Mastkran Norm GB/T 26558-2011: Konstruktion und Abnahme

Die Norm GB/T 26558-2011 ist die spezifische Produktnorm für Mastkrane (auch als Mastkran oder Hilfsausleger bezeichnet) und wurde 2011 veröffentlicht. Ein Mastkran ist ein ortsfester Auslegerkran, bestehend aus Mast (Hauptsäule), Ausleger (Wippe), Abspannseilen und Hubwerk. Der Mast wird über Abspannseile am Fundament verankert; das Heben erfolgt durch Drehen und Wippen des Auslegers. Mastkrane zeichnen sich durch einfache Bauart, hohe Tragfähigkeit und geringe Kosten aus. Sie eignen sich besonders für schwere Hubevorgänge wie die Montage großer Anlagen, Kraftwerksinstallationen und den Bau petrochemischer Anlagen. Kelude Schwerindustrie kann kundenspezifische Mastkrane entsprechend den projektbezogenen Anforderungen konstruieren und fertigen.

Klassifizierung und Bauarten von Mastkranen

Die Norm unterteilt Mastkrane nach der Bauart des Mastes in drei Kategorien. Der Einzelmast-Typ (freistehender Mast) – ein Hauptmast mit Abspannseilen bildet das Tragsystem; der Ausleger ist am Mastfuß angelenkt und wird über das Wippseil im Winkel verstellt. Diese Bauart ist am einfachsten aufgebaut und auf Tragfähigkeiten bis 100 t begrenzt. Der A-Bock-Typ – zwei Maste in A-Form angeordnet, bietet eine höhere Stabilität als der Einzelmast und benötigt weniger Abspannseile; geeignet für Tragfähigkeiten von 100 bis 500 t. Der Wippmast-Typ – Mast und Ausleger sind unabhängig wippbar und bieten die größte Flexibilität im Betrieb. Die wesentlichen Konstruktionsparameter eines Mastkrans umfassen die Masthöhe (üblicherweise 10 bis 50 m), die Auslegerlänge (10 bis 40 m), die maximale Tragfähigkeit (50 bis 500 t) und die maximale Arbeitsausladung (10 bis 30 m). Mast und Ausleger werden in der Regel aus Q345B oder Q420B niedriglegiertem hochfestem Baustahl gefertigt; die Hauptgurtstäbe können als nahtlose Stahlrohre oder als zusammengesetzte Winkelstahlprofile ausgeführt sein.

Das Abspannseilsystem ist das sicherheitskritische Bauteil, das nur bei Mastkranen vorkommt. Die Norm legt Anzahl, Durchmesser und Verankerungsanforderungen der Abspannseile fest. Am Mastkopf sind mindestens 6 Abspannseile gleichmäßig über den Umfang verteilt anzuordnen. Der Winkel der Abspannseile zum Boden muss zwischen 30° und 60° liegen. Die Abspannseile müssen als Drahtseile ausgeführt sein; der Sicherheitsfaktor darf 3,5 nicht unterschreiten. Die Seilendbefestigung erfolgt über Seilklemmen oder legierte Pressverbindungen. Die Vorspannkraft der Abspannseile ist so einzustellen, dass der Mast im Leerlauf senkrecht steht; der Wert wird rechnerisch ermittelt. Jedes Abspannseil muss über eine eigene Spindel oder einen Spannschrauber zur Einstellung der Spannung verfügen. Die Bodenanker der Abspannseile sind als Betonblöcke oder Stahlrohrpfahlfundamente auszuführen; die Ausziehkraft des Ankers muss mindestens dem Zweifachen der maximalen Arbeitszugkraft des Abspannseils entsprechen. Darüber hinaus fordert die Norm, dass das Fundament des Mastfußes eine ausreichende Tragfähigkeit und Gleitsicherheit aufweist; die Fundamentbemessung ist durch einen Tragwerksplaner zu prüfen und freizugeben.

Anforderungen an die statische Berechnung

Die Berechnung eines Mastkrans ist komplexer als die eines konventionellen Krans, da die statisch bestimmte Struktur dazu führt, dass die Schnittgrößen der einzelnen Bauteile äußerst empfindlich auf die Abspannseilspannung und die Position der hängenden Last reagieren. Die Norm verlangt, dass die Berechnung folgende Lastfälle berücksichtigt: Eigengewichtslast, Hublast, Windlast (getrennt für Arbeits- und Nichtarbeitszustand), Trägheitslast sowie die Vorspannkraft der Abspannseile. Die Lastkombinationen sind nach DIN 15018 und den Grundsätzen der ISO 4306 zu bilden. Die Besonderheit des Mastkrans liegt darin, dass die elastische Verformung der Abspannseile die Kraftverteilung in der Gesamtstruktur beeinflusst; daher ist eine geometrisch nichtlineare Analyse erforderlich. Der Stabilitätsnachweis des Mastes umfasst die Gesamtstabilität (unter Berücksichtigung von Druck und Biegung) sowie die lokale Stabilität der einzelnen Stäbe (der Stabilitätsbeiwert jedes Stabs darf die geforderten Werte nicht unterschreiten).

Die Norm legt außerdem den Kippstabilitätsfaktor fest: Im Arbeitszustand muss er mindestens 1,5 betragen (berechnet nach der ungünstigsten Lastkombination), im Nichtarbeitszustand mindestens 1,8 (unter Berücksichtigung der maximalen Windlast). Der Gleitsicherheitsfaktor des Mastfußes muss mindestens 1,5 betragen. Der Sicherheitsfaktor gegen Ausziehen der Abspannseilanker muss mindestens 2,0 betragen. Da Mastkrane häufig für eine einmalige Verwendung vor Ort montiert oder mehrfach demontiert und wieder aufgebaut werden, erlaubt die Norm unter bestimmten Bedingungen die Anwendung des zulässigen Spannungsnachweises; die Sicherheitsfaktoren dürfen dabei reduziert werden, jedoch nicht unter 90 % der in DIN 15018 geforderten Werte. Nach der Fertigung sind ein Probelauf im Leerlauf und eine Nennlastprüfung (100 % SWL) durchzuführen, um die Richtigkeit der Berechnung zu verifizieren. Die Konstruktionsunterlagen müssen den Berechnungsbericht für Mast und Ausleger, den Verlegeplan des Abspannseilsystems, die Fundamentlastparameter sowie eine Beschreibung des Montageverfahrens umfassen.

Montage- und Prüfanforderungen für Mastkrane

Montage und Demontage eines Mastkrans zählen zu den risikoreichsten Arbeitsschritten; die Norm legt hierfür verbindliche Vorgaben fest. Vor der Montage ist ein detaillierter Montageplan zu erstellen und vom technischen Leiter freizugeben. Der Montageplatz muss eben und verdichtet sein; die Betonfestigkeit des Fundaments muss 100 % des Bemessungswerts erreichen, bevor mit der Montage begonnen werden darf. Das Aufrichten des Masts kann im Ganzhubverfahren oder mittels Gleitverfahren erfolgen; während des Aufrichtvorgangs sind Fangseile und Hilfsstützen vorzusehen, um ein Umkippen des Masts zu verhindern. Die Abspannseile sind in der Reihenfolge „zuerst die windabgewandten, dann die windzugewandten“ zu montieren; die Vorspannung jedes Abspannseils ist einzeln gemäß den Konstruktionsanforderungen einzustellen. Die Montage des Auslegers erfolgt erst nach dem Aufrichten und der Fixierung des Masts. Nach Abschluss der Montage ist eine umfassende Inspektion durchzuführen, um die feste und zuverlässige Verbindung aller Bauteile sowie die einwandfreie Funktion aller Mechanismen sicherzustellen.

Die Lastprüfung ist das entscheidende Mittel zur Verifizierung der Sicherheitsleistung eines Mastkrans. Die Prüflasten gliedern sich wie folgt: Leerlaufprüfung – alle Mechanismen laufen mindestens 30 Minuten bei Nenngeschwindigkeit. Nennlastprüfung (100 % SWL) – die Nennlast wird bei jeweils typischen Arbeitsradien angehoben; dabei sind die Bremsen und die Wippfunktion aller Mechanismen zu prüfen. Dynamische Belastungsprüfung – mit dem 1,1-fachen der Nennlast sind jeweils mindestens 5 Hebe-, Senk- und Wippvorgänge durchzuführen. Statische Belastungsprüfung – mit dem 1,25-fachen der Nennlast wird die Last 10 Minuten in Ruhe gehalten; dabei sind die Veränderung der Rechtwinkligkeit des Masts und die Spannungsänderung der Abspannseile zu messen. Die horizontale Verschiebung der Mastspitze darf 1/100 der Masthöhe nicht überschreiten. Nach Abschluss der Prüfungen ist ein Prüfbericht zu erstellen, der alle Messdaten dokumentiert. Die Betriebsanleitung des Mastkrans muss Angaben zur maximalen Tragfähigkeit mit zugehöriger Ausladungskurve, zur Einstellung und zum Einstellintervall der Abspannseilspannung sowie zu Umfang und Beurteilungskriterien der wiederkehrenden Prüfung enthalten.

Anforderungen an die sichere Verwendung

Die Norm stellt klare Anforderungen an den sicheren Betrieb von Mastkranen. Vor der Inbetriebnahme sind ein detaillierter Hebeplan und Sicherheitsbetriebsanweisungen zu erstellen. Der Hebeplan ist vom technischen Leiter freizugeben und allen am Hubevorgang beteiligten Personen im Rahmen einer Technischen Einweisung zu erläutern. Der Arbeitsbereich ist abzusperren; unbefugte Personen dürfen ihn nicht betreten. Bedienpersonal und Anschläger/Signalperson müssen über eine zuverlässige Kommunikationsverbindung verfügen; die Handzeichen sind einheitlich und eindeutig festzulegen. Die Norm legt fest, dass die beiden Mechanismen „Heben“ und „Wippen“ nicht gleichzeitig betätigt werden dürfen. Wippbetrieb ist nur im Leerlauf oder mit leichter Last zulässig; beim Wippen unter Last darf die Last 70 % der Nenntragfähigkeit nicht überschreiten. Beim Heben ist eine gleichmäßige, ruhige Bewegung sicherzustellen; Not-Halt und ruckartiges Anfahren sind untersagt. Nach dem Anheben der Last vom Boden ist zunächst ein Halt zur Kontrolle der Bremszuverlässigkeit und der Lastbalance erforderlich, bevor der Hubvorgang fortgesetzt wird. Bei Windstärke 6 und darüber, starkem Regen, dichtem Nebel sowie unzureichender Beleuchtung bei Nacht sind Hubevorgänge untersagt. Während des Betriebs ist eine beauftragte Person zur Überwachung der Spannungsänderungen der Abspannseile und des Zustands der Bodenanker einzusetzen; bei Auffälligkeiten ist der Betrieb sofort einzustellen.

Vergleichstabelle der Kernparameter für Mastkrane

Die folgende Vergleichstabelle zeigt die Kernparameter der Konfiguration von Mastkranen zur Referenz für Auswahl- und Bedienpersonal.

Häufige Fragen