Cần cẩu được sử dụng để làm gì trong xây dựng?
Cần cẩu là phương tiện chính để di chuyển vật liệu theo chiều dọc và chiều ngang trên công trường. Chúng nâng kết cấu thép, tấm bê tông đúc sẵn, nhà máy cơ khí, ván khuôn và vật liệu lên độ cao và vị trí mà không thiết bị nào khác có thể đạt được về mặt kinh tế. Trên một địa điểm xây dựng cao tầng, cần trục tháp không phải là một trong nhiều lựa chọn để di chuyển tải trọng - nó là trung tâm vận hành của địa điểm và mọi hoạt động thương mại khác đều hoạt động theo lịch trình nâng của nó.
Các công việc cụ thể mà cần cẩu thực hiện trong thi công bao gồm: đặt dầm và cột thép trong quá trình lắp dựng kết cấu; định vị các tấm sàn bê tông đúc sẵn, cầu thang và các bộ phận mặt tiền; nâng nhà máy cơ và điện (máy làm lạnh, thiết bị xử lý không khí, máy phát điện) lên mái nhà hoặc cao độ nhà máy; di dời ván khuôn và giàn giáo khi việc xây dựng sàn tiến triển; và cung cấp bê tông cho các tầng không có máy bơm. Trong các dự án cơ sở hạ tầng dân dụng lớn - cầu, đập, nhà máy công nghiệp - cần cẩu còn có thể xử lý các thang máy hạng nặng đơn lẻ có thể nặng hàng trăm hoặc hàng nghìn tấn.
Năng suất của cần trục tháp được đo bằng chu kỳ nâng mỗi ca. Một cần cẩu tháp luffing-jib hiện đại trên một khu đô thị chật hẹp có thể hoàn thành 60–100 lần nâng năng suất mỗi ngày , mỗi vật liệu đại diện cho những vật liệu sẽ yêu cầu nhiều công nhân và hàng giờ để di chuyển thủ công. Chi phí cho thời gian ngừng hoạt động của cần cẩu - thường chỉ tính riêng chi phí thuê là 1.500–5.000 USD mỗi ngày, trước khi có hiệu ứng dây chuyền đối với các ngành nghề phụ thuộc - giải thích tại sao việc lập kế hoạch và lập kế hoạch cho cần cẩu được coi là hạng mục quan trọng trong lập trình xây dựng.
Cách thức hoạt động của cần cẩu: Kỹ thuật đằng sau thang máy
Cần cẩu tháp hoạt động bằng cách kết hợp ba hệ thống cơ khí - tời, xe đẩy (hoặc cơ cấu nâng) và xoay - để định vị tải trọng trong không gian ba chiều phía trên địa điểm. Việc hiểu cách thức hoạt động của từng hệ thống sẽ giải thích cả khả năng và giới hạn của máy.
Hệ thống Palăng
Palăng nâng và hạ tải bằng trống dây cáp được điều khiển bởi động cơ điện (thường là 30–132 kW tùy thuộc vào loại cầu trục) thông qua hộp số. Dây tời chạy qua puly ở đầu cần trục và xe đẩy và kết thúc ở khối móc. Tốc độ tời có thể thay đổi - nhanh khi di chuyển móc trống, chậm và có thể kiểm soát chính xác khi hạ cánh trong không gian hạn chế. Cần cẩu hiện đại sử dụng bộ truyền động biến tần cho phép tốc độ thay đổi vô hạn từ 0 đến tốc độ tời tối đa, thay thế các công tắc tơ tốc độ bậc cũ gây ra tải sốc dây và lắc lắc.
Xe đẩy và Jib
Trên cần cẩu tháp đỉnh phẳng hoặc đầu búa, xe con di chuyển dọc theo dây dưới của cần trục ngang dưới sự dẫn động của động cơ xe con. Di chuyển xe đẩy vào trong hoặc ra ngoài sẽ thay đổi bán kính làm việc mà không thay đổi chiều cao của móc - cho phép người vận hành định vị tải tại bất kỳ điểm nào trong khu vực quét của cần trục từ bán kính tối thiểu (thường là 2–3 m) đến bán kính tối đa (chiều dài cần trục đầy đủ, thường là 40–80 m trên cần cẩu lớn). Công suất nâng tối đa ở bán kính tối đa luôn thấp hơn đáng kể so với bán kính tối thiểu: một cần cẩu được định mức ở công suất tối đa 10 tấn chỉ có thể nâng 2–3 tấn ở bán kính tối đa, bởi vì mô men (lực × khoảng cách từ đường tâm cột) là hệ số giới hạn chứ không phải công suất động cơ thô.
Cơ chế xoay
Ổ trục xoay và động cơ truyền động xoay toàn bộ cấu trúc phía trên — cần trục, cần trục đối trọng, cabin và bệ máy — qua 360° xung quanh cột cố định. Tốc độ quay thấp (thường là 0,5–0,8 vòng / phút) và là yếu tố hạn chế về thời gian chu kỳ đối với thang máy yêu cầu hành trình góc lớn. Chấn lưu trên cần trục (khối bê tông đúc sẵn, thường nặng 10–30 tấn tùy thuộc vào loại cần cẩu) chống lại mômen của cần trục chịu tải và giữ cho cột ở dạng lưới bị nén thay vì bị uốn cong - đó là điều kiện kết cấu mà các phần cột được thiết kế để chịu đựng.
Các loại cần cẩu trong xây dựng: Hướng dẫn thực hành
Công trình xây dựng sử dụng một số loại cần cẩu riêng biệt, mỗi loại phù hợp với điều kiện địa điểm cụ thể, yêu cầu về tải trọng và thời gian thực hiện dự án. Sự lựa chọn giữa chúng là một quyết định hậu cần tại địa điểm cũng như một quyết định kỹ thuật.
Cần cẩu tháp đầu búa (xoay trên)
Loại cần cẩu tháp phổ biến nhất trong xây dựng thương mại và cao tầng trên toàn cầu. Cần trục ngang và cần phụ được gắn trên một vòng quay ở đầu cột, tạo nên hình dáng chữ T đặc trưng. Chiều dài cần trục thường dao động từ 40 đến 80 m và tải trọng tối đa từ 6 đến 20 tấn. Cần cẩu đầu búa yêu cầu bán kính quay rõ ràng đáng kể — toàn bộ cần trục quét 360° — điều này khiến chúng không phù hợp với các khu đô thị rất chật hẹp, nơi cần trục sẽ nhô ra khỏi các tòa nhà hoặc cơ sở hạ tầng lân cận.
Cần cẩu tháp Luffing-Jib
Cần trục luffing thay thế hành trình di chuyển của xe đẩy ngang bằng một cần trục nâng và hạ (luff) theo góc - từ gần ngang đến gần thẳng đứng - để thay đổi bán kính làm việc. Do cần trục quét lên trên chứ không phải theo chiều ngang nên cần khoảng sáng ngang ít hơn nhiều khi quay, khiến nó trở thành lựa chọn tiêu chuẩn cho các khu đô thị đông đúc, xây dựng tầng hầm và các dự án nơi nhiều cần cẩu phải hoạt động gần nhau mà không có nguy cơ va chạm. Sự đánh đổi là việc thay đổi bán kính chậm hơn (việc nâng cần cẩu mất nhiều thời gian hơn so với việc di chuyển bằng xe đẩy) và chi phí cần cẩu cao hơn.
Cần Cẩu Tháp Tự Lắp
Cần cẩu tháp nhỏ hơn (thường có công suất lên tới 6 tấn, cần trục 30–40 m) có thể được vận chuyển trên xe tải tiêu chuẩn và được lắp đặt bởi một đội nhỏ mà không cần cần cẩu di động, sử dụng cơ cấu gấp thủy lực tích hợp. Chúng được sử dụng trong các dự án xây dựng, cải tạo khu dân cư từ thấp đến trung bình và các địa điểm có chi phí và hậu cần cho việc lắp dựng toàn bộ cần cẩu tháp không tương xứng với quy mô dự án.
Cần cẩu di động (Mọi địa hình và bánh xích)
Cần cẩu di động không được cố định vào nền móng và có thể được định vị lại trong quá trình thực hiện dự án. Cần cẩu mọi địa hình di chuyển trên đường bằng chính sức lực của mình; cần cẩu bánh xích di chuyển trên đường ray và phù hợp với điều kiện nền đất mềm và sức nâng rất nặng. Cần cẩu di động được sử dụng để lắp dựng thép trên các kết cấu thấp tầng, thang máy nhà máy, lắp đặt bê tông đúc sẵn và bất kỳ ứng dụng nào mà cần trục tháp cố định không thể biện minh được. Đối với một thang máy rất nặng - đặt dầm cầu, dựng tháp giải nhiệt, lắp đặt nhà máy cơ khí hạng nặng - cần cẩu bánh xích lớn (công suất 500–3.000 tấn) thường là lựa chọn thực tế duy nhất.
Đơn vị bảo trì tòa nhà và cần cẩu Derrick
Cần cẩu Derrick là cần cẩu nhỏ gọn, công suất cao được thiết kế để leo lên bề mặt của một tòa nhà đã hoàn thiện, thường được sử dụng trên các kết cấu siêu cao mà cần cẩu tháp thông thường không thể tiếp cận các tầng trên một cách tiết kiệm. Các đơn vị bảo trì tòa nhà (BMU) phục vụ chức năng liên quan trên các tòa nhà đã hoàn thiện để tiếp cận mặt tiền và lau cửa sổ, nhưng không phải là cần cẩu xây dựng theo nghĩa chính.
| Loại cần cẩu | Công suất điển hình | Ứng dụng tốt nhất | Hạn chế chính |
|---|---|---|---|
| Cần cẩu tháp đầu búa | 6–20 phút | Khu thương mại cao tầng, mở | Yêu cầu khoảng trống xoay ngang hoàn toàn |
| Cần cẩu tháp Luffing-jib | 8–25 phút | Các khu đô thị dày đặc, nhiều cần cẩu | Thời gian chu kỳ chậm hơn, chi phí cao hơn |
| Cẩu tháp tự dựng | 1–6 phút | Khu dân cư thấp tầng, diện tích nhỏ | Chiều cao và sức chứa hạn chế |
| Cần cẩu di động mọi địa hình | 50–1.200 tấn | Thang máy đơn, lắp dựng thép, lắp đặt nhà máy | Áp lực chịu lực của mặt đất, không gian chân chống |
| Cần cẩu bánh xích | 100–3.000 tấn | Thang máy rất nặng, nền đất yếu | Vận tải đường bộ cần tháo dỡ |
Cẩu tháp Lắp dựng: Cách lắp ráp cần cẩu trên công trường
Lắp dựng cẩu tháp là một trong những hoạt động đòi hỏi kỹ thuật cao nhất trong lĩnh vực hậu cần xây dựng. Một cần cẩu tháp lớn đến công trường với 20–40 xe tải chở đầy các bộ phận — phần cột, tấm cần trục, cần trục, bệ máy, cụm xoay, cabin, khối dằn và bu lông neo móng — và phải được lắp ráp theo trình tự chính xác, thường là hơn 1–3 ngày đối với cần cẩu cỡ trung bình.
Trình tự cương cứng tuân theo một giao thức cố định:
- Chuẩn bị nền tảng: Một tấm móng bê tông cốt thép - thường có kích thước mặt bằng 5 × 5 m đến 8 × 8 m và sâu 1,5–2,5 m - được đúc bằng bu lông neo nhúng theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất cần cẩu. Nền móng phải đạt được cường độ thiết kế tối đa trước khi bắt đầu lắp dựng, thường cần bảo dưỡng trong 28 ngày.
- Cơ sở cột và lắp ráp xoay: Cần cẩu di động nâng (các) phần cột đế và bắt vít chúng vào cụm neo móng. Vòng xoay, bàn xoay và bệ máy sau đó được nâng lên và lắp ráp trên đỉnh cột trụ.
- Lắp ráp cần trục và phản cần: Cần trục ngang được lắp ráp thành từng phần trên mặt đất dọc theo cần trục, sau đó được nâng lên thành một bộ phận hoàn chỉnh bằng cần trục hỗ trợ di động và được bắt vít vào cụm xoay. Counterjib được lắp ráp và nâng lên riêng biệt. Khối dằn được tải lên cần trục trước khi cần được căng.
- Reeving và vận hành: Dây tời được kéo qua puly đầu cần trục và khối móc, tất cả các kết nối điện được thực hiện, công tắc giới hạn được đặt và cần trục được chịu tải dưới sự giám sát của đại diện nhà sản xuất cần trục hoặc thanh tra viên có trình độ trước khi đưa vào sử dụng.
Cần cẩu leo lên đỉnh các tòa nhà chọc trời bằng cách nào? Quá trình leo núi
Câu hỏi phổ biến nhất về cần cẩu tháp — làm thế nào để cần cẩu leo lên đỉnh các tòa nhà chọc trời — có một câu trả lời kỹ thuật rất hay: cần cẩu tự leo lên bằng khung nâng thủy lực.
Tất cả các cần cẩu tháp trên một độ cao nhất định đều được thiết kế với cổ áo leo núi - khung thép bao quanh cột ngay bên dưới cụm xoay và được trang bị các thanh truyền động thủy lực. Khi công trình xây dựng đạt đến độ cao cần cẩu cần cẩu, quá trình leo dốc được tiến hành như sau:
- Vòng nâng được gắn vào và các thanh dẫn thủy lực mở rộng, nâng toàn bộ cấu trúc phía trên (cụm cánh xoay, cần trục, cần phụ, cabin, chấn lưu) lên một chiều cao phần cột buồm - thường là 3–6 m.
- Một phần cột buồm mới được nâng lên bằng cần trục riêng của cần trục, đu vào khoảng trống do vòng nâng tạo ra và được đội lắp dựng làm việc trên bệ tiếp cận cột buồm bắt vít vào vị trí.
- Các thanh truyền động thủy lực rút lại, hạ cấu trúc phía trên xuống phần cột buồm mới. Vòng leo núi tháo ra và được định vị lại cho lần leo tiếp theo.
Quá trình tự leo này có thể được lặp lại nhiều lần tùy theo yêu cầu khi tòa nhà mọc lên. Các tòa tháp siêu cao - Burj Khalifa, Tháp Thượng Hải, Trung tâm Thương mại Một Thế giới - yêu cầu cần cẩu tháp của họ phải leo lên hàng chục lần trong quá trình xây dựng. Cần cẩu trên tòa nhà Burj Khalifa (828 m) leo lên độ cao vượt quá 600 m trên mặt đất trong giai đoạn xây dựng tầng trên.
Đối với các tòa nhà rất cao, cần cẩu cũng được buộc vào cấu trúc tòa nhà theo khoảng cách đều đặn - thường là cứ sau 30–50 m chiều cao cột đứng tự do - sử dụng quan hệ cột buồm hoặc xây dựng neo : khung thép được hàn hoặc bắt vít vào khung kết cấu hoặc tường lõi để giằng cột ngang của cần trục chống lại tải trọng gió. Những dây buộc này cho phép cần trục cao hơn nhiều so với khả năng đứng tự do của nó cho phép và được thiết kế và chứng nhận là bộ phận kết cấu của gói công trình tạm thời.
Lịch sử của cần cẩu tháp: Từ bánh lăn kiểu La Mã đến điều khiển kỹ thuật số
các lịch sử của cần cẩu tháp là một vòng cung 2.000 năm từ máy móc gỗ do con người cung cấp đến các kết cấu thép được điều khiển bằng kỹ thuật số có khả năng nâng 100 tấn lên độ cao 800 mét.
các Romans used wooden cranes with treadwheels — large wooden drums walked by slaves or laborers — to lift stone blocks during temple and aqueduct construction. Medieval cathedral builders extended this principle with gin poles and shear-leg derricks to erect stone towers and place carved elements. These machines operated on the same fundamental principles as modern cranes: mechanical advantage through pulley multiplication, and rotational motion converted to vertical lift.
các first recognizably modern tower crane — a fixed-mast machine with a rotating horizontal jib and electric hoist — appeared in Germany in the early 20th century, developed to serve the rapid expansion of industrial and residential construction in the Weimar and post-war periods. Liebherr, founded in 1949 by Hans Liebherr in Kirchdorf an der Iller, Bavaria, played a defining role in the commercialization of the tower crane in Europe with the introduction of the TK 10 in 1949 — a transportable tower crane that could be erected without a separate assist crane, opening the technology to smaller contractors and sites.
các 1960s and 1970s saw rapid development of self-climbing systems, larger capacity classes, and the spread of tower crane use from Europe to construction industries worldwide. The introduction of frequency inverter drive systems in the 1980s and 1990s transformed crane controllability, replacing jerky stepped-speed operation with smooth, variable-speed motion that dramatically reduced load swing and operator fatigue. Anti-collision systems — using radio transponders and programmable limit zones — became standard in the 1990s and 2000s as urban construction projects routinely required multiple cranes operating in overlapping radius zones.
Cần cẩu tháp thế hệ hiện tại kết hợp các chỉ báo mô men tải với màn hình kỹ thuật số thời gian thực, đo từ xa giám sát từ xa để truyền dữ liệu vận hành đến công ty thuê và quản lý địa điểm, khả năng vận hành từ xa tùy chọn và ngày càng nhiều, hỗ trợ nâng bán tự động các hệ thống sử dụng GPS, laser và phép đo quán tính để làm giảm độ rung của móc và hỗ trợ việc định vị chính xác. Kỹ thuật cơ bản không thay đổi — tời nâng, xe đẩy, bàn xoay — nhưng độ chính xác, an toàn và minh bạch dữ liệu của máy hiện đại là những cấp độ vượt xa những gì có thể thực hiện được thậm chí 30 năm trước.
Tháo dỡ cần cẩu tháp: Cần cẩu đi xuống như thế nào
Việc tháo dỡ cần trục tháp - ngược lại với quá trình lắp dựng - đưa ra một thách thức về mặt hậu cần thường bị đánh giá thấp trong quá trình lập kế hoạch dự án. Khi một tòa nhà được bao bọc phần lớn, cần cẩu phục vụ cho việc xây dựng nó không thể được nâng lên từ trên cao một cách đơn giản. Cần cẩu phải đi xuống ngược lại với trình tự leo lên của nó, tháo các phần cột từ trên xuống cho đến khi cột đủ ngắn để cần cẩu di động tháo cần trục và cụm trên ở mặt đất.
Trên tòa nhà nơi cần trục đã leo vào bên trong lõi kết cấu - một cấu hình phổ biến trên các tòa nhà cao tầng lõi bê tông nơi cần trục nằm trong khoảng trống lõi dịch vụ - giai đoạn tháo dỡ cuối cùng yêu cầu cần cẩu được giảm bớt thành các bộ phận đủ nhỏ để có thể hạ xuống bằng cần trục bên trong nhỏ hơn hoặc tời thông qua lỗ mở có mục đích trong cấu trúc sàn hoàn chỉnh. Sự mở đầu này, được gọi là hố nhảy cần cẩu , được thiết kế theo bản vẽ kết cấu ngay từ đầu và sau đó được lấp đầy bằng tấm bê tông sau khi cần trục được tháo ra.
các planning for crane removal begins at the project design stage — not at practical completion. The sequence of tied anchorage removal, temporary works for the jump hole, and mobile crane access at ground level are all scheduled as critical path activities in the project close-out program. On complex urban projects with multiple climbing cranes and tight street access, crane removal planning can be as technically demanding as the initial erection.
