cẩu khi biên độ tối đa lấy trọng lượng tấm tường ngoài tối đa, với nhà kết cấu thép lấy trọng lượng của kết cấu nặng nhất làm căn cứ tính toán. * Mô men cẩu (MT): với nhà cao tầng bê tông cốt thép, mô men cẩu khi tầm với tối đa và với nhà cao tầng thép, mô men cẩu khi trọng lượng cẩu tối đa phải phù hợp yêu cầu thi công. * Chiều cao cẩu (H): chiều cao cẩu là một tham số chính quan trọng, khi các tham số khác lý tưởng, tính năng kỹ thuật ưu việt nhưng chiều cao cẩu không hợp lý, vẫn không đạt yêu cầu. Chọn chiều cao cẩu cho cần cẩu để thi công cũng như tham số tầm với phải thông qua vẽ sơ đồ và tính toán để xác định. * Tốc độ làm việc: gồm: Tốc độ nâng, hạ hàng; Tốc độ quay cần trục; Tốc độ di chuyển; Tốc độ thay đổi tầm với và kích thước bao. Thông số kỹ thuật ảnh hưởng nhiều đến việc chọn và bố trí tổng mặt bằng thi công, đến năng suất ca máy, còn rất quan trọng đối với công tác an toàn lao động. Vì thế khi lựa chọn cẩu tháp, cần tìm hiểu toàn diện và so sánh tham số tốc độ công tác của cần cẩu. b. Năng suất ca máy cần cẩu tháp Năng suất ca máy P của cần cẩu tháp thường tính toán theo công thức: P = 8 * Q * n * Kq * Kt (T/ca) Trong đó: Q - Sức nâng của cần cẩu tháp; n - số lần cẩu trong một giờ Kq - Hệ số lợi dụng trọng lượng định định mức của cần cẩu tháp, Kq < 1 Kt - Hệ số lợi dụng thời gian công tác: xét về thời gian gián đoạn kỹ thuật khi lập biện pháp tổ chức thi công, do công nghệ thi công và do yêu cầu của mặt trận công tác hoặc do yếu tố môi trường, Kt < 1. c. Sử dụng hợp lý cần cẩu tháp * Cần cẩu tháp tự nâng đứng cố định: Ưu điểm: phù hợp với mọi hình dáng kiến trúc và nhu cầu thay đổi chiều cao tầng; Không ảnh hưởng đến việc điều độ thi công; Lắp ráp, tháo dỡ thuận lợi; không trở ngại tầm nhìn và thao tác của người điều khiển máy và năng suất cao. Bất lợi gồm: Ảnh hưởng trang trí mặt ngoài của công trình; Cần nhiều đốt thân tháp tiêu chuẩn và một số trang thiết bị neo nhất định, làm tăng giá thành và chi phí cho mỗi ca máy. * Cần cẩu tháp kiểu leo trong: Nhược điểm là để lại lỗ hổng sau khi tháo cẩu phải gia cường và lấp lại, ảnh hưởng đến việc bố trí thi công trong nhà; Tháo lắp phức tạp, chi phí tháo dỡ lớn; Tầm nhìn của người lái máy bị vướng, không lợi cho việc nâng cao hiệu suất của cẩu. Ưu điểm là chiếm ít không gian thi công, rất phù hợp với hiện trường chật hẹp; Có thể dùng các tầm với nhỏ để thi công bình thường; Giá thành hạ, chi phí cho một ca máy rẻ (tiết kiệm khoảng 25 - 40%); Tiết kiệm được số lượng đốt thân tháp. Vì thế, đối với nhà cao tầng từ 18 - 25 tầng, khi hình dáng đơn giản, diện tích tầng nhà không lớn, chọn cần cẩu tháp leo trong để thi công. Đối với loại nhà 25 - 30 tầng, về mặt hiệu quả kinh tế mà xét, thì việc chọn cần cẩu tháp kiểu leo trong để thi công là cách chọn tốt nhất. 3. Vị trí đặt cần cẩu tháp Vị trí đặt cần cẩu tháp hợp lý phải thoả mãn các yêu cầu: tầm với và sức cẩu để thi công nền móng, thi công bộ phận trên mặt đất và phải kể đến tầm với và sức cẩu dự trữ; Có đường đi vòng, tiện cho ô tô, cần cẩu bổ trợ khác đi vào hiện trường; Vị trí đặt cẩu tháp phải gần cầu dao điện; Phải trừ lại không gian đủ rộng cho việc tháo dỡ cẩu và vận chuyển phụ kiện ra khỏi công trường; Nếu đồng thời lắp 2 cần cẩu tháp, phải chú ý phân chia điện công tác, đồng thời phải có biện pháp đề phòng cản trở lẫn nhau cũng như tai nạn lao động. Ngoài ra khi chọn vị trí đặt cần cẩu còn phải cân nhắc giữa phương án chạy trên ray hay cố định. 4. Kết cấu nền mòng cho cần cẩu tháp * Kết cấu nền móng đường ray cho cần cẩu tháp chạy trên ray. Nền móng đường ray cho cẩu phải được tính toán cẩn thận và cần thực hiện nghiêm ngặt các điểm sau: nền móng đường ray qua chỗ đất yếu phải được gia cố thích hợp. Nền móng ở chỗ tháp dừng cố định cần lèn, đầm một cách đặc biệt, đồng thời gia cố bằng các lớp bê tông với bề dày phù hợp để tránh lún không đều; Khi dựng tháp, phải đảm bảo cự ly và không gian an toàn giữa móng đường ray và mép hố móng của công trình; Phải có biện pháp thoát nước, đảm bảo nước rút hết ngay sau khi mưa. * Kết cấu móng bê tông cho cẩu tháp đứng cố định Cẩu tháp kiểu cố định có lắp giá để đi lại dùng các khối bê tông cốt thép làm móng lắp ghép, khi không lắp giá để đi lại thì phải dùng móng bê tông cốt thép toàn khối. Khi lắp cẩu tháp cạnh hố móng sâu, cần xác định vị trí của móng cẩu một cách thận trọng và phải trừ một mái dốc đầy đủ. 5. Neo giữ cần cẩu tháp tự nâng đứng cố định Cần cẩu tháp tự nâng đứng cố định, phải neo chặt vào công trình khi độ cao thân tháp vượt quá 30 - 40 m. Sau khi lắp đặt kết cấu neo thứ nhất xong, khi thân tháp tăng cao mỗi đợt từ 14 - 20m cần neo 1 lần vào công trình. Mỗi cần cẩu neo cần phải có 3 - 4 điểm neo trở lên. Bố trí các điểm neo, thiết kế và bố trí hệ các thanh neo, là một yêu cầu quan trọng. Khi lắp đặt thiết bị neo, nên lợi dụng gián đoạn thi công để tiến hành công việc, thiết bị neo phải tuyệt đối giữ vị trí nằm ngang và góc nghiêng tối đa của các thanh neo ≤ 10o. 6. Kích nối cao, nâng leo và tháo dỡ cần cẩu tháp tự leo * Kích nâng nối cao cần cẩu tháp Kích nâng và nối cao của cẩu tháp kiếu neo: kích nâng và nối cao của cẩu tháp kiểu đeo theo cần bố trí vào khoảng thời gian gián đoạn trong dây chuyền thi công. Kích nâng và nối cao của cẩu tháp kiểu leo trong: cần cẩu tháp kiểu leo trong thông thường nâng leo hai tầng nhà một lần. * Tháo dỡ cần cẩu tháp Tháo dỡ cần cẩu tháp kiểu neo: Việc tháo dỡ cần cẩu tháp tiến hành ngược lại so với quá trình nối cao. Tháo dỡ cần cẩu tháp kiểu leo trong: là một công đoạn phức tạp và phải thao tác trên cao nên gặp nhiều khó khăn, vì vậy cần thực hiện chu đáo cẩn thận. 7. Tính ổn định của cần trục tháp (chống lật) Để cần trục làm việc an toàn, phải đảm bảo cho chúng đứng vững (ổn định), cần tránh trước bất kỳ trường hợp nào có thể làm cho chúng bị lật đổ, kể cả các trường hợp đặt tải bất lợi nhất. Hệ số ổn định bản thân của cần trục theo quy định hiện hành của Việt Nam là: k2 ≥ 1,15. Đối với cần trục di động quay toàn vòng, phải kiểm tra tính ổn định của cần trục khi mở máy hoặc phanh cơ cấu quay, để tránh cho cần trục không bị lật dưới tác dụng của các lực quán tính. Tóm lại, hệ số ổn định k theo quy định hiện hành của Việt Nam là k ≥ 1,15. 8. Một số mâu thuẫn giữa tính năng kỹ thuật cần cẩu tháp với nhu cầu thi công và cách giải quyết a. Nhu cầu tiến độ vượt quá năng suất của cần cẩu Mâu thuẫn này có nhiều biện pháp giải quyết: tăng thời gian làm việc trong một ca hoặc tăng số ca làm việc trong một ngày (có thể giải quyết được 110% đến 300% nhu cầu). Sử dụng công cụ hỗ trợ như thang tải, tời nâng hàng, bơm bê tông... và các phương tiện vận chuyển nằm ngang trên cao. Chọn cần cẩu khác có năng suất phù hợp; b. Mâu thuẫn giữa tính năng kỹ thuật cần cẩu tháp và nhu cầu thi công Trong thực tiễn thi công, về tính năng kỹ thuật của cần cẩu tháp thường gặp hai loại mâu thuẫn cơ bản trên và có ba cách giải quyết như sau: * Cách 1: Về tổng thể, tính năng kỹ thuật của cần cẩu tháp phù hợp yêu cầu thi công, nhưng bị hạn chế bởi một vài nguyên nhân (như vị trí của cần cẩu tháp cố định không thể xê dịch hoặc có chướng ngại vật không thể tránh được...), ở góc cạnh xa nhất trong mỗi tầng nhà có một hay một số điểm cẩu vượt quá năng lực cẩu định mức của cần cẩu tháp . Gặp loại mâu thuẫn này, thường có mấy biện pháp khắc phục: thay đổi thiết kế, giảm nhỏ kích thước, giảm trọng lượng cấu kiện để không vượt quá trọng lượng cẩu định mức. Việc này thực hiện được, nhưng phiền hà và tốn kém, đồng thời phải được sự đồng ý của đơn vị thiết kế; Đổi việc đúc sẵn thành đổ tại chỗ và thiết kế thùng chứa vật liệu đặc biệt để không vượt quá trọng lượng cẩu định mức. Tìm cách nâng cao năng lực cẩu để thích ứng yêu cầu cẩu lắp. Trong các biện pháp trên thì biện pháp nâng cao năng lực cẩu là tốt nhất. * Cách 2: Trong thực tiễn thi công, do đặc thù của thiết kế cẩu tạo kiến trúc, yêu cầu độ cao tầng nhà tương đối lớn, có thể xuất hiện mâu thuẫn về nhu cầu độ cao nâng cẩu phần trên không đáp ứng được, tùy trọng lượng cẩu, mô men cẩu, tầm với cùng các tham số khác của cần cẩu tháp kiểu chạy ray vẫn thoả mãn yêu cầu sử dụng. Cách giải quyết mâu thuẫn đó là: đổi dùng loại cẩu tháp khác thích hợp với công trình; Đổi kiểu chạy trên ray bằng cần cẩu tháp kiểu neo, bố trí một đường neo chặt để tăng tổng chiều cao của móc cẩu. * Cách 3: Thông qua việc tiếp cao thân tháp để tăng thêm chiều cao nâng cẩu sẵn có của tháp, từ đó dùng sức người để đẩy vật cẩu đến vị trí cần thiết. Lực đẩy được tính toán và được tra theo chương trình được lập sẵn. Nguồn: TC Xây dựng số 2/2008 Cầu trục tháp ở trạng thái nghỉ có thể bị lật do đối trọng, do gió. Nhưng khi thiết kế và lắp đặt cầu trục tháp, người ta luôn phải tính đến Momen chống lậtKhi đó độ ổn định được xác định bằng công thức:k= Momen chống lật / momen lật do đối trọng < 1,1Cầu trục tháp có ưu điểm là khả năng tự ổn định, chiếm diện tích nhỏ nhưng tay với lớn, tự di động linh hoạt nên vùng hoạt động rộng, độ cao nâng vật lớn. Nhưng cầu trục tháp có kết cấu phức tạp, tháo lắp và di chuyển khó khăn, chỉ đem lại hiệu quả khi khối lượng công tác lớn