狭窄空间大型钢结构制作安装优化

狭窄空间大型钢结构制作安装优化

作者：荆金霞王雷沈建伟

来源：《中国建筑金属结构·下半月》2013年第05期

摘要：为调整产品结构，冶金企业常在企业原有生产线上增加新的冶炼工艺，因此往往新增设施的施工会受到空间和时间的限制即原有车间结构上和生产安排上的限制，尤其是遇到大型钢结构构件施工，必须在详图设计时分解成为数不等、大小不一的小型构件，现场组装后再进行安装。本文主要讲述了某钢厂高跨框架的分段制作，现场组装、安装工艺。

关键词：框架钢结构；详图设计；tekla建模；分解组装；安装

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）05-0047-02

随着国内工业不断发展整合，冶金行业也在不断的对产品结构进行调整以适应发展需求，现有老旧设施不断淘汰、改进、升级、更换。但是这些改造、升级往往受到既有空间和生产工艺的约束，尤其是大型工艺设施钢结构框架的施工受场地和生产状况的影响最大，要求在有限的空间内安装很多大型设施，施工难度相当大，针对这种现状，我们在不断摸索和前进中总结了一套施工方法，即对施工对象进行二次深化设计，将原大型构件合理分解成若干小构件制作、运输，在现场组装安装，能有效的利用现有空间，不损伤原有结构，下面以莱钢炼钢厂厂房内新建高跨框架为例进行阐述。

1 工程介绍

某炼钢厂新建的转炉高跨框架位于原有厂房内部，主要构件为钢架1和钢架2，两榀钢架全部采用钢板焊接而成，每榀钢架宽16m，地上部分标高59.4m，总长60.9m，其中钢架1重414.23t，钢架2重290.46t（见图1）。两榀钢架之间根据每层平台高度均有相应梁及支撑连接。施工安装空间为原车间屋面拆除两跨后24m×54m的长方形区域，四周都是厂房及生产设备，冶炼设备正常生产。为保证施工材料顺利运到安装地点，我们拆除了车间1和车间2之间的墙。构件自车间1外的道路运到车间一后，再经墙洞运至车间2的施工区域（见图2）。

2 施工步骤

2.1 建立tekla模型，深化原设计

2.1.1 建立tekla模型

Tekla是专门的钢结构深化设计软件，利用tekla将原设计建立成模型，不但能够直接生成施工图、材料表也能让设计直观化，更方便的进行构件分解，因此首先组织力量将原设计绘制成tekla模型。

2.1.2 根据Tekla模型进行构件分解

构件单元分解的越小，越方便运输，但却增加了现场组装和安装的时间，而且使安装质量控制难度增大，因此必须寻找一个最优分解思路。在原设计绘制成tekla模型后，根据设计要求、安装现场勘查和制作场地到施工现场的道路最大转弯半径，将钢架分解成若干个零部件。首先考虑以原设计焊缝为分解点，若以其他部位为分解点要考虑现场施焊的受力，避免焊接应力过于集中。以钢架2为例，根据tekla模型及设计图先将两颗最重的钢柱从模型中分解出来，分解点设置在柱梁连接处（见图3），此处在现场安装就位后焊接。以分解出来的钢柱为对象，结合制作现场、运输过程、安装位置方法以及环境影响等因素，将钢柱在①②③处分解，将左侧柱分成3段，右侧柱分成两段（如图1）分开制作，现场组装（①处分解点将翼缘板与腹板焊缝错开以防应力集中）。上部支撑系统（两颗小钢柱、次梁）依次分解出来，并根据环境状况组成适合安装和运输的组合构件。以上工作完成后构件按照组装安装的先后顺序编号。

2.2.1 钢架2组装、安装

（1）钢柱组装。为便于运输和安装，分解构件2以①②为分解节点分成三段在场外进行制作，制作完成后运至施工现场，将下部两段组装成为一体（见图5）；分解构件1以③为分解点分成两段制作，同样制作完成后，运至现场再组装为一体。由于安装时需要大型吊装工具，以此预组装时应考虑吊车站位和吊装方式，这里根据现场确定柱头在东侧，柱脚朝向现场入口位置，便于一次起吊（见图6）。

（2）下段大钢柱和两颗钢柱间的钢梁即分解构件3、分解构件4安装后，在现场组装平台上将小钢柱及钢梁进行拼接组装成分解构件5进行安装。考虑到生产时间及安装时间的矛盾，确定将分解构件4上侧的四根钢梁及两根支撑立柱组合成井字形整体，一次吊装就位。

2.2.2 钢架2组装件安装

构件安装的一般原则：离施工现场入口由远及近、自下而上的顺序对高跨框架进行安装，安装工艺流程如图7所示。

（1）钢柱安装。下段钢柱重达168t，安装需要两台吊车配合吊装。主吊车设置在基础位置，主钩吊装点设置在钢柱顶部用于钢柱吊装、起高。辅助吊车设置在现场组合钢柱的柱脚位置，吊装点设置在钢柱柱脚位置以辅助钢柱起吊。两台吊车同时起吊，速率相同，待柱脚离地后，辅助吊车暂停起高，主吊车继续起高，辅助吊车缓慢旋转，慢慢移动直至钢柱完全垂直于地面后，撤掉辅助吊车。主吊车继续缓慢旋转作业，将钢柱吊至安装位，缓慢落在基础上，在此过程中人工辅助将钢柱柱脚地脚螺栓口与基础地脚螺栓对齐找正。钢柱基本就位后，再利用水准仪、经纬仪通过调整柱脚垫铁将钢柱进行精找正，确保钢柱标高、轴线、垂直度符合要求后将地脚螺栓拧紧，将垫铁焊接固定，并在钢柱四周设置四条缆风绳固定好，再次确认安装质量和安全后，主吊车松钩。另一侧用同样的方法将钢柱安装就位，最后进行基础灌浆。

（2）底部横梁安装。底部三根大梁即分解构件3、分解构件4、分解构件5依次利用吊车安装就位。

（3）钢柱上部结构安装。下段钢柱、主横梁安装完成后，整个结构已具备稳定的结构，此时进行左侧上部主钢柱安装就位，安装过程利用仪器不断调整，确保钢柱的垂直度。

（4）上部支撑柱及次梁安装。上部次梁及支撑柱安装采用组合式安装方法，即将小钢柱及次梁组装成井字形，一次性安装就位、焊接。

2.2.3 钢架1安装

钢架1采用与钢架2相同的安装方法，先进行钢柱的安装，再进行钢梁的安装，结构稳定后再进行上部组合件的安装。流程如下：钢架1东侧柱安装→钢架1与钢架2间第一层平台梁安装→钢架1与钢架2间第二层平台梁安装→钢架1西侧柱安装→钢架1西侧柱与钢架2间第一层平台梁安装→钢架1西侧柱与钢架2间第二层平台梁安装→钢架1间各层平台梁焊接。

2.2.4 安装其他平台梁及支撑构件

两榀钢架安装完成后自下而上逐步安装其他平台梁及支撑构件。

3 结语

现阶段，为适应市场，越来越多的设施需要不断改造、建设，但往往受制于前期厂房、生产条件的限制，特别是像文中提到的在原有钢结构厂房内安装大型钢架的情况已经非常普遍，这种施工难度特别大的工程要求是施工单位具有的技术能力同样很高。因此，这种大型构件的分解组合的合理性对施工进度及成本影响巨大，我们通过Tekla软件将原设计深化加工、分解重组能有效的降低成本，缩短工期并取得了较大的经济效益。

（编辑：蒋东旭）