化工行業鋼結構廠房的制作

楊 杰，楊 鋒，王 宇，徐海峰，楊 敖

1.上海建工（江蘇）鋼結構有限公司，江蘇 南通 226100

2.南通理工學院，江蘇 南通 226000

鋼結構具有自重較輕、安裝簡單、成本低等優點。隨著我國石油化工行業的迅速發展，對化工廠房生產工藝的要求越來越高，因此很多化工廠傾向于使用鋼結構廠房。我國雖然早就開始使用鋼結構廠房，但化工行業的鋼結構廠房和其他產業所使用的鋼結構廠房還是有一定的區別的，主要在于化工區域空氣環境惡劣，污染較大，對鋼結構有較大的腐蝕，因而對涂裝的要求較高。另外，化工區域容易著火，而鋼結構比一般的混凝土結構更怕火，在鋼結構經過長時間的燃燒后，達到一定溫度時，鋼材承載能力會降低，導致廠房坍塌，因此需要采取一定的防火措施，如使用防火設計，噴涂防火涂料等。為了保證化工區域施工的有序進行，需要進行化工廠房的防水設計，主要有設置防雨棚、防水溝等方法。化工區域屬于危險區域，容易發生爆炸，因而也需要進行防爆設計。

1 工程概況

某工程主要包括兩個項目。項目一為新浦化學倉儲（泰興）有限公司40萬m3輕烴倉儲項目，總共有7個子項，包括管廊、原料罐區、壓縮機棚、灌頂平臺等，主要結構形式有型鋼柱、型鋼梁、十字柱、桁架等，鋼結構合計噸位約5090t。項目二為新浦烯烴（泰興）有限公司每年110萬t輕烴綜合利用項目，總共有32個子項，包括管廊、壓縮機、框架等，主要結構形式有BH柱、型鋼柱、格構柱、型鋼梁、雙腹梁、桁架、吊車梁等，鋼結構合計噸位約5800t。該工程的兩個項目子項眾多，根據不同結構類型進行分類匯總，主要可分為管廊類、框架類以及廠房類。

2 管廊類鋼結構整體制作

管廊即管道的走廊。化工及其相關類工廠中為了管道的運輸方便，有時會將很多管道集中在一起，沿著某個化工處理裝置或廠房外布置。管廊一般設置在離地面幾米的高度并用支架支撐，因為外觀像放置管道的走廊，故稱管廊。此外，也有少數管廊位于地下。大型管廊裝置管道主要由鋼結構或鋼筋混凝土結構的立柱、橫梁以及桁架所構成，是連接各工藝裝置的重要部分，其根據生產規模、生產特點、廠區面積等情況有不同的布置，管廊的高度及寬度則根據管道的布置而確定。

管廊中的主要結構包括鋼柱、鋼梁、桁架等。在案例項目中，制作難度最大的是大跨度桁架（見圖1），其中對于跨度超過18m的桁架有起拱的要求。這兩個項目中，最復雜的桁架總長將近42000mm，高度將近9000mm，為三層桁架。為了保證現場的安裝質量，在制作時必須整體制作。

圖1 大跨度桁架結構三維圖

此桁架的制作思路是將結構中第1層及第3層作為小桁架，中間層腹桿全部作為散件。由于構件超長，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。由于該項目中弦桿及腹板均為型鋼，加工制作時按詳圖編制零件草圖，弦桿在長度方向加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）胎架準備整理。調整胎架，要求胎架的水平度控制在±1.0mm之內，且胎架有足夠的強度和剛度，使用前應經質量管理部檢驗合格；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）單個小桁架制作。根據構件圖紙，先制作小桁架，制作時，上、下弦桿間加3mm焊接收縮余量。以中間腹桿作為基準，向兩邊焊接其余腹桿，以保證弦桿余量兩端頭均分。（5）組裝大桁架。將每層的3個小桁架組裝在一起，在胎架上采用火焰矯正的方式，整體起拱。為保證現場桁架之間的螺栓連接，桁架與桁架之間必須采用對應的連接板配鉆螺栓孔。（6）整體組裝。根據整體布置圖，將第1層及第3層桁架擺放在胎架上，中間檔距加3mm余量，根據實際的檔距切割中間腹桿的長度。

3 框架類和廠房類鋼結構整體制作

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

4 格構柱具體制作流程

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

首先進行本體零件放樣，因為該項目中格構柱本體為型鋼，構件總長度超過25000mm，所以加工制作時按詳圖編制零件草圖，本體在長度方向加50mm焊接收縮余量。然后進行格構柱制作組裝，其組裝包括如下步驟：（1）兩根型鋼本體下端翼緣開設坡口，安裝并焊接柱底板及加勁板；（2）根據格構柱中間的開檔，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）進行柱子總裝、焊接。

5 涂裝

兩個項目油漆品牌、干膜厚度、面漆顏色均不一致，在過程中存在交叉涂裝作業情況。另外，因為化工類結構有防火的要求，該項目中對于防火范圍不需要做面漆，所以必須對構件編號加以區分，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遺漏，還能大大提高工作效率。

6 結束語

隨著我國鋼結構產業的發展，越來越多的行業了解鋼結構的優勢，鋼結構的應用越來越廣泛。在化工行業中，隨著裝置的投產使用，改造情況時有發生，鋼結構比鋼筋混凝土結構更加方便，安裝簡單且建設工期短，是綠色建筑最佳的結構形式。