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大跨度超高重型钢结构厂房关键施工工艺及重难点

发布时间:2021/04/13 点击量:
常州西电特高压变压器厂房属于典型的大跨度超高重型钢结构,具有一定的施工难度。结合工程实际,根据大跨度、超高、重型钢结构的特点,对施工方案和流程进行优化,并对关键施工工艺进行控制,最终,工程的施工质量和经济效益均获得了明显提高,为类似工程的实施提供了借鉴。
 
一、工程概述
 
常州西电特高压变压器厂房,是由5个单体组成的高低跨结构(图1)。以⑥轴为伸缩缝,其中①~⑥轴以大装配车间为主(图2),双肢格构柱、H型钢梁,柱距12m,跨度37m,柱顶标高36.5m;⑦~16轴以高压试验大厅为主(图3),双肢格构柱、螺栓球网架屋盖,柱距9.0m,跨度53.6m,支撑网架格构柱顶标高41.7m。厂房平面尺寸138.6m×82.0m,工程总质量5000t。
 
厂房三维示意
图1 厂房三维示意

①~⑥轴大装配车间立面
图2 ①~⑥轴大装配车间立面

⑦~16轴高压试验大厅立面
图3 ⑦~16轴高压试验大厅立面
 
二、重难点分析
 
1)结构高、跨度大:本工程属于典型的大跨度超高重钢厂房,高空作业给施工和吊装带来很大难度。
 
2)格构柱超限:双肢格构柱最大单件质量达60t,长度45m,属于超限构件,因此双肢格构柱吊装及施工流程的选择是本工程重点。
 
3)大跨度超高空间网格结构:试验大厅屋面网架跨度53.6m,长81m,安装标高41.7m,网架结构自重达70kg/㎡,提升总质量约400t,此类大跨高层空间网格结构自重大、构件数量多,应选择安全可靠、经济合理的施工方案和技术保证措施。
 
4)屋面反吊板:根据设计要求,本工程屋面底板设在檩条下方,底板高空反吊施工技术要求较高。
 
三、施工方案优化
 
根据工程特点和重难点分析,结合施工模拟计算,施工方案经反复优化比较后确定为:格构柱“车间整体制作,整体运输,现场整榀吊装”,利用履带吊主副机旋转吊装施工技术。根据以往类似工程成功经验,网架结构在地面预设胎架,拼装成整体后,利用“液压同步提升施工技术”将其一次提升到位。屋面底板反吊时,直接利用行车搭设脚手架作为滑移施工平台,底板分单元顺序施工。
 
采用上述综合施工技术,主要构件均在工厂和地面完成拼装和焊接,大幅度降低现场和高空施工作业量,拼装精度高,质量、安全和工期得到可靠的技术保障。厂房主体结构施工采用分件安装法,按照“先主后次、先高跨后低跨”顺序施工,具体施工流程为:基础复测→钢柱、柱间支撑→屋面网架提升(试验大厅)→吊车梁→屋架钢梁及屋面支撑→屋面墙面围护结构,总体施工顺序流程见图4。
 
总体施工流程
图4 总体施工流程
 
四、关键施工工艺控制
 
1、双肢格构柱吊装
 
1)吊耳设计
 
双肢H型钢格构柱,外形尺寸长45m、宽5.55m、高1.92m,单重60t,属于超长、超重构件,吊耳设计除考虑吊重外,还应考虑钢丝绳避开柱顶悬挑钢梁牛腿、柱侧檩托板等不利因素,为此钢柱采用平衡梁2点吊装法。格构柱顶肩梁外侧焊接临时悬挑牛腿作为2个主机吊耳(图5),柱底杯口上方2m处设2个副机吊耳,吊装吊耳和钢柱变形经有限元模拟计算,吊耳还应考虑钢柱高空旋转时受力方向的变化。
 
主吊耳
图5 主吊耳
 
2)吊装工艺流程
 
格构柱主要吊装工艺流程为:200t主机+50t副机,钢柱同步水平起吊离地→主副机配合,钢柱由水平向竖直状态旋转→待钢柱旋转至竖直安装状态,副机脱钩、主机吊装移送至杯口→张拉缆风绳,柱脚调节固定,经纬仪测量找正无误后,浇筑混凝土。
 
2、网架整体提升
 
1)地面预拼装
 
网架地面拼装要点:预设钢管定位轴线胎架;网架下弦悬挂吊车,网架应预起拱;高强螺栓必须拧紧到位,并逐一检查,以确保网架挠度和拼装质量。网架附属构件,包括检修马道、屋面檩条、吊车轨道等地面预先安装完成,与网架同步提升,减少高空作业量。
 
2)提升吊点
 
a)上吊点设计。双肢格构柱肩梁及上节柱经计算后,可直接作为提升支架受力支撑结构(图6),提升支架前立柱为双肢管柱,通过缀条与上节柱翼缘焊接,与格构柱形成空间稳定的整体结构体系,提升横梁搁置在后立拉杆和扁担梁上,端部开孔,穿提升器和钢绞线作为上吊点。
 
提升支架
图6 提升支架
 
b)下吊点设计。网架提升下吊点采用临时三角锥体(3杆1球),与网架单元地面拼装成整体,为减少提升高度,避免钢绞线与网架内杆件相碰,下吊点设置在网架下弦空隙内(图7)。
 
下吊点
图7 下吊点
 
上下吊点沿高度必须对齐,避免网架提升偏位,钢绞线从上吊点穿过提升器上拔,再与下吊点提升地锚可靠连接。
 
3)网架液压提升
 
根据结构受力计算情况,网架提升吊点需配置10台TLJ-600型(额定提升能力60t)提升器,各吊点均配置4根φ17.8mm的钢绞线(单根破断拉力35t),提升动力系统由2台60kW的液压变频泵站提供(图8)。根据《重型结构和设备整体提升技术规范》规定,提升器安全系数为1.25,钢绞线安全系数为2.0。网架地面拼装完成验收合格后,先预提升脱离胎架100mm,静置12h,检查无误后正式提升,提升到设计标高后,周边杆件高空二次嵌补,整体验收合格,提升器卸载拆除。网架提升前做好施工通道、安全网等高空安全技术保证措施。
 
试验大厅网架提升吊点示意
图8 试验大厅网架提升吊点示意
 
3、屋面底板反吊施工
 
为方便高空作业,重型行车一般在屋面板施工前已吊装就位,在下层板反吊施工时,可直接利用行车搭设施工操作平台(图9),底板按照单元分区逐条安装,移动行车,直至安装结束,有效降低施工成本。操作平台采用钢管扣件式脚手架,严格按照JGJ130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》,做好平台周边安全防护,平台与行车连接处采取保护措施。
 
行车移动操作平台
图9 行车移动操作平台
 
五、现场施工效果
 
现场施工质量经实测检查,偏差最大值全部符合设计和规范要求,施工质量安全可靠。
 
结语
 
本工程施工实践经验表明:结合工程特点和难点,采取科学合理的施工技术措施,做到方案先行,关键工艺可控,既节约工期,又确保施工质量。本文先容的特高压重钢厂房施工技术,具有一定的推广实用价值。
 
编辑概况:蔡小平(1972—),男,本科,高级工程师。
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