關(guān)于沿海地區(qū)超大直徑倉體施工工藝改進(jìn)的分析研究

郭 紅 （中鋁萬成山東建設(shè)有限公司，山東 淄博 255000）

1 引言

在工業(yè)建筑中，儲罐、槽、倉等大型非標(biāo)設(shè)備是施工工藝中不可缺少的重要部分。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，為了滿足存儲的需求，這些非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計尺寸也越來越大，施工難度也逐漸加大，因此，如何高效安全的完成該類項目的施工是業(yè)界一直關(guān)注的話題。由我單位承建的200萬噸氧化鋁及配套項目中的氧化鋁倉土建及安裝施工內(nèi)容，位于南方沿海地區(qū)，易受大風(fēng)天氣影響，因此探討在越來越大的單體鋼構(gòu)施工中，如何全面分析改進(jìn)倒裝法工藝，更好的發(fā)揮機械化施工的優(yōu)點，并提高施工安全性。

2 倒裝法介紹

2.1 電動葫蘆配合立柱

目前在倒裝法提升施工中，應(yīng)用比較多的兩種設(shè)備裝置：一是利用電動葫蘆；二是利用液壓提升器[1]。電動葫蘆配合立柱的施工方法，通常是在儲罐中心設(shè)置中心柱，與圓周上提升柱用拉條連接，立柱與立柱之間焊接環(huán)向支撐，以此形成穩(wěn)定受力結(jié)構(gòu)。但是此方法有兩點不足，一是電動葫蘆提升的同步性較差，二是通常適用于直徑較小的槽體[2]。對于本工程36m直徑的倉體，中心拉花因距離太長，起不到作用，因此無法采用此方法。

2.2 立柱式液壓提升裝置

與電動葫蘆種種不足相比，液壓立柱提升裝置具有顯著的優(yōu)越性，其配套的液壓系統(tǒng)裝置可以很好地控制各個立柱提升的同步性，減小受力不均的情況發(fā)生，可精細(xì)地控制提升高度，保證焊接質(zhì)量，節(jié)省焊接材料[3]。提升立柱中間設(shè)置的滾輪，隨著圓鋼中心桿的提升進(jìn)行豎向的移動，這樣可控制垂直精度，具有良好的導(dǎo)向性能[4]。采用液壓傳動減少了勞動力需求量，且不會因停電造成影響，當(dāng)某個液壓機出現(xiàn)故障時，其反向自鎖功能可以保證施工安全[5]。

圖1 帶中心筒的液壓倒裝施工布置圖

在利用液壓裝置的施工中，通常也有上述電動葫蘆施工配置的由中心柱與提升立柱之間分別設(shè)置中心拉條和環(huán)向支撐的布置，如圖1所示，這種方式對直徑較小的罐體結(jié)構(gòu)使用效果非常好，但是本工程的36m直徑的倉體，設(shè)置中心柱及拉條并不現(xiàn)實，一方面是半徑太長拉條會起不到效果，另一方面是材料用量太大，不利于經(jīng)濟。因此，本施工考慮到施工實際，采用的方法為用雙斜向支撐代替中心拉條，去掉中心柱，并在壁板距底部300mm處的位置設(shè)置托板，通過液壓千斤頂拉動圓鋼提升桿，從而使提升牛腿將托板頂起，達(dá)到提升的目的。

3 工程施工相關(guān)信息

3.1 工程概況及施工環(huán)境

氧化鋁倉直徑36m，凈高30m，安裝平臺10.8m，西鄰氧化鋁堆棧，受混凝土預(yù)制柱施工的影響不便吊裝，可從其余三面布置吊車，實現(xiàn)材料倒運吊裝，場地條件滿足施工要求。另外，施工區(qū)域位于沿海地區(qū)，根據(jù)勘察設(shè)計方提供的環(huán)境資料，場地地處南亞熱帶濕熱季風(fēng)氣候區(qū)，降雨充沛，年平均風(fēng)速為3.1m/s，月平均最大為4.2m/s，地處沿海地區(qū)，需要防范臺風(fēng)。

3.2 施工重難點及解決思路

本項目施工重難點主要有兩個方面：一是倉體直徑較大，無法按照以往的施工經(jīng)驗設(shè)置中心柱和拉花，將所有的提升立柱連接成整體，因此將采用雙斜撐代替中心拉花的作用。二是氧化鋁倉底部為混凝土底，無法直接將支撐焊接在底板上，因此在混凝土澆筑前就需要安排好預(yù)埋筋的問題，通過受力分析確定預(yù)埋筋及采用的斜支撐的鋼材型號、尺寸及安裝位置。布置示意圖見圖2。

圖2 施工布置平面圖

3.3 施工部署

本工程施工任務(wù)量大，現(xiàn)場制作安裝，安排兩組施工人員平行作業(yè)。由于氧化鋁倉直徑較大、整體重量較大、倉體較高三個特點，施工過程中極易變形，施工存在很大的難度。

為了解決這一問題，我們在參考現(xiàn)有的施工工法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了改進(jìn)，制定了經(jīng)濟且易于操作的專項施工方案，保證了施工進(jìn)度按計劃完工。本施工采用的SQD-350-100S.F型號的液壓提升設(shè)備，設(shè)置40個提升立柱，液壓千斤頂額定起升重量為35T，沿倉體圓周均勻布置于40個立柱上。單個提升裝置主要由提升桿、鋼柱、千斤頂構(gòu)成，桿下端有梯形構(gòu)造的壁板托，由一臺控制系統(tǒng)統(tǒng)一支配，同時給各個千斤頂供油，達(dá)到同步提升到要求的高度[6]。立柱之間設(shè)置環(huán)向支撐形成整體結(jié)構(gòu)，設(shè)置雙斜向支撐，斜撐一端與提升立柱焊接，另一端與預(yù)埋筋焊接，抵抗斜拉力，并形成穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行下一圈壁板的焊接，重復(fù)上述操作，逐次完成各圈壁板的組裝及焊接[7]。為了保證安全、方便施工，倉體安裝前，在倉體的基礎(chǔ)外沿搭設(shè)懸挑施工平臺，并設(shè)置圍欄及防護(hù)網(wǎng)[8]。

圖3 斜撐代替中心拉條的現(xiàn)場布置圖

4 關(guān)鍵受力分析

4.1 液壓千斤頂?shù)臄?shù)量確定

依據(jù)設(shè)計提供的圖紙，起升重量包含倉體重量(根據(jù)圖紙扣除底環(huán)板重量和最后一帶筒體板)、倉蓋重量、倉頂走道及圍欄重量進(jìn)行計算。根據(jù)公式Qmax＝k1k2(起升重量＋附件重量)計算的重量確定采用的千斤頂?shù)男吞枺渲蠯1為動荷系數(shù)，取1.1；K2為不均勻系數(shù)，取1.2。按照規(guī)范要求，多機共同作業(yè)提升重量，不應(yīng)大于額定起重量的百分之七十五，據(jù)此計算出需用35t液壓提升柱的數(shù)量為40個，滿足安全性要求。布置剖面圖見圖4。

圖4 布置剖面圖

4.2 提升架受力計算

提升架由2個4m長的I22a工字鋼組成，材質(zhì)為Q235B，根據(jù)前述，取重力加速度計算，再考慮風(fēng)載的影響、動力系數(shù)、安全系數(shù)等，得到每個工字鋼承受的軸向力?？紤]強度、剛度、穩(wěn)定性，當(dāng)鋼材 σ=N/A＜[σ]=170N/mm2，長細(xì)比均小于[λ]=150，N/φA1＜[σ]=170N/mm2（φ 穩(wěn)定性系數(shù)），三項均滿足要求時，即提升架受力合理，可以用于施工。

4.3 環(huán)向支撐的驗算

環(huán)向支撐的目的：一是將提升柱連接成一個整體，二是減少弱軸方向的計算長度，環(huán)向支撐根據(jù)受力大小選擇采用角鋼，將40根柱連接起來形成一個整體的受力結(jié)構(gòu)，同前述公式進(jìn)行剛度驗算、強度驗算、穩(wěn)定性驗算，還需要進(jìn)行支撐與柱連接節(jié)點的驗算，其中，支撐與柱采用現(xiàn)場滿焊，焊角尺寸hf=10mm，f=1×hf×Ψ×[f]＞F 焊縫強度能夠滿足受力要求。

圖5 環(huán)向支撐布置圖

4.4 斜向內(nèi)支撐的驗算

支撐材料選用 [12.6槽鋼，材質(zhì)為Q235B，支撐一端與提升架焊接，一端與埋件焊接，同樣進(jìn)行剛度驗算、強度驗算、支撐與柱連接節(jié)點的驗算，公式參照前述，支撐與柱采用現(xiàn)場滿焊，焊角尺寸為12mm，焊縫滿足要求。

4.5 提升桿的強度驗算

提升桿采用Φ40圓鋼，材質(zhì)為Q235B，為保證安全性，需要驗算其抗拉強度大于所受外力值方可滿足要求。

4.6 壁板牛腿處的受力分析

在壁板上焊接16mm厚的鋼板，鋼材采用Q235B，焊縫質(zhì)量等級為一級，截面尺寸如圖6、圖7所示，與提升罐壁板滿焊相連接。主要受力面有A-A、B-B，應(yīng)保證各主要承受面受力小于焊縫容許應(yīng)力，焊接系數(shù)Ψ=0.7，驗算以下公式成立即滿足要求。

①抗壓強度驗算：

②焊縫強度驗算：

4.7 預(yù)埋鋼筋驗算

為固定斜撐，可以在相應(yīng)位置預(yù)埋板，鑒于斜撐受力較小，為節(jié)約成本，施工選擇在底板混凝土澆筑前預(yù)埋一圈鋼筋的方法，這一點是本次施工的一次新嘗試，但是對埋筋位置的精確性要求比較大，否則會導(dǎo)致受力不均。

本工程選用HRB400錨筋直，混凝土標(biāo)號為C40，根據(jù)斜撐力的傳遞，需要對鋼筋抗拉強度驗算、錨固長度計算（la=α(fy/ft)d）、焊縫強度驗算（F/（l×hf×Ψ×2）<[τ]=100 N/mm2），其中焊接系數(shù)Ψ=0.7，與斜撐雙面焊接固定，如圖8所示。

圖6 壁板牛腿主要受力面

圖7 壁板牛腿構(gòu)造圖

圖8 預(yù)埋筋分析示意圖

5 結(jié)論

總的來說，大直徑倉體的施工一般在考慮重量與防變形兩個方面去籌劃施工方案的設(shè)計，外加考慮方案的可實施性，本方案在執(zhí)行期間經(jīng)歷了一次臺風(fēng)，說明方案的加固措施到位，本工程項目目前主體結(jié)構(gòu)已落地。由于全部設(shè)備工具均可以多次利用，且安拆方面，無形中節(jié)省了大量成本投入，具有良好的經(jīng)濟效益。