化工行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠房的制作

楊 杰，楊 鋒，王 宇，徐海峰，楊 敖

1.上海建工（江蘇）鋼結(jié)構(gòu)有限公司，江蘇 南通 226100

2.南通理工學(xué)院，江蘇 南通 226000

鋼結(jié)構(gòu)具有自重較輕、安裝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)石油化工行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)化工廠房生產(chǎn)工藝的要求越來越高，因此很多化工廠傾向于使用鋼結(jié)構(gòu)廠房。我國(guó)雖然早就開始使用鋼結(jié)構(gòu)廠房，但化工行業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)廠房和其他產(chǎn)業(yè)所使用的鋼結(jié)構(gòu)廠房還是有一定的區(qū)別的，主要在于化工區(qū)域空氣環(huán)境惡劣，污染較大，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有較大的腐蝕，因而對(duì)涂裝的要求較高。另外，化工區(qū)域容易著火，而鋼結(jié)構(gòu)比一般的混凝土結(jié)構(gòu)更怕火，在鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的燃燒后，達(dá)到一定溫度時(shí)，鋼材承載能力會(huì)降低，導(dǎo)致廠房坍塌，因此需要采取一定的防火措施，如使用防火設(shè)計(jì)，噴涂防火涂料等。為了保證化工區(qū)域施工的有序進(jìn)行，需要進(jìn)行化工廠房的防水設(shè)計(jì)，主要有設(shè)置防雨棚、防水溝等方法。化工區(qū)域?qū)儆谖ｋU(xiǎn)區(qū)域，容易發(fā)生爆炸，因而也需要進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)。

1 工程概況

某工程主要包括兩個(gè)項(xiàng)目。項(xiàng)目一為新浦化學(xué)倉(cāng)儲(chǔ)（泰興）有限公司40萬m3輕烴倉(cāng)儲(chǔ)項(xiàng)目，總共有7個(gè)子項(xiàng)，包括管廊、原料罐區(qū)、壓縮機(jī)棚、灌頂平臺(tái)等，主要結(jié)構(gòu)形式有型鋼柱、型鋼梁、十字柱、桁架等，鋼結(jié)構(gòu)合計(jì)噸位約5090t。項(xiàng)目二為新浦烯烴（泰興）有限公司每年110萬t輕烴綜合利用項(xiàng)目，總共有32個(gè)子項(xiàng)，包括管廊、壓縮機(jī)、框架等，主要結(jié)構(gòu)形式有BH柱、型鋼柱、格構(gòu)柱、型鋼梁、雙腹梁、桁架、吊車梁等，鋼結(jié)構(gòu)合計(jì)噸位約5800t。該工程的兩個(gè)項(xiàng)目子項(xiàng)眾多，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行分類匯總，主要可分為管廊類、框架類以及廠房類。

2 管廊類鋼結(jié)構(gòu)整體制作

管廊即管道的走廊。化工及其相關(guān)類工廠中為了管道的運(yùn)輸方便，有時(shí)會(huì)將很多管道集中在一起，沿著某個(gè)化工處理裝置或廠房外布置。管廊一般設(shè)置在離地面幾米的高度并用支架支撐，因?yàn)橥庥^像放置管道的走廊，故稱管廊。此外，也有少數(shù)管廊位于地下。大型管廊裝置管道主要由鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的立柱、橫梁以及桁架所構(gòu)成，是連接各工藝裝置的重要部分，其根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)特點(diǎn)、廠區(qū)面積等情況有不同的布置，管廊的高度及寬度則根據(jù)管道的布置而確定。

管廊中的主要結(jié)構(gòu)包括鋼柱、鋼梁、桁架等。在案例項(xiàng)目中，制作難度最大的是大跨度桁架（見圖1），其中對(duì)于跨度超過18m的桁架有起拱的要求。這兩個(gè)項(xiàng)目中，最復(fù)雜的桁架總長(zhǎng)將近42000mm，高度將近9000mm，為三層桁架。為了保證現(xiàn)場(chǎng)的安裝質(zhì)量，在制作時(shí)必須整體制作。

圖1 大跨度桁架結(jié)構(gòu)三維圖

此桁架的制作思路是將結(jié)構(gòu)中第1層及第3層作為小桁架，中間層腹桿全部作為散件。由于構(gòu)件超長(zhǎng)，第1層和第3層的小桁架再分為3段，3段之間上下弦桿相互錯(cuò)開1000mm，中間斷開部分的連接腹桿同樣作為散件（見圖2）。

圖2 桁架分段示意圖

桁架具體制作流程如下：（1）桁架弦桿、腹桿零件放樣。由于該項(xiàng)目中弦桿及腹板均為型鋼，加工制作時(shí)按詳圖編制零件草圖，弦桿在長(zhǎng)度方向加30mm焊接收縮及起拱余量。（2）桁架制作組裝。制作桁架時(shí)需按照跨度的1/400起拱，即中心起拱105mm，采用整體火焰矯正的方式起拱。（3）胎架準(zhǔn)備整理。調(diào)整胎架，要求胎架的水平度控制在±1.0mm之內(nèi)，且胎架有足夠的強(qiáng)度和剛度，使用前應(yīng)經(jīng)質(zhì)量管理部檢驗(yàn)合格；在胎架上放樣出桁架的拱度及上、下弦桿的位置線，要求上、下弦桿間加3mm余量。（4）單個(gè)小桁架制作。根據(jù)構(gòu)件圖紙，先制作小桁架，制作時(shí)，上、下弦桿間加3mm焊接收縮余量。以中間腹桿作為基準(zhǔn)，向兩邊焊接其余腹桿，以保證弦桿余量?jī)啥祟^均分。（5）組裝大桁架。將每層的3個(gè)小桁架組裝在一起，在胎架上采用火焰矯正的方式，整體起拱。為保證現(xiàn)場(chǎng)桁架之間的螺栓連接，桁架與桁架之間必須采用對(duì)應(yīng)的連接板配鉆螺栓孔。（6）整體組裝。根據(jù)整體布置圖，將第1層及第3層桁架擺放在胎架上，中間檔距加3mm余量，根據(jù)實(shí)際的檔距切割中間腹桿的長(zhǎng)度。

3 框架類和廠房類鋼結(jié)構(gòu)整體制作

在石油化工裝置中，框架是一種比較常見的結(jié)構(gòu)形式，包括反應(yīng)器再生器框架及冷換框架等，主要用于承載反應(yīng)器、換熱器、容器及其管線等。框架中，主要結(jié)構(gòu)有鋼柱、鋼梁、撐等。框架制作難度相對(duì)較大，牛腿眾多，焊接量大。其中角柱由于有樓梯間，跨度小，不適宜兩邊均設(shè)置牛腿，需要兩邊配套制作。廠房作為化工行業(yè)最主要的結(jié)構(gòu)，包括鋼柱、鋼梁、撐、屋面梁、吊車梁、檁條等。

4 格構(gòu)柱具體制作流程

格構(gòu)柱截面一般是由型鋼或鋼板設(shè)計(jì)而成的雙軸對(duì)稱或單軸對(duì)稱的截面，格構(gòu)柱用于框架柱和獨(dú)立柱。格構(gòu)體系構(gòu)件由肢件和綴材組成，肢件主要承受軸向力，綴材主要抵抗側(cè)向力（相對(duì)于肢體軸向而言）。格構(gòu)柱綴材主要有綴條和綴板。

首先進(jìn)行本體零件放樣，因?yàn)樵擁?xiàng)目中格構(gòu)柱本體為型鋼，構(gòu)件總長(zhǎng)度超過25000mm，所以加工制作時(shí)按詳圖編制零件草圖，本體在長(zhǎng)度方向加50mm焊接收縮余量。然后進(jìn)行格構(gòu)柱制作組裝，其組裝包括如下步驟：（1）兩根型鋼本體下端翼緣開設(shè)坡口，安裝并焊接柱底板及加勁板；（2）根據(jù)格構(gòu)柱中間的開檔，裝配并焊接中間連接角鋼；（3）裝配并焊接柱子外側(cè)牛腿、連接板、檁托及加勁板，并切割柱頂余量；（4）裝配并焊接柱頂小柱子及女兒墻柱；（5）進(jìn)行柱子總裝、焊接。

5 涂裝

兩個(gè)項(xiàng)目油漆品牌、干膜厚度、面漆顏色均不一致，在過程中存在交叉涂裝作業(yè)情況。另外，因?yàn)榛ゎ惤Y(jié)構(gòu)有防火的要求，該項(xiàng)目中對(duì)于防火范圍不需要做面漆，所以必須對(duì)構(gòu)件編號(hào)加以區(qū)分，以便油漆班組施工，既保證工人能夠清楚地辨別，又避免人為篩選出現(xiàn)遺漏，還能大大提高工作效率。

6 結(jié)束語

隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來越多的行業(yè)了解鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛。在化工行業(yè)中，隨著裝置的投產(chǎn)使用，改造情況時(shí)有發(fā)生，鋼結(jié)構(gòu)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更加方便，安裝簡(jiǎn)單且建設(shè)工期短，是綠色建筑最佳的結(jié)構(gòu)形式。