建設用クレーン: 種類、仕組み、組み立て、歴史ガイド

建設用クレーン: 完全ガイド

建設用クレーンは、現代の垂直建築のバックボーンです。中層のオフィス街から超高層ビルに至るまで、タワー クレーンの到達距離、吊り上げ能力、動作高さの組み合わせに匹敵する機器は他にありません。このガイドでは、クレーンの歴史と発明から、オペレーターが頂上に到達する方法、クレーンに動力を供給する方法、特定のプロジェクトに適切なタイプを選択する方法まで、すべてを網羅しています。

の歴史 タワークレーン : 古代のウィンチから現代の巨人まで

タワー クレーンの歴史は、ほとんどの人が思っている以上に遡ります。古代ギリシャ人は、最初の真の機械式クレーンを開発しました。 トリスパストス — 周り 紀元前515年 、人間または動物の力を動力源とする単純なロープと滑車システムを使用します。これらの初期の装置は約 150 kg の荷重を持ち上げることができ、神殿の建設に使用される装飾された石のブロックを配置するのに十分でした。

ローマの技術者は、この概念を拡張して、 ポリスパストン まで吊り上げることができる複滑車クレーンです。 3,000kg — 産業革命までは、どんなポータブル昇降機でもこの数字を超えることはありませんでした。 12 世紀以降の中世ヨーロッパで一般的となった足踏みクレーンは、大きな木製車輪による人力回転を導入し、壁が 30 メートルを超えるゴシック様式の大聖堂の建設を可能にしました。

という疑問 クレーンを発明したのは誰ですか 現代の形式では、通常は 2 つの名前で答えられます。スコットランドのエンジニア、ウィリアム フェアバーンは 1840 年代に最初の蒸気動力の走行クレーンを設計し、造船所と倉庫の業務に変革をもたらしました。しかし、今日認識されているタワー クレーン (垂直マストの上に取り付けられた旋回ジブ) は、ドイツの技術者ハンス リープヘルによって先駆的に開発されました。 1949 戦後ドイツの復興に尽力。彼の会社リープヘルは、今日に至るまで世界最大のタワークレーンメーカーの 1 つです。

建設用クレーンの種類

すべての建設用クレーンがタワー クレーンであるわけではありません。適切なクレーンのタイプは、プロジェクトの範囲、現場の制約、必要なリフト高さ、および耐荷重によって異なります。建設現場で使用される主なクレーンの種類は次のとおりです。

ハンマーヘッドタワークレーン

の ハンマーヘッドタワークレーン トップスルークレーンまたはサドルジブクレーンとも呼ばれるこのクレーンは、最も広く認識されている形式です。マスト上部の中央旋回リングからほぼ同じ長さの水平ジブとカウンタージブが伸びており、世界中の都市部のスカイラインで見られる特徴的な T 字型をしています。トロリーはジブに沿って移動し、ジブの最大到達範囲までの可変半径で荷物を配置します。 80メートル 大型モデルでは。ハンマーヘッド クレーンは、予測可能な荷重チャートと混雑した空域での簡単な操作により、高層建築に好まれています。

フラットトップタワークレーン

の フラットトップタワークレーン (バリエーションに応じて、ラフィングフラットトップまたはセルフエレクトティングフラットトップも) 旋回リング上の従来の A フレームまたは頂点を排除します。その結果、全体のプロファイルが低くなり、狭い敷地内で隣接するクレーン間に必要な最小間隔が大幅に減少します。これが、複数のタワー クレーンを近接して稼働させる必要がある都心部のプロジェクトでフラットトップ設計が主流となる主な理由です。上部フレーム構造がないため、組み立てと分解も迅速に行えます。

レール取り付け式タワークレーン

A レール搭載型タワークレーン 地上に敷設された固定軌道に沿って移動し、タワー クレーンの垂直到達距離と構造物の全長にわたる水平移動性を組み合わせます。この構成は、造船所、プレキャスト コンクリート施設、高架橋や長い工業用建物などの直線的な建設プロジェクトに特に効果的です。レールゲージ、線路支持力、移動速度は、敷地計画の一部として設計する必要があります。

ラフィングジブタワークレーン

敷地の境界や空域の制限により水平ジブが自由に振れない場合、ラフィングジブクレーンは走行トロリーを使用するのではなく、円弧を通ってジブを上げ下げします。これにより、必要な旋回半径が大幅に減少し、境界壁、他のクレーン、または保護された空域通路の横での安全な操作が可能になります。これは、制限された都市中心部の敷地では一般的な要件です。

移動式クレーンとクローラークレーン

タワー クレーン以外にも、移動式伸縮クレーン (トラック搭載型) やクローラー クレーン (履帯付き車両) は、ピック間での位置変更が必要なリフトや、タワー クレーンの範囲外にあるリフトを扱います。移動式クレーンは、タワー クレーンの建設自体に不可欠であり、自動昇降機構が引き継ぐ前にマスト セクションと構造コンポーネントを所定の位置に持ち上げます。

建設用クレーンの部品

タワー クレーンの主要コンポーネントを理解すると、タワー クレーンがどのように機能し、各要素が安全で効率的な吊り上げにどのように貢献するかが明確になります。

• マスト（塔）： の vertical steel lattice structure that gives the crane its height. Standard mast sections are typically 高さ 3 ～ 6 メートル 組み立て中にボルトまたはピンで固定されます。マストは、風を含むすべての荷重を基礎に伝達します。
• 旋回ユニット: マストの上部に取り付けられたこの電動リングベアリングにより、上部構造全体が 360 度回転できます。旋回モーターとギアの回転速度は通常 0.6 ～ 0.8 rpm です。
• ジブ（クレーンのブーム）： の horizontal working arm that extends outward from the slewing unit. The クレーンのブーム トロリーとホイストロープを運びます。ジブの長さは、モデルに応じて通常 40 ～ 80 メートルの範囲です。
• カウンタージブ： の 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.
• トロリー: ジブに沿って水平に移動し、荷重半径（マスト中心からフックまでの距離）を変更します。最新のクレーンでは、トロリーの速度は通常 20 ～ 80 m/min の範囲です。
• フックブロックとホイストロープ： の 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.
• タワークレーンのキャブ： の enclosed operator cabin, positioned at the top of the mast just below or alongside the slewing unit. The タワークレーンの運転台 すべての操作制御、負荷監視表示、風速計の読み出し、および通信機器が含まれています。最新のタクシーのほとんどは、常時 8 時間を超えるシフト中のオペレーターの疲労を軽減するために、空調制御と人間工学に基づいた座席を備えています。
• クライミングフレーム (油圧クライミングケージ): の 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.
• 基礎アンカー: の 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.

クレーンの仕組み

タワー クレーンは 3 つの同時動作を組み合わせて動作します。 巻き上げる （荷重を垂直に持ち上げる）、 旋回 （ジブを水平に回転させる）、および トロリー (ジブに沿って荷重を半径方向に移動させる) — 作動範囲内の任意の場所に荷重をミリメートルの精度で配置します。

の 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.

現代のタワークレーンには次のような機能が備わっています。 ロードモーメントリミッター (LML) オペレータが誤ってクレーンの定格能力を超えたり、フック ブロックをジブ構造に打ち込んだりすることを防止するアンチツーブロック装置。ホイストおよびスルー モーターの可変周波数ドライブ (VFD) はスムーズな加速と減速を実現し、負荷の揺れを軽減し、サイクル タイムを改善します。

クレーンの動力はどのように供給されているのでしょうか？ 現在使用されているほぼすべてのタワー クレーンは、後続のケーブルまたは現場の配電盤への常設接続を介して電力が供給されます。中型のハンマーヘッド クレーンには通常、 50～100kVA 三相電源。電気駆動システムは、エネルギー効率、正確な速度制御、負荷を下げるエネルギーが系統にフィードバックされる回生ブレーキへの適合性により、タワー クレーン用途では油圧式やディーゼル式の代替システムよりも好まれます。

タワークレーンの組み立て: クレーンはどのように組み立てられるのか

タワークレーンの組立ては、正確に順序付けられた作業であり、通常、 1～3日 標準自立型クレーンの場合、モデルと現場の条件に応じて異なります。プロセスを理解すると、建設計画がプロジェクト プログラムの他の段階と同じくらい重要である理由が明確になります。

1. 基礎の準備: コンクリートアンカーブロック（通常はアンカーボルトまたはクレーンメーカーが指定する事前設計されたボルトケージで補強されています）は、適切な硬化を可能にするために、数週間前に地面または建物の構造スラブに注入されます。
2. マストベースアセンブリ: の 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. クライミングフレームの取り付け： の hydraulic climbing cage is fitted around the mast at the base of the upper structure, ready to lift each new section into position.
4. 旋回ユニット、キャブ、ジブアセンブリ: 移動式クレーンが旋回リング、オペレーターキャブ、カウンタージブ (カウンターウェイトがすでに取り付けられている) を持ち上げてから、ジブセクションを所定の位置に設置します。ジブは地上で組み立てられ、長さに応じて単体または分割して持ち上げられます。
5. リービングと試運転: の 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.

建物が上昇すると、クレーンも一緒に成長します。 セルフクライミング（ジャンプ）プロセス : 油圧ラムが伸び、上部構造がクライミングピンに保持されながら、新しいマストセクションが下の所定の位置にスライドし、クレーンが新しいセクション上に降ろされます。このサイクルは、通常、建物の構造がクレーンの自立型フックの高さを超えるたびに、数階ごとに繰り返されます。

クレーンの高さと重さはどれくらいですか

の クレーンの高さ 建設現場では、固定されたものではなく、プロジェクトが進行するにつれて成長します。一般的な自立型タワー クレーンは、 50メートルと80メートル 構造に縛られずに。一定の間隔（通常はマストの 20 ～ 30 メートルごと）で建物に固定すると、クレーンは数百メートルまで伸びることがあります。これまで建設に使用された中で最も高いタワークレーンは、自立式の高さに達しました 100メートル 、超高層ビルのプロジェクトでは、連結クレーンのフックの高さが 300 メートルを超えます。

の weight of a tower crane varies significantly with size and type. A compact self-erecting crane may weigh as little as 3～5トン 、大型ハンマーヘッドクレーンは重量を超える可能性がありますが、 200トン すべてのマストセクション、カウンターウェイト、ジブコンポーネントが含まれる場合。 Liebherr EC-B シリーズと Potain MDT シリーズは、どちらも中エンド市場で一般的なタワー クレーン メーカーの製品であり、現場構成での重量は通常 40 ～ 120 トンです。

クレーンオペレーターはどうやって頂上に登るのか

タワー クレーンのキャブへのアクセスは、あまり議論されていませんが、クレーン操作の非常に現実的な側面の 1 つです。 クレーンオペレーターはどうやって頂上まで登るのですか？ ほとんどすべてのタワー クレーンでは、マストの内側または横を走る固定垂直はしごを介してアクセスします。休憩プラットフォームは一定の間隔 (通常はマスト セクションの接合部に対応する 6 メートルごと) にあります。背の高いクレーンでは、オペレーターが登ることがあります 150～250段以上 各シフトの開始時に。

一部の最新のタワー クレーン、特に非常に高い構造物や労働福祉基準が厳しい市場では、 マストクライミング要員ホイスト — マストの外側を移動する小型の密閉型車両で、はしごを登るという身体的負担を排除します。ただし、これにはコストがかかり、追加のメンテナンスが必要になるため、多くの現場、特に発展途上市場では、引き続きはしごアクセスに依存しています。

オペレーターは通常、シフト全体を費やします。 8～10時間 — 降下せずに運転台内で。食事、水、場合によっては衛生施設は、シフトの開始時に運ばれるか、バケツに入った吊り上げロープを介して供給されます。したがって、疲労管理は責任あるクレーン運転計画の中核部分となります。

タワー クレーン メーカー: 世界の建設用クレーンを製造している企業

の 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.

• リープヘル (ドイツ): 現代のタワー クレーンの創始者と考えられており、自立式モデルから先端容量が最大 64 トンの大型ハンマーヘッド クレーンまであらゆる製品を製造しています。
• マニトウォック / ポタン (フランス/アメリカ): Potain は、設置ベースで世界最大のタワー クレーン ブランドであり、すべての主要な世界市場で広く使用されている MDT フラット トップおよび MCT ラフィング シリーズを提供しています。
• Terex Comedil (イタリア): フラットトップおよびラフィングジブクレーンを専門とし、特にヨーロッパとオーストラリアの市場で人気があります。
• ヴォルフクラン (ドイツ): 頑丈なハンマーヘッド クレーンと、産業およびインフラストラクチャ アプリケーション向けの特殊な大容量モデルで知られています。
• XCMG、Zoomlion、SANY (中国): 中国に本拠を置くメーカーは、クレーンの世界的な存在感を急速に拡大し、あらゆるクレーンカテゴリにわたって競争力のある価格を提供し、現在ではアジア、中東、アフリカでの新規クレーン納入の大きなシェアを占めています。

タワークレーンメーカーを選択する際、調達チームは単価だけでなく、 現地での部品の入手可能性、サービスネットワークの範囲、マストセクションのリードタイム、再販価値 — これらはすべて、複数年にわたるプロジェクトの総所有コストに大きな影響を与える可能性があります。

高層クレーン計画: 建設現場のクレーンに関する考慮事項

位置決め 建設現場のクレーン — 特に 高層クレーン アプリケーション — 地面が壊れるかなり前に工学分析が必要です。主要な計画変数には次のものがあります。

• カバレッジ分析: の 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.
• 構造的統合: 高層構造物に連結されたクレーンの場合は、適切な階レベルで建物の構造図面に連結フレームを設計する必要があります。各タイは数百キロニュートンの水平荷重を建物フレームに伝達します。
• 内部クライミングと外部クライミング: 超高層ビルでは、クレーンが建物のコア シャフト内で「ジャンプ」されることがよくあります。クレーンはリフト コア内に設置され、コア壁をアンカー ポイントとして使用して上昇します。これにより、高所での極端な風荷重からクレーンが保護され、建物のファサードに外部のタイ ブラケットが必要なくなります。
• 解体計画: 高層ビルでは、クレーンを逆に簡単に解体することはできません。小型の「救助クレーン」や屋根構造物を登るクレーンが必要になることがよくありますが、このプロセスは最初から計画する必要があります。
• 風速制限: タワークレーンには最大動作風速が定義されています - 一般的に 72 km/h (20 m/秒) - そして、ジブが風にさらされるようにクレーンを自由旋回モードにしておく必要がある時期を定義する非稼働時の風評定。かなりの高さでは、風速は地上よりも一貫して高く、風速計のデータが重要な運用入力となります。

建設用クレーンに関するよくある質問

• ハンマーヘッド クレーンとフラット トップ タワー クレーンの違いは何ですか?

  ハンマーヘッド クレーンには、旋回リングの上に構造的な A フレームまたは頂点があり、そこからペンダント ロープがジブを支えます。フラットトップ クレーンにはそのような頂点がなく、ジブは内部弦構造によってサポートされているため、全体のプロファイルが低くなります。フラットトップクレーンは、ジブがより低い高低差で相互に通過できるため、複数のクレーンが近接して作業する必要がある場合に推奨されます。

• タワークレーンはどのくらいの高さまで上がることができますか?

  自立型のタワー クレーンの高さは、モデルと基礎の設計に応じて通常 50 ～ 80 メートルに制限されます。一定の間隔で建物の構造に固定されている場合、クレーン自体によって決定される実質的な上限はありません。超高層プロジェクトのクレーンは、地上 600 メートルを超えるフック高さで動作しています。

• 建設現場ではクレーンの動力はどのように供給されているのでしょうか?

  タワー クレーンはほとんどの場合電気で駆動され、クレーンが上昇するにつれて伸びる後続ケーブルを介して現場の配電盤に接続されます。電源要件は、小型の自立式モデルの約 30 kVA から、高速ホイストを備えた大型のハンマーヘッド クレーンの 200 kVA 以上まで多岐にわたります。

• タワークレーンを建てるのにどれくらい時間がかかりますか?

  標準的な自立式タワー クレーンは、基礎アンカーがすでに設置されていると仮定すると、経験豊富な作業員が移動式クレーンを使用して 1 ～ 3 日で組み立てることができます。折りたたみジブを備えた自動直立モデルは、現場でわずか 20 ～ 30 分でセットアップできます。分解も組み立てと同じくらいの時間がかかります。

• 現代のタワークレーンを発明したのは誰ですか?

  ハンス リープヘルは、第二次世界大戦後、ドイツの都市の急速な復興を支援するために設計された、1949 年に初めて商業的に成功した近代的なタワー クレーンを建造したとされています。旋回ジブと自動登攀マストを組み合わせた彼の設計は、その後のすべてのタワー クレーンが従うテンプレートを確立しました。