رافعات البناء: الأنواع، وكيفية عملها، ودليل التركيب والتاريخ

رافعات البناء: الدليل الكامل

رافعات البناء هي العمود الفقري للبناء العمودي الحديث. بدءًا من المباني المكتبية متوسطة الارتفاع وحتى ناطحات السحاب الشاهقة، لا يمكن لأي قطعة أخرى من المعدات أن تضاهي مزيج الرافعة البرجية من الوصول وقدرة الرفع والارتفاع التشغيلي. يغطي هذا الدليل كل شيء بدءًا من تاريخ الرافعة واختراعها وحتى كيفية وصول المشغلين إلى القمة، وكيفية تشغيل الرافعات، وكيفية اختيار النوع المناسب لمشروع معين.

تاريخ الرافعات البرجية : من الروافع القديمة إلى العمالقة المعاصرين

يعود تاريخ الرافعات البرجية إلى أبعد مما يدركه معظم الناس. طور اليونانيون القدماء أول رافعة ميكانيكية حقيقية - الرافعة com.trispastos — حول 515 قبل الميلاد باستخدام نظام حبل وبكرة بسيط مدعوم بجهد الإنسان أو الحيوان. يمكن لهذه الأجهزة المبكرة أن ترفع أحمالًا تبلغ حوالي 150 كجم، وهو ما يكفي لوضع الكتل الحجرية المصقولة المستخدمة في بناء المعبد.

توسع المهندسون الرومان في هذا المفهوم من خلال بوليسبستون ، رافعة ذات بكرة مركبة قادرة على رفع ما يصل إلى 3000 كجم - وهو رقم لن تتجاوزه أي آلة رفع محمولة حتى الثورة الصناعية. أدخلت الرافعة ذات المداس، التي كانت شائعة في أوروبا في العصور الوسطى منذ القرن الثاني عشر فصاعدًا، دورانًا يعمل بالطاقة البشرية عبر عجلة خشبية كبيرة، مما أتاح بناء الكاتدرائيات القوطية بجدران ترتفع أكثر من 30 مترًا.

سؤال الذي اخترع الرافعة في شكله الحديث يتم الرد عليه عمومًا باسمين. صمم المهندس الاسكتلندي ويليام فيربيرن أول رافعة متحركة تعمل بالطاقة البخارية في أربعينيات القرن التاسع عشر، مما أدى إلى إحداث تحول في عمليات أحواض بناء السفن والمستودعات. ومع ذلك، فإن الرافعة البرجية كما هي معروفة اليوم - ذراع دوار مثبت فوق سارية عمودية - كانت رائدة من قبل المهندس الألماني هانز ليبهير، الذي بنى أول رافعة برجية تجارية في 1949 في جهود إعادة الإعمار الألمانية بعد الحرب. ولا تزال شركته، Liebherr، واحدة من أكبر الشركات المصنعة للرافعات البرجية في العالم حتى يومنا هذا.

أنواع الرافعات للبناء

ليست كل رافعات البناء هي رافعات برجية. يعتمد نوع الرافعة الصحيح على نطاق المشروع وقيود الموقع وارتفاع الرفع المطلوب وسعة الحمولة. تشمل الأنواع الرئيسية للرافعات المستخدمة في مواقع البناء ما يلي:

رافعة برجية المطرقة

ال رافعة برجية المطرقة - وتسمى أيضًا الرافعة ذات الدوران العلوي أو الرافعة ذات الجيب السرج - وهي الشكل الأكثر شهرة. ويتميز بذراع أفقي وذراع مضاد بطول متساو تقريبًا يمتد من حلقة الدوران المركزية في الجزء العلوي من الصاري، مما يمنحه شكل T المميز الذي يمكن رؤيته في أفق المدن في جميع أنحاء العالم. تنتقل العربة على طول الذراع لوضع الأحمال عند أنصاف أقطار متغيرة تصل إلى الحد الأقصى للوصول إلى الذراع، والذي يمكن أن يتجاوز 80 مترا على النماذج الكبيرة. تُفضل الرافعات المطرقة في البناء الشاهق بسبب مخطط الحمل الذي يمكن التنبؤ به والتشغيل المباشر في المجال الجوي المزدحم.

رافعة برجية مسطحة

ال رافعة برجية مسطحة (أيضًا السقف المسطح أو السقف المسطح ذاتية التركيب، اعتمادًا على المتغير) يلغي الإطار A التقليدي أو القمة فوق حلقة الدوران. والنتيجة هي مظهر إجمالي أقل، مما يقلل بشكل كبير من الحد الأدنى للفصل المطلوب بين الرافعات المتجاورة في موقع ضيق - وهو السبب الرئيسي الذي يجعل التصميمات ذات الأسطح المسطحة تهيمن على مشاريع وسط المدينة حيث يجب أن تعمل الرافعات البرجية المتعددة على مقربة. كما أن التجميع والتفكيك أسرع أيضًا بسبب عدم وجود هيكل الإطار العلوي.

رافعة برجية مثبتة على السكك الحديدية

A رافعة برجية مثبتة على السكك الحديدية تنتقل على طول مسار ثابت موضوع على مستوى الأرض، وتجمع بين الوصول الرأسي للرافعة البرجية والتنقل الأفقي عبر الطول الكامل للهيكل. يكون هذا التكوين فعالاً بشكل خاص في ساحات بناء السفن، ومرافق الخرسانة مسبقة الصب، ومشاريع البناء الخطية مثل الجسور أو المباني الصناعية الطويلة. يجب تصميم مقياس السكة الحديدية وسعة تحمل المسار وسرعة السير كجزء من مخطط الموقع.

Luffing الجيب رافعة برجية

عندما تمنع حدود الموقع أو قيود المجال الجوي الرافعة الجيبية الأفقية من التأرجح بحرية، تقوم الرافعة الجيبية المنتفخة برفع وخفض ذراعها من خلال قوس بدلاً من استخدام عربة السفر. وهذا يقلل بشكل كبير من نصف قطر الدوران المطلوب ويسمح بالتشغيل الآمن بجانب الجدران الحدودية، أو الرافعات الأخرى، أو ممرات المجال الجوي المحمية - وهو مطلب شائع في المواقع المقيدة في وسط المدينة.

رافعة متنقلة ورافعة مجنزرة

بالإضافة إلى الرافعات البرجية، تتعامل الرافعات التلسكوبية المتنقلة (المثبتة على شاحنة) والرافعات المجنزرة (الهياكل السفلية المجنزرة) مع المصاعد التي تتطلب إعادة التموضع بين اللقطات أو التي تقع خارج غلاف الرافعة البرجية. الرافعات المتحركة لا غنى عنها أثناء تركيب الرافعة البرجية نفسها، حيث تقوم برفع أقسام الصاري والمكونات الهيكلية إلى مكانها قبل أن تتولى آلية التسلق الذاتي المهمة.

أجزاء من رافعة البناء

إن فهم المكونات الرئيسية للرافعة البرجية يوضح كيفية عملها وكيف يساهم كل عنصر في الرفع الآمن والفعال.

• الصاري (البرج): ال vertical steel lattice structure that gives the crane its height. Standard mast sections are typically ارتفاعه 3-6 أمتار ويتم تثبيتها أو تثبيتها معًا أثناء الانتصاب. ينقل الساري جميع الأحمال - بما في ذلك الرياح - إلى الأساس.
• وحدة الدوران: يسمح هذا المحمل الحلقي المثبت في الجزء العلوي من الصاري للهيكل العلوي بأكمله بالدوران بزاوية 360 درجة. عادةً ما يوفر محرك الدوران والتروس سرعة دوران تتراوح من 0.6 إلى 0.8 دورة في الدقيقة.
• الجيب (ازدهار الرافعة): ال horizontal working arm that extends outward from the slewing unit. The طفرة الرافعة يحمل العربة وحبل الرفع. تتراوح أطوال الذراع عادةً من 40 إلى 80 مترًا حسب الطراز.
• مكافحة الجيب: ال shorter rear arm that carries the counterweights — typically heavy concrete or steel blocks — to balance the load on the working jib. Counterweight masses range from a few tonnes on small cranes to over 20 tonnes on large hammerhead models.
• عربة: يتحرك أفقيًا على طول الذراع لتغيير نصف قطر الحمولة (المسافة من مركز الصاري إلى الخطاف). تتراوح سرعة العربة عادة من 20 إلى 80 م/دقيقة على الرافعات الحديثة.
• كتلة هوك وحبل الرفع: ال hook hangs from a steel wire rope wound onto the hoist drum. The hoist motor raises and lowers the load; hoist speeds commonly reach 60–120 m/min at single-line pull.
• كابينة الرافعة البرجية: ال enclosed operator cabin, positioned at the top of the mast just below or alongside the slewing unit. The كابينة رافعة برجية يحتوي على جميع أدوات التحكم في التشغيل، وشاشات مراقبة الحمل، وقراءات مقياس شدة الريح، ومعدات الاتصال. توفر معظم الكبائن الحديثة إمكانية التحكم في المناخ ومقاعد مريحة لتقليل إجهاد المشغل أثناء المناوبات التي تتجاوز بانتظام 8 ساعات.
• إطار التسلق (قفص التسلق الهيدروليكي): ال mechanism that allows the crane to grow with the building. A hydraulic ram pushes the upper crane structure upward by one mast section height, after which a new mast section is inserted below. This process — called "jumping" — can be completed in 2–4 hours by an experienced crew.
• مرساة الأساس: ال crane's base — either a concrete ballast cruciform or a cast-in foundation bolt cage anchored into the site's structural slab or a dedicated pad. Foundation design must account for the maximum overturning moment at full jib load and in maximum design wind conditions.

كيف تعمل الرافعات

تعمل الرافعة البرجية من خلال الجمع بين ثلاث حركات متزامنة - رفع (رفع الحمل عموديا)، الدوران (تدوير الذراع أفقيا)، و عربة النقل (تحريك الحمولة بشكل قطري على طول الذراع) - لوضع الحمولة في أي مكان داخل غلاف التشغيل الخاص بها بدقة ملليمترية.

ال physics underlying crane operation is moment balancing. The rated load capacity at any given radius is determined by the maximum allowable bending moment at the slewing ring — meaning a crane with a 6-tonne tip capacity at 60 metres radius may lift significantly more weight closer to the mast. This is expressed in the crane's load chart, which operators must consult before every pick.

الرافعات البرجية الحديثة مجهزة محددات لحظة التحميل (LML) والأجهزة المضادة للكتلة المزدوجة التي تمنع المشغل من تجاوز السعة المقدرة للرافعة عن طريق الخطأ أو دفع كتلة الخطاف إلى هيكل الرافعة. توفر محركات التردد المتغير (VFD) الموجودة على الرافعة ومحركات الدوران تسارعًا وتباطؤًا سلسًا، مما يقلل من تأرجح الحمل ويحسن أوقات الدورات.

كيف يتم تشغيل الرافعات؟ تقريبًا جميع الرافعات البرجية المستخدمة اليوم يتم تشغيلها كهربائيًا عبر كابل زائد أو اتصال دائم بلوحة التوزيع بالموقع. تتطلب الرافعة ذات المطرقة متوسطة الحجم عادةً 50-100 كيلو فولت أمبير العرض على ثلاث مراحل. تُفضل أنظمة الدفع الكهربائية على البدائل الهيدروليكية أو الديزل لتطبيقات الرافعات البرجية بسبب كفاءتها في استخدام الطاقة، والتحكم الدقيق في السرعة، وملاءمتها للكبح المتجدد - حيث يتم تغذية الطاقة الناتجة عن خفض الأحمال مرة أخرى إلى الشبكة.

تركيب الرافعة البرجية: كيف يتم تركيب الرافعات

إن عملية تركيب الرافعة البرجية هي عملية متسلسلة بدقة وتستغرق عادةً 1-3 أيام للرافعة القياسية القائمة بذاتها، اعتمادًا على النموذج وظروف الموقع. يوضح فهم العملية سبب أهمية التخطيط للتشييد مثل أي مرحلة أخرى من برنامج المشروع.

1. إعداد الأساس: يتم صب كتلة التثبيت الخرسانية - التي يتم تعزيزها عادةً بمسامير التثبيت أو قفص التثبيت المصمم مسبقًا والمحدد من قبل الشركة المصنعة للرافعة - في الأرض أو في البلاطة الهيكلية للمبنى قبل أسابيع للسماح بالمعالجة الكافية.
2. تجميع قاعدة الصاري: ال first mast sections are lowered onto the foundation bolts and plumbed precisely vertical using a spirit level or digital inclinometer. Deviation tolerance is typically less than 1 mm per metre of mast height.
3. تركيب إطار التسلق: ال hydraulic climbing cage is fitted around the mast at the base of the upper structure, ready to lift each new section into position.
4. وحدة الدوران والكابينة ومجموعة الذراع: تقوم الرافعة المتحركة برفع حلقة الدوران، وكابينة المشغل، والذراع المضاد (مع أثقال الموازنة المثبتة بالفعل)، ثم أقسام الذراع إلى موضعها. يتم تجميع الذراع على الأرض ورفعه كوحدة واحدة أو في أقسام حسب طوله.
5. المراجعة والتشغيل: ال hoist rope is threaded through the trolley and hook block, all electrical connections are made, and the crane undergoes function testing, load testing, and safety system verification before the handover certificate is issued.

ومع ارتفاع المبنى، تنمو الرافعة معها من خلال عملية التسلق الذاتي (القفز). : يمتد الكبش الهيدروليكي، ويتم تثبيت الهيكل العلوي على مسامير التسلق بينما يتم انزلاق قسم الصاري الجديد إلى موضعه بالأسفل، ويتم إنزال الرافعة على القسم الجديد. تتكرر هذه الدورة كل بضعة طوابق، عادةً عندما يتجاوز هيكل المبنى ارتفاع الخطاف القائم بذاته للرافعة.

ارتفاع الرافعة وكم تزن الرافعة

ال ارتفاع الرافعة في موقع البناء ليست ثابتة، بل تنمو مع تقدم المشروع. يمكن لرافعة برجية نموذجية قائمة بذاتها أن تقف بينهما 50 و 80 مترا دون الارتباط بالهيكل. عند تثبيتها في المبنى على فترات منتظمة (عادةً كل 20-30 مترًا من الصاري)، يمكن أن تمتد الرافعة إلى عدة مئات من الأمتار. وصلت أطول الرافعات البرجية المستخدمة في البناء إلى ارتفاعات قائمة بذاتها 100 متر ، مع ارتفاعات خطافية على الرافعات المربوطة تتجاوز 300 متر في مشاريع ناطحات السحاب الفائقة الارتفاع.

ال weight of a tower crane varies significantly with size and type. A compact self-erecting crane may weigh as little as 3-5 طن ، في حين أن الرافعة ذات المطرقة الكبيرة يمكن أن تزن أكثر من ذلك 200 طن عندما يتم تضمين جميع أقسام الصاري وأثقال الموازنة ومكونات الذراع. إن سلسلة Liebherr EC-B وسلسلة Potain MDT - وكلاهما من عروض الشركات المصنعة للرافعات البرجية الشائعة في الطرف المتوسط ​​من السوق - تزن عادةً ما بين 40 و120 طنًا في تكوين الموقع.

كيف يصل مشغلو الرافعات إلى القمة؟

يعد الوصول إلى كابينة الرافعة البرجية أحد الجوانب الأقل مناقشة ولكنها حقيقية جدًا لتشغيل الرافعة. كيف يصل مشغلو الرافعات إلى القمة؟ في جميع الرافعات البرجية تقريبًا، يتم الوصول عبر سلم رأسي ثابت يمتد داخل الصاري أو بجانبه، مع وجود منصات راحة على فترات منتظمة - عادةً كل 6 أمتار، بما يتوافق مع مفاصل قسم الصاري. على الرافعات الطويلة، يمكن للمشغلين الصعود 150-250 درجة أو أكثر في بداية كل نوبة.

بعض الرافعات البرجية الحديثة، خاصة على الهياكل العالية جدًا أو في الأسواق ذات المعايير القوية لرفاهية العمل، تكون مزودة بـ رافعة أفراد لتسلق الصاري - سيارة صغيرة مغلقة تنتقل إلى الجزء الخارجي من السارية، مما يلغي المتطلبات الجسدية لتسلق السلم. ومع ذلك، فإن هذا يضيف تكلفة ويتطلب صيانة إضافية، لذلك تستمر العديد من المواقع - خاصة في الأسواق النامية - في الاعتماد على الوصول عبر السلم.

يقضي المشغلون عادةً نوبة عمل كاملة — عادة 8-10 ساعات — في الكابينة دون النزول. يتم إحضار الوجبات والمياه ومرافق الصرف الصحي في بعض الحالات في بداية الوردية أو يتم توفيرها عبر حبل الرفع في دلو. وبالتالي فإن إدارة التعب هي جزء أساسي من التخطيط المسؤول لتشغيل الرافعة.

الشركات المصنعة للرافعات البرجية: من الذي يصنع رافعات البناء في العالم

ال global market for tower cranes is served by a relatively small number of dominant manufacturers, though the competitive landscape has expanded significantly with the growth of Chinese production.

• ليبر (ألمانيا): تعتبر الاسم المؤسس في الرافعات البرجية الحديثة، حيث تنتج مجموعة كاملة من النماذج ذاتية التركيب إلى الرافعات المطرقة للخدمة الشاقة بسعة طرفية تصل إلى 64 طنًا.
• مانيتووك/بوتين (فرنسا/الولايات المتحدة الأمريكية): تعتبر Potain أكبر علامة تجارية للرافعات البرجية في العالم من حيث القاعدة المثبتة، حيث تقدم نطاقات MDT ذات السقف المسطح وMCT المستخدمة على نطاق واسع في جميع الأسواق العالمية الرئيسية.
• تيريكس كوميديل (إيطاليا): متخصصة في الرافعات ذات القمة المسطحة والرافعات الجيبية، والتي تحظى بشعبية خاصة في الأسواق الأوروبية والأسترالية.
• ولفكران (ألمانيا): تشتهر بالرافعات المطرقة للخدمة الشاقة والنماذج المتخصصة عالية السعة للتطبيقات الصناعية وتطبيقات البنية التحتية.
• أكس سي أم جي، زوملايون، ساني (الصين): قامت الشركات المصنعة في الصين بتوسيع تواجدها العالمي للرافعات بسرعة، حيث تقدم أسعارًا تنافسية عبر جميع فئات الرافعات وتمثل الآن حصة كبيرة من تسليمات الرافعات الجديدة في آسيا والشرق الأوسط وأفريقيا.

عند اختيار الشركة المصنعة للرافعة البرجية، يجب على فرق المشتريات تقييم ليس فقط سعر الوحدة ولكن أيضًا توفر الأجزاء المحلية، وتغطية شبكة الخدمة، والمهلة الزمنية لأقسام الصاري، وقيمة إعادة البيع - كل ذلك يمكن أن يؤثر بشكل كبير على التكلفة الإجمالية للملكية على مدى مشروع متعدد السنوات.

تخطيط الرافعات الشاهقة: الرافعة في اعتبارات موقع البناء

تحديد المواقع أ رافعة في موقع البناء - وخاصة بالنسبة ل رافعة شاهقة التطبيق — يتطلب تحليلًا هندسيًا جيدًا قبل أن يتم كسر الأرض. تشمل متغيرات التخطيط الرئيسية ما يلي:

• تحليل التغطية: ال crane's jib must reach every point of the building footprint plus key laydown areas. For large or irregularly shaped buildings, multiple cranes may be required, demanding careful airspace coordination to prevent jib collision.
• التكامل الهيكلي: بالنسبة للرافعات المربوطة في المباني الشاهقة، يجب تصميم إطارات الربط في الرسومات الهيكلية للمبنى عند مستويات الأرضية المناسبة. تنقل كل ربطة أحمالًا أفقية تبلغ عدة مئات من الكيلونيوتن إلى إطار المبنى.
• التسلق الداخلي مقابل التسلق الخارجي: في المباني الشاهقة، غالبًا ما يتم "قفز" الرافعات داخل العمود الأساسي للمبنى - حيث تستقر الرافعة داخل قلب الرفع وتتسلق باستخدام الجدران الأساسية كنقاط تثبيت. وهذا يحمي الرافعة من أحمال الرياح الشديدة على الارتفاع ويتجنب الحاجة إلى أقواس ربط خارجية على واجهة المبنى.
• تخطيط التفكيك: في المباني الشاهقة، لا يمكن تفكيك الرافعة في الاتجاه المعاكس. غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى "رافعة إنقاذ" أصغر حجمًا أو رافعة تتسلق هيكل السقف - وهي عملية يجب التخطيط لها منذ البداية.
• حدود سرعة الرياح: لقد حددت الرافعات البرجية الحد الأقصى لسرعات الرياح التشغيلية - بشكل شائع 72 كم/ساعة (20 م/ث) — وتقييمات الرياح خارج الخدمة التي تحدد متى يجب ترك الرافعة في وضع الاندفاع الحر حتى يتأثر الذراع بالرياح. على ارتفاعات كبيرة، تكون سرعة الرياح أعلى دائمًا من مستوى سطح الأرض، مما يجعل بيانات مقياس شدة الريح مدخلاً تشغيليًا بالغ الأهمية.

الأسئلة المتداولة حول رافعات البناء

• ما الفرق بين الرافعة ذات المطرقة والرافعة البرجية المسطحة؟

  تحتوي الرافعة ذات المطرقة على إطار هيكلي على شكل حرف A أو قمة فوق حلقة الدوران التي تدعم منها الحبال المعلقة الذراع. لا تحتوي الرافعة العلوية المسطحة على مثل هذه القمة - فالذراع مدعوم بهيكل وتر داخلي - مما يمنحها مظهرًا إجماليًا أقل. تُفضل الرافعات المسطحة حيث يجب أن تعمل الرافعات المتعددة على مقربة من بعضها البعض لأن أذرعها يمكن أن تمر فوق بعضها البعض بفروق ارتفاع أقل.

• إلى أي مدى يمكن أن تصل الرافعة البرجية؟

  عادةً ما يقتصر طول الرافعة البرجية المستقلة على 50-80 مترًا اعتمادًا على الطراز وتصميم الأساس. عند تثبيتها في هيكل المبنى على فترات منتظمة، لا يوجد حد أعلى عملي تمليه الرافعة نفسها - فقد عملت الرافعات في المشاريع الشاهقة على ارتفاعات خطافية تتجاوز 600 متر فوق سطح الأرض.

• كيف يتم تشغيل الرافعات في موقع البناء؟

  يتم تشغيل الرافعات البرجية بالكهرباء في جميع أنحاء العالم تقريبًا، ويتم توصيلها بلوحة التوزيع بالموقع عبر كابل خلفي ينمو مع صعود الرافعة. تتراوح متطلبات الإمداد الكهربائي من حوالي 30 كيلو فولت أمبير للنماذج الصغيرة ذاتية التركيب إلى أكثر من 200 كيلو فولت أمبير للرافعات ذات المطرقة الكبيرة ذات الرافعات عالية السرعة.

• كم من الوقت يستغرق تركيب الرافعة البرجية؟

  يمكن تركيب رافعة برجية قياسية قائمة بذاتها خلال 1-3 أيام بواسطة طاقم من ذوي الخبرة باستخدام رافعة متحركة، على افتراض أن مرساة الأساس موجودة بالفعل. يمكن إعداد النماذج ذاتية التركيب ذات الأذرع القابلة للطي في أقل من 20 إلى 30 دقيقة مرة واحدة في الموقع. يستغرق التفكيك وقتًا مماثلاً للتركيب.

• من مخترع الرافعة البرجية الحديثة؟

  يرجع الفضل إلى هانز ليبهير في بناء أول رافعة برجية حديثة ناجحة تجاريًا في عام 1949، وهي مصممة للمساعدة في إعادة الإعمار السريع للمدن الألمانية بعد الحرب العالمية الثانية. وقد أنشأ تصميمه - الذي يجمع بين ذراع دوار وسارية ذاتية التسلق - النموذج الذي اتبعته جميع الرافعات البرجية اللاحقة.