Návrh vhodných mechanismů ve stavebnictví

• Foto

Na základě výše zmíněných skutečností bychom Vám rádi představili alespoň pár základních výpočtových vzorců, pomocí kterých je možné navrhnout základní stavební stroje, které se při stavební činnosti nejvíce využívají.

STROJE PRO ZEMNÍ PRÁCE 
Za nejužívanější stroje ve stavitelství se dají považovat stroje pro zemní práce, proto nyní provedeme základní výpočty, díky kterým je možné navrhnout optimální složení strojních sestav pro dané typy prací.

Daný výpočet se skládá z několika kroků, kdy nejpřehlednějším řešením je sestavení hodnot do přehledné tabulky:

1. Určení vstupních dat. Vstupními daty se rozumí třída těžitelnosti zeminy [–], objem zeminy, kterou se chystáme vytěžit a přemístit [m³], vzdálenosti skladovacích ploch pro daný materiál [km].
2. Volba libovolného počtu kombinací strojních sestav. Tím se rozumí zvolení konkrétních strojů, které se nám jeví jako optimální pro provedení dané činnosti. U těchto strojů je důležité zjistit základní informace potřebné k provedení výpočtu a to objem lopaty či korby [m³], předpokládané výkony [m3/h] a předpokládané provozní náklady [Kč/h].

Vzorový výpočet pro variantu A:
Máme vytěžit stavební jámu o rozměrech 125 × 18 × 2 m v zemině třídy těžitelnosti 2. Veškerou vytěženou zeminu máme odvézt na skladovací plochu mimo staveniště. Cesta vedoucí přes staveniště na skládku je dlouhá 250 m, přípustná rychlost na této komunikaci je 10 km/h. Cesta dále na skládku po silnici měří 8 km, přičemž přípustná
rychlost je tu 50 km/h. Hmotnost nevytěžené zeminy je 1,8 t / m³.

Varianta A, menší kolové rypadlo s obsahem lopaty 0,4 m³ – předpokládaný výkon 21,1 m³ / h, předpokládané provozní náklady 469 Kč / h. Sklápěč s nosností 8,2 t – předpokládané provozní náklady 240 Kč / h.

1. Objemu vykopané zeminy:
   125 × 18 × 2 = 4 500 m³ zeminy.
2. Kolik převeze sklápěč:
   8,2 t : 1,8 t/m³ = 4,56 m³ zeminy.
3. Doba naložení sklápěče rypadlem:
   4,56 m³ : 21,1 m³/h = 0,216 h.
4. Doba jízdy sklápěče:
   Po staveništi: [0,25 km : 10 km/h] × 2 jízdy = 0,040 h
   Mimo staveniště: [8 km : 50 km/h] × 2 jízdy = 0,320 h
   Čas nakládky: 0,216 h
   Čas vykládky (odhadem): 0,100 h
   Celkový čas 1 cyklu: 0,676 h
5. Výkon sklápěče:
   4,56 m³ × 0,679 h = 6,75 m³/h
6. Určení počtu sklápěčů:
   21,1 m³/h : 6,75 m³/h = 3,13

Aby rypadlo mohlo pracovat bez čekání, je nutné navrhnout 4 sklápěče.

Tabulka 1 – Stroje pro zemní práce
Vzorové uspořádání tabulky: uvedené hodnoty jsou pouze informativní, výpočty zbylých variant ve sloupci B a C jsou obdobné jako u varianty A – sloupec B a C uvádí další možné strojní sestavy. Po dopočítání libovolného počtu kombinací strojních sestav se vybere nejvhodnější sestava dle předem stanovených kritérií. U většiny případů bude rozhodujícím kritériem cena.

Tabulka 2 – Stroje pro betonářské práce
Vzorové uspořádání tabulky – uvedené hodnoty jsou pouze informativní:

STROJE PRO BETONÁŘSKÉ PRÁCE 
Mezi další poměrně využívanou skupinu strojů ve stavebnictví se řadí stroje pro betonáž. I tato skupina umožňuje využití většího množství strojů, a proto je vhodné provést před samotnou realizací stavby detailní propočet vhodnosti navrženého mechanismu. Existují tři základní skupiny strojů určených k betonování a to stabilní čerpadla, mobilní čerpadla či takzvané „bádie“, které jsou umístěny na zvedacích mechanismech.

Postup porovnání těchto tří základních variant si ukážeme na následujícím vzorovém příkladě:

Uvažujme se skutečností, že hodláme vybetonovat železobetonový monolitický skelet, kdy objem betonové směsi, kterou je nutné zpracovat, je roven 3 624 m³.

Varianta A:
Věžový jeřáb s pojezdem doplněný betonovací nádobou (bádií), standard času pro betonáře je 0,434 h / m³, výkon jeřábu je odhadem stanoven na 8 m³ / h, provozní náklady jeřábu činí 234 Kč / h.

Varianta B:
Menší stabilní čerpadlo, standard času pro betonáře je 0,303 h / m³, výkon čerpadla je 25 m³ / h, provozní náklady čerpadla činí 375 Kč / h. 

Varianta C:
Mobilní čerpadlo, standard času pro betonáře je 0,203 h / m³, výkon čerpadla je 60 m³ / h, provozní náklady čerpadla činí 835 Kč / h.

Tabulka 3 – Stroje pro montážní práce

STROJE PRO MONTÁŽNÍ PRÁCE
Poslední variantou strojů, kterou se budeme v tomto článku zabývat, jsou stroje určené k montážním pracím, tedy zvedací mechanismy a to jak mobilní jeřáby, tak i jeřáby věžové. Srovnání u této kategorie provedeme na věžovém jeřábu s pojezdem, u kterého je nutné uvažovat se zřízením jeřábové dráhy sloužící pro pojezd věžového jeřábu a jeřábem mobilním.

Máme smontovat železobetonový skelet s panelovými stropy. Rozměry skeletu jsou 30 × 18 × 9 m, zastavěná plocha tedy je rovna 540 m² a obestavěný prostor 4 860 m³.

Konstrukce se skládá z 36 sloupů o hmotnosti po 1,8 t, 30 průvlaku o hmotnosti po 3,6 t, 16 ztužidel o hmotnosti po 3,0 t a 100 stropních panelů o hmotnosti po 3,2 t. Celková hmotnost skeletu je tedy 541 t.

Věžový jeřáb MB1030 má hodinovou taxu cca 500 Kč / h, montáž jeřábové dráhy stojí cca 180 Kč / h.

Automobilní jeřáb AD28T má taxu cca 730 Kč / h. Valník s ramenovým nakládačem má taxu cca 212 Kč / h.

Automobilní jeřáb začne pracovat až po navezení materiálu prostřednictvím valníku, valník zase ukončí činnost dříve než jeřáb. Přepokládejme, že jejich pracovní činnost bude zkrácena o jedno pracovní pole, tudíž budou pracovat 4/5 z celkové předpokládané doby. Tedy 4/5 × 121 h – viz tabulka 4.

Tabulka 4

Zbylé hodnoty se vypočítají obdobně jako hodnoty ve vzorové variantě A.

Jedná-li se ovšem o návrh zdvihacích mechanismů, je nutné uvědomit si i základní způsoby návrhu těchto strojů. Každý typ zvedacího mechanismu má takzvaný zátěžový diagram. Jedná se buď o grafické či číselné zpracování zátěžových možností daného stroje. Tato maximální zatížení je nutné dodržet, a proto je při volbě stroje rozhodujícím kritériem hmotnost přepravovaných břemen, zejména pak břemene nejtěžšího, břemene, které je nutno přepravit nejdále a břemene, které je nutno uložit nejblíže k ose stroje. Nezapomínejme ovšem na možnost, že mohou být skladovací plochy situovány dále od zvedacího mechanismu než místo uložení. V těchto případech bude rozhodující vzdálenost ze skládky. Zátěžové diagramy pro věžové jeřáby (obr. 1) a pro mobilní jeřáby (obr. 2) se typově liší. Hlavním důvodem této odlišnosti je šikmý způsob vyložení u většiny mobilních jeřábů.

Dalším kritériem při jejich návrhu jsou rozměry těchto strojů a s tím spojená dopravní omezení jak na běžných komunikacích, tak i na staveništi. U návrhu je třeba mít na paměti nutnost rozebrání tohoto stroje, aby nedocházelo k situacím, kdy stroj nebude možné z místa stavby demontovat.

Jako poslední zásadní bod při návrhu zvedacích mechanismů v tomto článku je třeba zmínit odstupové vzdálenosti zvedacích mechanismů od budovaných objektů. Existují věžové jeřáby s horní otočí, u kterých se odstupy měří od základového kříže, zatímco u druhé varianty, tedy u věžových jeřábů s dolní otočí, je nutné uvažovat odstupovou vzdálenost od protizávaží umístěných ve spodní části věže. Co se týče mobilních jeřábů, je nutné jeho pozice volit tak, abychom předcházeli situaci, kdy nebudeme schopni osadit prvek na vzdálenější stranu ve vyšších patrech objektu.

Pro návrh zdvihacích mechanismů existuje velké množství metod, které lze využít. Stejně tak jsou známy metody pro ověřování navržených strojů. Existuje i řada požadavků, které je nutno při návrhu těchto strojů využívat, nicméně této problematice by bylo nutné věnovat celý článek.

Recenze: prof. Ing. Miloslav Novotný, CSc.

Proposal of Suitable Construction Machines in Civil Engineering
The article deals with the proposal of suitable construction machines in civil engineering. Correct calculations in the planning phase can result in financial savings as well as prevent possible risks that might prolong the construction. Several basic examples of verifying the suitability of construction machines are mentioned in the article. The examples deal with digging machines, assembly machines and machines for the placement of concrete.

Autoři

• Ing. Henková Svatava CSc.
• Ing. Štěrba Martin
• Ing. Čech David
• Ing. Venkrbec Václav