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大型鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房施工探討

作者:周磊甜 沈志軍    
時(shí)間:2012-11-06 10:17:44 [收藏]
大跨度的工業(yè)廠(chǎng)房越來(lái)越多,鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房具有自重輕,跨度大,強度高,性能穩定,抗震性能好,安裝簡(jiǎn)便,造價(jià)低,施工周期短,造型美觀(guān)、現代感強,污染少和等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越多的被應用于現代重工業(yè)廠(chǎng)房中,因而逐漸取代了笨重的鋼筋混凝土結構
    關(guān)鍵詞:

    隨著(zhù)社會(huì )發(fā)展,科技進(jìn)步,工業(yè)化程度越來(lái)越高,工業(yè)建筑領(lǐng)域使用大噸位,大跨度的工業(yè)廠(chǎng)房越來(lái)越多,鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房具有自重輕,跨度大,強度高,性能穩定,抗震性能好,安裝簡(jiǎn)便,造價(jià)低,施工周期短,造型美觀(guān)、現代感強,污染少和等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越多的被應用于現代重工業(yè)廠(chǎng)房中,因而逐漸取代了笨重的鋼筋混凝土結構。但其設計和構造相對復雜,現就該類(lèi)結構進(jìn)行初步探討。
    關(guān)鍵詞  大噸位 大跨度 工業(yè)廠(chǎng)房

    1 引言
          山東北車(chē)風(fēng)電有限公司2010年施工的塔筒廠(chǎng)房,工裝法蘭廠(chǎng)房 
          建筑規模:長(cháng)度478m(露天169米),寬144.5m檐口高度19.85m
          起 重 機:雙層32-80T橋式起重機
          結構形式:?jiǎn)慰?0m~37m,單層全鋼結構,柱距8m~9m,屋面坡度5%
          見(jiàn)圖1
     

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    圖1 大型鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房施工 平面圖


          主體鋼結構施工包括鋼柱、吊車(chē)梁、鋼梁、的校正、焊接、吊裝、和高強螺栓固定、壓型鋼板安裝等工序。

    2 施工過(guò)程:
          鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房的施工分兩部分:1.工廠(chǎng)制作;2.工地安裝。

    2.1件在工廠(chǎng)制作
          對能批量加工,需要大型設備的部件制作都放在專(zhuān)業(yè)鋼結構工廠(chǎng)制作,制作完成后運到工地現場(chǎng)安裝,這也是鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房的施工區別混凝土結構施工的重要一點(diǎn)。

    2.1.1放樣過(guò)程
          放樣是鋼結構制作工藝中的第一道工序,只有放樣尺寸精確,方可避免以后各加工工序的累積誤差,才能保證整個(gè)工程的質(zhì)量,因此對放樣工作,必須注意以下幾個(gè)環(huán)節:放樣前必須熟悉圖紙,并核對圖紙各部尺寸有無(wú)不符之處,與土建和其他安裝工程有無(wú)矛盾,核對無(wú)誤后方可按施工圖紙上的幾何尺寸、技術(shù)要求,按照1:1的比例畫(huà)出構件相互之間的尺寸及真實(shí)圖形。樣板制出后,必須在上面注上圖號、零件名稱(chēng)、件數、位置、材料牌號、規格及加工符號等內容,使下料工作不致發(fā)生混亂,同時(shí),必須妥善保管樣板防止折疊和銹蝕,以便進(jìn)行校核。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,防止由于下料不當造成廢品,樣板應注意適當預放增加余量。利用XSTEEL鋼結構細化軟件,對鋼結構進(jìn)行整體深化設計,縮短了深化周期,提高了準確性,減少了材料損耗,經(jīng)濟效益明顯。

    2.1.2拼接過(guò)程
          拼板時(shí)應注意:①適當放出余量,這是由于下料切割時(shí)焊縫有一定的收縮量,自動(dòng)切割縫為2mm,手工切割縫為3mm;②拼板焊接前應清除焊縫口銹蝕、油跡、毛刺等,按要求開(kāi)好坡口,單面坡口50°~60°之間,純邊高度1.5mm~2mm,焊縫、焊劑、焊絲保證清潔確保焊接質(zhì)量。

    2.1.3CNC(數控機床)切割
          (1)CNC切割必須按照下料圖要求制作角度樣板,經(jīng)檢查無(wú)誤后方可使用;
          (2)考慮割切、焊接的收縮余量及組裝誤差,長(cháng)度一般應放20mm~30mm,切割寬度誤差±1mm;
          (3)編程后,切割機應空機運行,檢查并記錄運行軌跡是否與下料尺寸相符,無(wú)誤后即可切割;
          (4)根據板厚隨時(shí)調節火焰大小、氧氣壓力和切割速度,確保切口光順平滑;

    2.1.4組立過(guò)程
          (1)當翼腹板有對接焊縫時(shí),組立應注意翼腹板焊縫錯開(kāi)200mm以上。
          (2)確保腹板對翼板的中心線(xiàn)垂直度偏差為b/100且≤2mm,中心線(xiàn)偏移≤1mm。翼腹板間隙應≤0.8mm,以滿(mǎn)足埋弧焊的需要。
          (3)定位焊間距一般為300mm~400mm,焊縫高度不超過(guò)設計縫厚度的2/3,焊條型號應與構件材質(zhì)相匹配。
    梁柱連接為弧形板加強全焊節點(diǎn),節點(diǎn)區域受力大,質(zhì)量要求高,采用等離子弧焊工藝和二氧化碳氣體保護焊,減小焊接變形和殘余應力,確保焊接質(zhì)量。

    2.1.5鋼結構制孔
          制孔鋼結構安裝時(shí)所留A、B級螺栓孔應具有H12的精度,孔壁表面的粗糙度Ra不應大于12.5μm,螺栓孔的允許偏差超過(guò)上述標準,不得用鋼塊填塞,可采用與母材料性質(zhì)匹配的焊條補焊,再重新制孔。制孔方法采用鋼模鉆孔,各種鉆孔全部采用鉆床鉆孔以提高工作效率,保證構件的質(zhì)量。

    2.2鋼構件在工地安裝
       

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    2.2.1地腳螺栓的埋設
          底板在土建施工的同時(shí)要穿插地腳螺栓的埋設或插入鋼柱的安裝,鋼柱埋設或地腳螺栓就位后土建單位才進(jìn)行相關(guān)施工。地上部分全鋼結構施工,鋼結構先行,土建、安裝等單位隨后。但是鋼結構的施工必須與土建單位密切配合,這樣既有利于整體結構的穩定性,也有利于整體施工的流水作業(yè)。
          鋼柱生根在埋設的地腳螺栓或直接安裝在鋼梁上。每一根鋼柱一般由6根或8根螺栓組成。安裝時(shí)需要每組螺栓組合在一起,整體進(jìn)行埋設。埋設步驟如下:測量放線(xiàn):首先根據原始軸線(xiàn)及標高控制點(diǎn)對現場(chǎng)進(jìn)行軸線(xiàn)和標高控制點(diǎn)的延引,然后根據控制線(xiàn)測放出的軸線(xiàn)再測放出每一個(gè)埋件的中心十字交叉線(xiàn)和至少兩個(gè)標高控制點(diǎn);每一根鋼柱預埋螺栓的框架全部預先進(jìn)行加工制作,采用角鋼將預埋螺栓固定為一個(gè)整體。預埋螺栓的制作精度要求預埋螺栓中到中的間距≯2mm,預埋螺栓頂端的相對高差≯2mm;埋螺栓在底板鋼筋綁扎過(guò)程中,根據測放出的軸線(xiàn),將預埋螺栓整體就位。首先找準埋件上邊四根固定角鋼的縱橫向中心線(xiàn),使其與測量定位的基準線(xiàn)吻合,然后用水準儀測出埋件四個(gè)角上螺栓頂面的標高,高度不夠時(shí)在埋件下四個(gè)角用鋼筋或者角鋼抄平。
          預埋螺栓埋設質(zhì)量不僅要保證埋件埋設位置準確,更重要的是固定支架牢固,為了防止在澆灌砼時(shí)埋件產(chǎn)生位移和變形,除了保證埋件整體框架有一定的強度以外,還必須采取相應的加固措施,先把支架底部與底板鋼筋綁扎固定,四邊加設剛性支撐,一端連接整體框架,另一端綁扎在底板的鋼筋上;待底板鋼筋綁扎完畢,再把預埋件與底板構造鋼筋焊接為一個(gè)整體,在螺栓固定后對埋件的位置及標高進(jìn)行復測。
          地腳螺栓在砼澆灌前應再次復核,確認其位置及標高準確、固定牢靠后方可進(jìn)入;螺紋上涂黃油并包上塑料紙,澆灌過(guò)程中,要派專(zhuān)人對其進(jìn)行監控,對澆注過(guò)程中出現位移和偏差的埋件,用倒鏈或千斤頂在砼初凝前及時(shí)糾正;地腳螺栓的埋設精度,直接影響到結構的安裝質(zhì)量,所以埋設前后必須對預埋螺栓的軸線(xiàn)、標高及螺栓的伸出長(cháng)度進(jìn)行認真的核查、驗收。標高以及水平度的調整一定要精益求精。對已安裝就位的地腳螺栓,嚴禁碰撞和損壞,鋼柱安裝前要將螺紋清理干凈,對已損傷的螺牙要進(jìn)行修復。土建施工時(shí)一定要注意成品保護,避免使安裝好的地腳螺絲松動(dòng),移位。

    2.2.2鋼柱吊裝
          2.2.2.1鋼柱吊裝就位 順序 見(jiàn)圖2
     

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    圖2 大型鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房施工 鋼柱吊裝就位順序


          鋼柱的安裝需在埋設地腳螺栓澆灌完砼后。安裝鋼柱時(shí)預留部分后澆灌砼 見(jiàn)圖3,最后固定。安裝前要對預埋件進(jìn)行復測,并在基礎混凝土上進(jìn)行放線(xiàn)。根據鋼柱的底標高調整好螺桿上的螺帽,并在鋼柱上打好沖眼,以方便校正。然后鋼柱直接安裝就位。鋼柱的起吊,采用單機回轉法。起吊前,鋼柱應橫放在墊木上,柱腳板位置墊好方木,起吊時(shí),不得使柱子在地面拖拉,必須邊起鉤、邊轉臂使鋼柱垂直離地。
          鋼柱吊升到位后。首先將鋼柱底板穿入地腳螺栓,放置在調節好的螺帽上,并將柱的四面中心線(xiàn)與基礎放線(xiàn)中心線(xiàn)對齊吻合,四面兼顧,中心線(xiàn)校準確,使偏差控制在規范許可的范圍以?xún)葧r(shí),穿上壓板,將螺栓擰緊。埋入式柱腳安裝 見(jiàn)圖4,就位后,需用墊鐵調整準確標高。用經(jīng)緯儀進(jìn)行柱子垂直度的校正。鋼柱吊裝插入基坑就位后,柱子校正工作主要是對標高進(jìn)行調整和垂直度進(jìn)行校正 見(jiàn)圖5:它的校正方法采用纜風(fēng)繩、螺旋千斤頂 見(jiàn)圖6、正反螺紋撐桿、大型撬杠,對鋼柱施加拉、頂、撐或撬的垂直力和側向力,同時(shí)采用不等厚墊鐵,在柱板與基礎之間調整校正后固定。
     
     

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    利用設置在縱橫軸線(xiàn)上的兩臺經(jīng)緯儀,對柱子的水平位置進(jìn)行處理,確認無(wú)誤后進(jìn)入下一步工作。見(jiàn)圖6

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    鋼柱校正完畢后,應及時(shí)催促土建單位對柱底板和基礎頂面之間的空隙進(jìn)行混凝土二次澆灌。鋼柱定位后應及時(shí)將墊板、螺帽與鋼柱底板點(diǎn)焊牢固。

    2.2.3柱間支撐安裝
          吊裝時(shí)避免散件安裝時(shí)對操作腳手要求,減少高空拼裝和可能產(chǎn)生的變形,柱柱間支撐拼成整體吊裝,柱間支撐盡量在工廠(chǎng)進(jìn)行分片分段拼裝,分片分段運至施工現場(chǎng),現場(chǎng)對分段的支撐進(jìn)行組裝后吊裝。不便在工廠(chǎng)進(jìn)行拼裝的柱間支撐,現場(chǎng)拼裝位置在吊裝位置附近進(jìn)行,地面拼裝應完成全部的焊接連接。以方便吊裝和減少高空散件安裝為基本原則。
    為便于拼裝和吊裝,本工程柱間支撐的拼裝采用分片拼裝和吊裝,如A軸線(xiàn)上柱間支撐分片拼裝和吊裝的分片 見(jiàn)圖7:

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    柱間支撐的拼裝采用在地面臥拼的方式拼裝,拼裝主要應保證桿件的接口位置準且,外形尺寸與圖紙吻合,對角線(xiàn)尺寸正確無(wú)誤。
          先吊裝下支撐,后吊裝上支撐,柱間支撐的吊裝在鋼柱吊裝完成,并校正完畢后進(jìn)行,柱間支撐的吊裝放在吊車(chē)梁系統安裝之前。

    2.2.4吊車(chē)梁吊裝
          吊車(chē)系統的安裝。吊車(chē)梁的安裝必須嚴格按規范從柱間支撐跨進(jìn)行,因為柱間支撐安裝連接后已經(jīng)事先形成了一個(gè)比較穩定的安全的剛度空間單元,這時(shí)從此處開(kāi)始施工,能保證吊車(chē)梁的安裝不會(huì )影響到柱子的垂直度,同時(shí)也是保證安全施工的措施。吊裝梁一般采用分件吊裝法,對鋼吊車(chē)梁?jiǎn)螜C吊裝和雙機抬吊的吊裝綁扎。見(jiàn)圖8.
     

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    在安裝過(guò)程中,對端部截面誤差較大的吊車(chē)梁底部要設置調整墊板,該墊板在吊車(chē)梁系統調整完后應焊接固定。制動(dòng)系統的連接應在吊車(chē)梁調整固定后正式連接。當制動(dòng)板與吊車(chē)梁連接的時(shí)候,為了避免連續施焊對高強度螺栓的影響,應先將制動(dòng)板與吊車(chē)梁初步固定然后調整輔桁架,在制動(dòng)板采用點(diǎn)焊的方式固定后,再從中間到兩側終擰高強螺栓。

    3.2.5鋼梁吊裝
          3.2.5.1吊裝前準備:
          (1)由于施工現場(chǎng)場(chǎng)地有限,請求甲方聯(lián)系相關(guān)部門(mén)在吊裝作業(yè)期間,對建筑物一側道路斷道。
          (2)鋼構件在吊裝前運至施工現場(chǎng),在施工現場(chǎng)進(jìn)行拼裝。
          (3)鋼架上連接件全部焊完,焊道檢驗合格,鋼架支撐及系桿準備齊全。
          (4)吊裝人員經(jīng)過(guò)吊裝安全教育,吊裝指揮人員有特種作業(yè)證,全部焊接人員及保證人員進(jìn)行技術(shù)交底。
          (5)施工場(chǎng)現場(chǎng)地雜物、障礙清理,吊車(chē)運行通暢,吊裝站位無(wú)影響。
          (6)主要構件吊裝前,必須切實(shí)做好各項準備工作,包括場(chǎng)地的清理,道路的修筑、基礎的準備、構件的運輸、就位、堆放、拼裝、加固、檢查清理、彈線(xiàn)編號以及吊裝機具的準備等。

    3.2.5.2安全操作技術(shù)要求:
          (1)鋼結構安裝前對全體人員進(jìn)行詳細的安全交底,參加安裝的人員要明確分工,并結合現場(chǎng)具體情況提出保證安全施工的要求。上下交叉作業(yè),要做到“三不傷害”,即:“不傷害自已,不被別人傷害,不傷害別人”。距地面2m以上作業(yè)要有安全防護措施。
          (2)吊裝作業(yè)場(chǎng)所要有足夠的吊運通道,并與附近的設備、建筑物保持一定的安全距離,在吊裝前應先進(jìn)行一次低位置的試吊,以驗證其安全牢固性,吊裝的繩索應用軟材料墊好或包好,以保證構件與連接繩索不致磨損。構件起吊時(shí)吊索必須綁扎牢固,繩扣必須在吊鉤內鎖牢,嚴禁用板鉤鉤掛構件,構件在高空穩定前不準上人。
          (3)吊機吊裝區域內,非操作人員嚴禁入內,把桿垂直下方不準站人。吊裝時(shí)操作人員精力要集中并服從指揮號令,嚴禁違章作業(yè)。起重作業(yè)應做到“五不吊”:
          1) 手勢指揮不清不吊。
          2) 重量不明不吊。
          3) 超負荷不吊。
          4) 視線(xiàn)不明不吊。
          5) 捆綁不牢或重心不明不吊。
          (4)操作業(yè)人員在進(jìn)行高處作業(yè)時(shí),必須正確使用安全帶,安全帶一般應高掛低用,即將安全帶繩端的鉤環(huán)掛于高處,而工人在低處操作。
          (5)在高處使用撬杠進(jìn),工人應一手扶住,一手操作。
          (6)地面作業(yè)人員必戴安全帽,吊裝場(chǎng)地作警戒標致,高處操作人員使用的工具應放在隨身的工具袋內,不可隨意向下丟擲。
          (7)構件安裝后,必須檢查連接質(zhì)量,只有連接確實(shí)安全可靠,才能松鉤或拆除臨時(shí)固定工具。受拉受剪焊縫要達到滿(mǎn)焊,焊縫高度符合設計要求,方可松鉤。
          (8)參加安裝的各專(zhuān)業(yè)工種必須服從現場(chǎng)統一指揮,負責人在發(fā)現違章作業(yè)時(shí)要及時(shí)勸阻,對不聽(tīng)勸阻繼續違章操作者應立即停止其工作。

    2.2.5.吊裝工藝:
          (1)吊裝方法:由于屋面鋼梁跨度為30米~37米,最大重量4.4噸,高跨鋼梁安裝高度19.85米,故采用整體吊裝方法,即:將整榀鋼架在地面拼裝成一個(gè)整體 見(jiàn)圖9,然后整體吊裝就位 見(jiàn)圖10,避免在建筑物頂部進(jìn)行二次拼裝和吊裝作業(yè)。
     

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    (2)工藝流程:
     

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          (3)吊裝用鋼絲繩計算:
          1)鋼絲繩采用交互捻鋼絲繩,避免吊裝作業(yè)時(shí)扭結和旋轉,所有構件均采用兩點(diǎn)綁扎。
          2)繩選用按公式:[Fg]=aFg/K 計算
          其中K——安全系數,作捆綁吊索取值范圍8-10 ,取10
          a——破斷拉力換算系數鋼絲繩結構6×19為0.80
          [Fg]——允許拉力 兩點(diǎn)起吊取2.5/2=1.25t
          Fg=[Fg]*k/a=1.25*10/0.8=1.56t 
          查表6×19鋼絲繩選用:直徑18mm 
          鋼絲繩使用前要認真檢查,不許有斷絲現象。綁捆應用卡環(huán),卡環(huán)規格采用型號為1.7。鋼繩綁捆鋼桁架鋼梁應用15mm厚橡膠板將H棱角加墊,起吊防止棱角對鋼絲繩產(chǎn)生過(guò)大的剪力。
          溜繩采用白棕繩,直徑φ14~16mm均可以。

    2.2.6高強螺栓安裝
          工程中使用的螺栓的材料規格及其性能,均應符合設計及規范要求。所有螺栓均按規格型號分類(lèi)儲放,妥善保管,避免因受潮、生銹、污染而影響其質(zhì)量,開(kāi)箱后的螺栓不得混放、串用,按計劃領(lǐng)用。施工未完的螺栓要及時(shí)回收。高強螺栓連接副的緊固軸力平均值和變異系數、螺栓保證載荷、螺母、墊圈硬度檢測在工廠(chǎng)進(jìn)行;監理、安裝單位共同參加。關(guān)于摩擦面的抗滑移系數抽檢,在工地進(jìn)行,由制造廠(chǎng)按規范提供試件。
          檢查和清除摩擦面上的鐵屑、浮銹等污物。摩擦面上不允許存在鋼材卷曲變形及凹陷等現象。認真注意和處理連接板的緊密貼合,對因鋼板厚度偏差或制作誤差造成的接觸面間隙,1mm以下不作處理;3mm以下將高出的一側磨成1:10的緩度,使間距小于1.0mm;3mm以上加墊板,墊板厚度不小于3mm,最多不超過(guò)三層,墊板材質(zhì)和摩擦面處理方法應與構件相同。
          高強螺栓不能自由穿入螺栓孔位時(shí),用沖桿或鉸刀修正擴孔后再插入,修擴后的螺栓孔最大直徑應小于1.2倍螺栓公稱(chēng)直徑。雨、雪天不得進(jìn)行高強螺栓安裝,摩擦面上及螺栓上不得有水及其它污物。并要注意氣候變化對高強螺栓的影響。高強螺栓分兩次擰緊。第一次初擰到標準預拉力的60-80%,第二次終擰到標準預拉力的100%。
          初擰時(shí)當構件吊裝到位后,將螺栓穿入孔中,然后用手動(dòng)扳手或電動(dòng)扳手擰緊螺栓,使連接面接合緊密。終擰時(shí)螺栓由電動(dòng)剪力扳手完成,其終擰強度由力矩控制設備來(lái)控制,確保達到要求的最小力矩。當預先設置的力矩達到后,其力矩控制開(kāi)關(guān)就自動(dòng)關(guān)閉。剪力扳手的力矩設置好后只能用于指定的地方。裝配和緊固接頭時(shí),從安裝好的一端或剛性端向自由端進(jìn)行。高強螺栓的初擰和終擰,均按照緊固順序進(jìn)行。緊固從螺栓群中央開(kāi)始,順序向外側進(jìn)行。扭剪型高強螺栓,在終擰完成后檢查時(shí),以擰掉尾部為合格。

    3、節能環(huán)保
          環(huán)境保護工措施
          防治施工噪聲污染。
          防治油漆污染。廢油漆桶集中回收。
          焊條頭集中回收,邊、角料集中回收。

          4、結束語(yǔ)
          根據工程質(zhì)量要求高、工期緊、交叉施工的工程特點(diǎn),采用了超常規的新工藝、新安裝技術(shù)。新組織管理法,精心組織,精心施工,按工程要求完工。安全管理卓有成效,沒(méi)有發(fā)生任何輕傷及以上事故。2010年4月10日,通過(guò)了鋼結構主體工程的驗收:工程質(zhì)量符合鋼結構施工質(zhì)量驗收規范,符合設計文件及合同要求,工程質(zhì)量合格。鋼結構工程質(zhì)量好,進(jìn)度快,收到建設單位、設計單位、監理單位的表?yè)P及各方的好評。

    參考文獻 :
          【1】現行建筑施工規范大全. 北京:中國建筑工業(yè)出版社 2002.
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          【7】鮑廣鑒. 鋼結構施工技術(shù)及實(shí)例.北京:中國建筑工業(yè)出版社 2005.
          【8】盧  喬. 大型鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房施工測量技術(shù).南方金屬 2003

          作者簡(jiǎn)介:周磊甜(1981~),浙江中南建設集團鋼結構有限公司,設計
          聯(lián)系地址:杭州市濱江區長(cháng)河街道(310052)
     


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