冶金业钢结构厂房施工路径

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1前言

对于大型冶金工业厂房,钢结构近期兴建的项目较多,规模越来越大.由于大型钢结构厂房历史不长,钢结构安装的施工技术并非十分成熟,在大规模工程实践过程中,广大工程技术人员遇到诸多技术问题,急待钢结构专业研究人员去解决;可见结合大型的工业厂房钢结构安装进行施工技术的研究是十分必要的,同时对今后的工程实践也是极有意义的.本文将以广东省韶关钢铁集团有限公司(以下简称“韶钢”)大转炉主厂房钢结构安装施工为例进行研究.

2工程概况

大转炉工程位于韶钢三轧厂和炼轧厂以北、热电厂第三热电站以东,占地面积约22万m2,建筑面积约11万m2;建筑工程主要包括新建的炼钢和连铸车间主厂房、生产辅助建筑.其中主厂房共九跨,由水渣跨、干渣跨、脱硫跨、加料跨、钢水接收跨、连铸浇铸跨、切割跨、出坯跨组成,建筑面积70000多m2.上部采用全钢结构,总重约1?9万.t其中,柱子为二阶或三阶格构式钢柱,上段为工字形截面,柱脚形式均为杯口插入式柱脚.上柱为单根焊接H型钢,截面尺寸A列1500×700,最重14?5t/根,长25?895m;B列截面尺寸2750×800,最重22?05t/根,长27?850m.对于E、F列非塔楼立柱和C、D、G列各柱,重量基本在36~55t之间,基本上分二段制作,分段位置设置在一阶牛腿面上,分段制作的柱子均在吊装前进行预拼,满足相应质量要求.

3吊装方案的选定

根据实际情况,如何经济、高效地完成主厂房结构的安装是主要的问题.而这一主要问题的关键是吊装机械的选用及布置.根据工程特征,主吊机械选用2台150t履带吊和1台120t汽车吊,其中150t履带吊负责加料跨、炉子跨、钢水接收跨、连铸跨的吊装,120t汽车吊负责出坯跨,切割跨、脱硫跨、干渣跨、水渣跨的安装和附属钢结构的安装,辅助机械选用2台50吊机和1台45t吊负责构件倒运、拼装.施工准备涵盖的内容较多,基础的正确交安是关键的一项,只有交安准确才能保证结构安装的正确性.另外要考虑结构制作与基础施工的偏差,并考虑结构制作的温度影响,在基交安时一同消除.结构安装施工前还应重点考虑设备的供货、储存、码放等.只有合理安排组织构件的顺序,才能保证安装的顺利进行.大转炉工程由于施工场地较宽阔,设备单独储存在设备堆放场,采用二次倒运进行安装,保证了施工现场的整洁.高强螺栓的管理应重点对待,应有计划有制度的进行管理.现场储存场地应重点考虑,特别是在多雨潮湿的韶关地区,应特别重视.施工安全设施的准备是安装顺利进行的保证,在充分了解图纸的前提下经济合理地准备好如下工作.

4钢结构安装施工

4.1安装程序

4.2编制构件吊装顺序表

按照结构制造的安装图的构件编号及结构的安装顺序编制吊装顺序表.

4.3构件的合理码放管理

为便于结构构件的安装,构件进厂后应进行合理的堆放.原则为:现场急需安装的应直接堆放到现场,按照吊装顺序先吊装的码放在上头,后吊装的码放在下头.不急于吊装的构件暂时存放在现场外.堆放时应注意柱梁分开并按照轴线分类码放.存放场地应设专人进行管理,并按供货要求和供货清单进行清点,资料存档.构件堆放时H型构件应立放,不得平放.每个构件的支点不得少于两个,支点的位置宜在构件端部1/7跨处,叠放时不得超过3层并用木方正确的分层垫好垫平,支点应上下对齐.

4.4安装说明

4.4.1垫铁加工

垫铁采用不同厚度的钢板加工,12mm及以下钢板采用切板机下料,较厚的钢板采用半自动切割机切割,切割后采用角磨砂轮将毛边磨平.

4.4.2划线校验

按图对柱子进行编号,并标明标高及前后方向.将柱子平放在组合平台上,根据图纸尺寸校验柱子外形尺寸;检验柱面与断面的垂直度.对柱子进行外观检查,应无裂纹、分层、撞伤等缺陷;节点接合面无严重锈蚀、油漆、油污等杂物;焊缝外观检查无裂纹和咬边情况等.

4.5主要安装方案

4.5.1钢柱安装

采用钢板凳定位方法:杯口基础清理后,采取水准仪、经纬仪对基础进行标高测量、轴线测量.用钢卷尺对钢柱实物进行测量其长度(以牛腿处至柱脚为准).以上基础标高误差+钢柱实物长度误差,得到钢板凳的加工高度,以基础的实际轴线位置作为定位销子的位置.以上方法必须在杯口基础浇灌前进行座浆垫板埋件的施工,即土建在杯口基础装模时,制作一个锥形模件安装于基础中心.在杯口基础拆模后,通过二次座浆把埋件放于杯口基础,通过座浆垫板调整高度与水平度及定位销轴线位置.

4.5.2吊车梁安装

依据吊装柱子的中心线在每根柱子的牛腿面弹出吊车梁的中心线,在吊梁中心线上设置两点,然后用钢尺和弹簧称校核并列两根吊车梁的中心线间距(轨距).根据柱肩梁上的螺栓孔,测出两根吊车梁对齐面的轴线,用钢尺测出两轴线间距是否与吊车梁的安装长度相符.待柱子、柱间支撑安装完毕,可将吊车梁吊装到位,临时固定,底部用螺栓与柱子连接,顶部用L100×8的角钢与柱子临时焊接,吊车梁安装时,应根据柱肩梁上的行车梁中心线和轴线进行摆放.长度小于18m的吊车梁采用两个吊点捆绑,大于18m吊车梁采用4个吊点绑扎,36m吊车梁利用150t或80t吊机吊装就位.

4.5.3屋架安装

1)屋架扶直与就位

屋架扶直时起重机的吊钩应对准屋架中心,左右两边的缆风绳应对称,吊索与水平的夹角要在45°.吊索应使其受力均匀,以避免屋架在扶直过程中产生扭曲应力.钢屋架扶直后,应在两侧采用钢管或毛竹对夹屋架腹杆进行临时加固,以增强屋架纵向刚度,保证其吊装过程不变形.紧接进行吊装就位.在吊装时考虑到屋架的安装顺序和两端方向,用安装螺栓与厂房柱连接,以保持屋架的稳定.屋架的绑扎点选在上弦的节点处,且采用4个吊点左右对称,高于屋架的重心,使屋架起吊后能基本保持水平,不摇晃不倾翻.在屋架的两端拉设稳绳,吊装时由两名工人拉紧熘绳,以便于控制屋架转动.

2)屋架的吊装就位和临时固定

在屋架吊装前使用经纬仪和卡尺在柱顶测出定位轴线,检查相应柱头的间距和屋架的几何尺寸.屋架吊起离地面300mm左右时,将屋架转至吊装位置的下方,再将屋架提升到柱上方500mm左右,然后将屋架缓缓降至安装位置进行对位作业.吊机选用150t或80t履带吊.第一榀屋架的临时固定应准确可靠,采用每侧两根直径11mm的钢丝绳从两边拉牢的方法进行.第二榀屋架的临时固定用工具式水平支撑与第一榀屋架连接,以后各屋架与前一榀屋架采用相同方法连接.每榀屋架一边至少有两个工具式水平支撑.后续各屋架的位置和垂直度通过这些工具式支撑进行调整.每相邻两榀屋架吊装就位,经校正满足设计和规范要求并与柱顶按设计要求固定后,及时将屋架支撑系统杆件安装到位,使之成为一个相对独立的单元,取下工具式支撑,安装屋面檀条.

3)屋架固定

屋架两端与厂房柱的固定,上弦采用支托板焊接加永久螺栓的连接方法,下弦采用焊接的方法.支托板与屋架上弦端板的顶紧面必须保证有2/3以上接触面.安装螺栓孔不能任意用气割扩孔,永久性螺栓不得垫2个以上的垫圈,螺栓外露丝扣长度不少于2~3扣.[1]

4.5.4高强螺栓的保管与紧固

1)高强螺栓的保管:高强螺栓在使用时应轻装、轻卸,防止损坏螺纹.高强螺栓应按包装箱上注明的批号、规格分类保管,室内存放.堆放不宜过高.使用时应防止生锈和污染脏物.高强螺栓在安装使用前严禁任意开箱.当天剩余的螺栓必须妥善保管,不得乱扔、乱放.安装时不得将螺栓强行打入,防止损坏螺纹,扭矩系数发生变化.

2)高强螺栓的紧固:本工程所有柱、梁及支撑连接采用中国标准的钢结构用10.9级扭剪型高强螺栓,单轨吊车梁的连接采用普通螺栓.扭剪型高强螺栓的拧紧一般节点分为初拧、终拧.对于大型节点应分为初拧、复拧、终拧.初拧及复拧后的高强螺栓在螺母上涂黄色油漆然后用专用扳手进行终拧打掉梅花头.要求外露一个丝牙.高强螺栓在初拧、复拧和终拧时,应按照由中央顺序向两侧对称施拧.初拧、复拧及终拧应在同一天内完成.[2]

5施工设施

5.1结构安装设施

结构安装时人员上下采用钢爬梯,钢柱安装前在地面提前安装临时爬梯.直爬梯制作考虑标准化,每节爬梯长度5m,宽度400mm,用-40×4扁钢和Φ12圆钢制作,圆钢和扁钢打孔塞焊,踏步高度300mm,爬梯之间连接可使用螺栓连接,即在爬梯两端的扁钢上分别打两个Φ18mm的孔,用M16螺栓把两节爬梯连接起来.爬梯安装在柱子的小面上,以免影响钢梁的安装.爬梯与钢柱固定方法:爬梯上端以柱箍形式与钢柱固定,柱箍用∠63×6角钢和Φ16对拉螺栓制作,柱箍与钢柱之间夹垫4mm厚橡胶垫,爬梯与柱箍用螺栓连接,爬梯与钢柱间留出100mm距离爬梯详图及安装方法附图.为了方便人员的上下,厂房的正式楼梯应及时进行安装.

5.2构件安装平台

钢梁及支撑安装时,在节点位置应搭设操作平台,在每个梁柱结点处和两柱相接处均需安装操作平台,操作平台由柱箍、脚手板和防护栏杆组成,柱箍用∠63×6角钢和Φ20对拉螺栓制作,柱箍与钢柱之间夹垫4mm厚橡胶垫,角钢及螺栓的长度应根据钢柱截面尺寸加工,角钢应从柱边伸出800mm,以便于铺设脚手板和留出人员上下空隙.每个操作平台设两组柱箍、4块脚手板,四面安装围护栏杆,脚手板与柱箍的角钢绑扎牢固,与钢柱留出500mm空隙,便于施工人员上下并按规程搭设安全防护围栏,操作平台应在钢柱安装前进行安装.

5.3人员水平行走

安装人员在各层水平行走时,应在通道中通行.通道采用脚手板铺设,利用脚手管搭设水平防护栏杆.

6安全设施

6.1防人员坠落设施

防人员坠落主要从以下几个方面考虑:1)人员爬钢梯时,采用坠落自锁装置,解决钢爬梯无保护的问题.自锁装置使用时应注意不能装反.人员爬行时,自锁装置应始终在人员的上方.2)安装钢梁及支撑时,由于通道暂不能搭设,因此安装同钢柱连接的钢梁时,人员站在操作平台上,安全带挂在防护栏杆上.安装同主梁连接的钢梁及支撑时,主钢梁部位挂安全防护绳,人员将安全带挂在防护绳上行走.当主梁安装完成后应及时挂设安全网,并在结构外侧搭设挑网.

6.2防物体坠落设施

安装使用的工具,如扭矩扳手、过冲、扳手、撬棍、角磨机等应采用安全保护绳,防止坠落.使用的螺栓垫片等应放入工具袋.

7施工体会

1)基础的正确交安是关键的一项,只有交安准确才能保证结构安装的正确性.

2)安装钢柱时采用钢板凳定位销法与常规的预埋件、垫板安装法对比,具有简便易行、降低人工、机械成本以及工人的劳动强度、提高安全系数和工作效率等优点.

3)结构安装施工前还应重点考虑设备的供货、储存、码放等,只有合理安排组织构件的顺序,才能保证安装的顺利进行.

4)对于高强螺栓施工,初拧顺序及紧固力大小对螺栓紧固的均匀性有很大影响.通过对称初拧使构件连接板层密贴程度提高,保证各螺栓均匀受力,摩擦面性能得到充分利用,节点承载力提高.

5)施工安全设施的准备是安装顺利进行的保证.