Způsob návrhu strojních sestav

Mezi nejvyšší cenové položky v rozpočtech stavebních prací řadíme ceny stavebních strojů, proto je velice důležité věnovat dostatečný čas a pečlivost jejich návrhu. Trendem v současné době je upřednostňování ceny před kvalitou při provádění stavebních prací. Je to logický, ale špatný krok, který dělá řada stavebních společností aniž by si uvědomovali možné následky a často na to doplatí i krachem.

Existuje mnoho způsobů a metod, dle kterých můžeme navrhovat optimální strojní sestavy. Stavební společnosti o jejich existenci nemají dostatečné množství informací nebo je považují za zbytečné a nepotřebné. Vyjímečně se může stát, že stroje navržené bez předchozích výpočtů zcela vyhoví, ale ve většině případů je tomu právě naopak. Dochází tak ke zbytečnému naddimenzování nebo poddimenzování strojních sestav a tím ke zbytečným prodlevám nebo ke zvyšování finančních nákladů.

Návrh strojních sestav pro zemní práce

Stroje pro zemní práce se dají považovat za nejvyužívanější stroje ve stavitelství. Optimální složení strojní sestavy stanovíme na základě návrhu jednotlivých strojů a následného výpočtu.

Návrh se skládá z několika kroků:

• Určení vstupních dat
  • třída těžitelnosti zeminy [–]
  • objem zeminy, kterou se chystáme vytěžit a přemístit [m³]
  • vzdálenosti skladovacích ploch pro daný materiál [km]

• Volba kombinací strojních sestav
  • zvolení konkrétních strojů, které se jeví jako optimální pro provedení dané činnosti
  • u těchto strojů je důležité zjistit základní informace potřebné k provedení výpočtu:
    • objem lopaty či korby [m³]
    • předpokládané výkony [m3/h]
    • předpokládané provozní náklady [Kč/h]

Zadání příkladu:

Máme vytěžit stavební jámu o rozměrech 125 m x 18 m x 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.

Vzorový výpočet pro variantu A:

• Návrh jednotlivých strojů
  • Menší kolové rypadlo
    • objem lopaty 0,4 m³ – předpokládaný výkon 21,1 m³/h
    • předpokládané provozní náklady 469 Kč/h
  • Sklápěč
    • nosnost 8,2 t
    • předpokládané provozní náklady 240 Kč/h.
• Objem vykopané zeminy:
  • 125 × 18 × 2 = 4 500 m³ zeminy.
• Kolik převeze sklápěč:
  • 8,2 t ÷ 1,8 t/m³ = 4,56 m³ zeminy.
• Doba naložení sklápěče rypadlem:
  • 4,56 m³ ÷ 21,1 m³/h = 0,216 h.
• 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
• Výkon sklápěče:
  • 4,56 m³ × 0,679 h = 6,75 m³/h
• Určení počtu sklápěčů:
  • 21,1 m³/h ÷ 6,75 m³/h = 3,13 ks

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.

Varianta B

• Rypadlo - objem lopaty 1 m3
• Sklápěč - nosnost 13,7 t

Varianta C

• Dozer - 3,2 m3
• Nakladač - objem lopaty 1,5 m3
• Sklápěč - nosnost 15,3 t

Výpočty zbylých variant B a C jsou obdobné jako u varianty A. Po dopočítání libovolného počtu kombinací strojních sestav se vybere nejvhodnější sestava dle předem stanovených kritérií. U většiny případů bude rozhodujícím kritériem cena.

Návrh strojů pro betonářské práce 

Mezi další poměrně využívanou skupinu strojů ve stavebnictví se řadí stroje pro betonářské práce. I tato skupina umožňuje využití většího množství strojů a proto je vhodné provést před samotnou realizací stavby výpočet 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.

Zadaní příkladu:

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

Návrh strojních sestav pro montážní práce

Poslední variantou strojů, kterou se budeme 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.

Zadání příkladu:

Konstrukce je složena z:

• 36 sloupů o hmotnosti po 1,8 t
• 30 průvlaků o hmotnosti po 3,6 t
• 16 ztužidel o hmotnosti po 3,0 t
• 100 stropních panelů o hmotnosti po 3,2 t
• Celková hmotnost skeletu je 541 t

Varianta A

• Věžový jeřáb MB1030
  • hodinová taxa cca 500 Kč/h
  • montáž jeřábové dráhy cca 180 Kč/h

Varianta B

• Automobilní jeřáb AD28T
  • hodinová taxa cca 730 Kč/h
• Valník s ramenovým nakládačem
  • hodinová taxa cca 212 Kč/h.

Tabulka 3 – Stroje pro montážní práce

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.

Tabulka 4 – Stroje pro montážní práce

Hodnoty pro variantu B se vypočítají obdobně jako u varianty A.

Při návrhu zdvihacích mechanismů je nutné počítat s odlišností věžových a mobilních jeřábů. Pro každý typ zvedacího mechanismu existuje zátěžový diagram, který udává maximální zatížení při určitém vyložení. Tato maximální zatížení je nutné dodržet, a proto je při volbě stroje rozhodujícím kritériem hmotnost přepravovaných břemen. Důležitá je také vzdálenost skladovací plochy od zvedacího mechanismu, která může být větší než vzdálenost místa uložení břemene.

Zátěžové diagramy pro věžové jeřáby a pro mobilní jeřáby 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 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.