郭 紅 （中鋁萬(wàn)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(chǔ)罐、槽、倉(cāng)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(jì)的快速發(fā)展，為了滿(mǎn)足存儲(chǔ)的需求，這些非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)尺寸也越來(lái)越大，施工難度也逐漸加大，因此，如何高效安全的完成該類(lèi)項(xiàng)目的施工是業(yè)界一直關(guān)注的話(huà)題。由我單位承建的200萬(wàn)噸氧化鋁及配套項(xiàng)目中的氧化鋁倉(cāng)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(lái)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(jī)械化施工的優(yōu)點(diǎn)，并提高施工安全性。

2 倒裝法介紹

2.1 電動(dòng)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(dòng)葫蘆；二是利用液壓提升器[1]。電動(dòng)葫蘆配合立柱的施工方法，通常是在儲(chǔ)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(diǎn)不足，一是電動(dòng)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(duì)于本工程36m直徑的倉(cāng)體，中心拉花因距離太長(zhǎng)，起不到作用，因此無(wú)法采用此方法。

2.2 立柱式液壓提升裝置

與電動(dòng)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(gè)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(dòng)，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(dòng)減少了勞動(dòng)力需求量，且不會(huì)因停電造成影響，當(dāng)某個(gè)液壓機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，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(dòng)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(duì)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(cāng)體，設(shè)置中心柱及拉條并不現(xiàn)實(shí)，一方面是半徑太長(zhǎng)拉條會(huì)起不到效果，另一方面是材料用量太大，不利于經(jīng)濟(jì)。因此，本施工考慮到施工實(shí)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(guò)液壓千斤頂拉動(dòng)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(cāng)直徑36m，凈高30m，安裝平臺(tái)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(chē)，實(shí)現(xiàn)材料倒運(yùn)吊裝，場(chǎng)地條件滿(mǎn)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(jì)方提供的環(huán)境資料，場(chǎng)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(tái)風(fēng)。

3.2 施工重難點(diǎn)及解決思路

本項(xiàng)目施工重難點(diǎn)主要有兩個(gè)方面：一是倉(cāng)體直徑較大，無(wú)法按照以往的施工經(jīng)驗(yàn)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(cāng)底部為混凝土底，無(wú)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(wèn)題，通過(guò)受力分析確定預(yù)埋筋及采用的斜支撐的鋼材型號(hào)、尺寸及安裝位置。布置示意圖見(jiàn)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(chǎng)制作安裝，安排兩組施工人員平行作業(yè)。由于氧化鋁倉(cāng)直徑較大、整體重量較大、倉(cāng)體較高三個(gè)特點(diǎn)，施工過(guò)程中極易變形，施工存在很大的難度。

為了解決這一問(wèn)題，我們?cè)趨⒖棘F(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(jì)且易于操作的專(zhuān)項(xiàng)施工方案，保證了施工進(jìn)度按計(jì)劃完工。本施工采用的SQD-350-100S.F型號(hào)的液壓提升設(shè)備，設(shè)置40個(gè)提升立柱，液壓千斤頂額定起升重量為35T，沿倉(cāng)體圓周均勻布置于40個(gè)立柱上。單個(gè)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(tái)控制系統(tǒng)統(tǒng)一支配，同時(shí)給各個(gè)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(cāng)體安裝前，在倉(cāng)體的基礎(chǔ)外沿搭設(shè)懸挑施工平臺(tái)，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(chǎng)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(jì)提供的圖紙，起升重量包含倉(cāng)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(cāng)蓋重量、倉(cāng)頂走道及圍欄重量進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)公式Qmax＝k1k2(起升重量＋附件重量)計(jì)算的重量確定采用的千斤頂?shù)男吞?hào)，其中K1為動(dòng)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(jī)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(jì)算出需用35t液壓提升柱的數(shù)量為40個(gè)，滿(mǎn)足安全性要求。布置剖面圖見(jiàn)圖4。

圖4 布置剖面圖

4.2 提升架受力計(jì)算

提升架由2個(gè)4m長(zhǎng)的I22a工字鋼組成，材質(zhì)為Q235B，根據(jù)前述，取重力加速度計(jì)算，再考慮風(fēng)載的影響、動(dòng)力系數(shù)、安全系數(shù)等，得到每個(gè)工字鋼承受的軸向力。考慮強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，當(dāng)鋼材 σ=N/A＜[σ]=170N/mm2，長(zhǎng)細(xì)比均小于[λ]=150，N/φA1＜[σ]=170N/mm2（φ 穩(wěn)定性系數(shù)），三項(xiàng)均滿(mǎn)足要求時(shí)，即提升架受力合理，可以用于施工。

4.3 環(huán)向支撐的驗(yàn)算

環(huán)向支撐的目的：一是將提升柱連接成一個(gè)整體，二是減少弱軸方向的計(jì)算長(zhǎng)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(lái)形成一個(gè)整體的受力結(jié)構(gòu)，同前述公式進(jìn)行剛度驗(yàn)算、強(qiáng)度驗(yàn)算、穩(wěn)定性驗(yàn)算，還需要進(jìn)行支撐與柱連接節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)算，其中，支撐與柱采用現(xiàn)場(chǎng)滿(mǎn)焊，焊角尺寸hf=10mm，f=1×hf×Ψ×[f]＞F 焊縫強(qiáng)度能夠滿(mǎn)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(yàn)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(yàn)算、強(qiáng)度驗(yàn)算、支撐與柱連接節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)算，公式參照前述，支撐與柱采用現(xiàn)場(chǎng)滿(mǎn)焊，焊角尺寸為12mm，焊縫滿(mǎn)足要求。

4.5 提升桿的強(qiáng)度驗(yàn)算

提升桿采用Φ40圓鋼，材質(zhì)為Q235B，為保證安全性，需要驗(yàn)算其抗拉強(qiáng)度大于所受外力值方可滿(mǎn)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(jí)為一級(jí)，截面尺寸如圖6、圖7所示，與提升罐壁板滿(mǎn)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(yàn)算以下公式成立即滿(mǎn)足要求。

①抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算：

②焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算：

4.7 預(yù)埋鋼筋驗(yàn)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(diǎn)是本次施工的一次新嘗試，但是對(duì)埋筋位置的精確性要求比較大，否則會(huì)導(dǎo)致受力不均。

本工程選用HRB400錨筋直，混凝土標(biāo)號(hào)為C40，根據(jù)斜撐力的傳遞，需要對(duì)鋼筋抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算、錨固長(zhǎng)度計(jì)算（la=α(fy/ft)d）、焊縫強(qiáng)度驗(yàn)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(lái)說(shuō)，大直徑倉(cāng)體的施工一般在考慮重量與防變形兩個(gè)方面去籌劃施工方案的設(shè)計(jì)，外加考慮方案的可實(shí)施性，本方案在執(zhí)行期間經(jīng)歷了一次臺(tái)風(fēng)，說(shuō)明方案的加固措施到位，本工程項(xiàng)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(wú)形中節(jié)省了大量成本投入，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。