淺談復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下小型鋼結(jié)構(gòu)框架吊裝

 1 工程概況
華能銅川電廠2×600MW工程2號鍋爐風(fēng)機間設(shè)計為小型鋼框架結(jié)構(gòu)，南北方向長40m，東西方向?qū)?6m，高21m。長方向分5跨，寬方向為兩跨，高方向為3層。柱子在12.63m層平臺向上1.3m處斷開，分兩層吊裝。
2 施工特點及難點
①該框架結(jié)構(gòu)柱間支撐（十字撐）多，D軸至E軸與7軸至12軸鋼柱間都設(shè)有柱間支撐，F(xiàn)軸鋼柱沿全高設(shè)有柱間支撐，水平方向受力復(fù)雜。
②現(xiàn)場吊裝作業(yè)區(qū)域狹小，交叉作業(yè)繁多。鍋爐風(fēng)機間鋼結(jié)構(gòu)緊挨鍋爐鋼架，向西5m就是電除塵鋼架。正處施工高峰期，鍋爐鋼架、電除塵鋼架都在同時進行吊裝作業(yè)，緊挨鋼架的工業(yè)管溝也在施工當(dāng)中。
③施工進度時間緊，由于材料供貨緊張，其他專業(yè)電氣及通風(fēng)設(shè)備、管道安裝又緊隨其后，給現(xiàn)場吊裝作業(yè)的時間已是少之又少。
④冬季施工吊裝安全風(fēng)險系數(shù)大，焊縫質(zhì)量難控制。銅川地區(qū)冬季施工環(huán)境氣溫一般都在零下10℃以下，最低達到零下20℃，對吊裝作業(yè)難度及安全風(fēng)險都加大不少；對在寒冷環(huán)境中的焊接作業(yè)提出了嚴(yán)峻的考驗，尤其是受力復(fù)雜的關(guān)鍵部位，控制焊縫的質(zhì)量很重要。
3 吊裝方案優(yōu)化
3.1 為了進一步縮短工期，我們把“通風(fēng)設(shè)備第一時間能夠安裝，實現(xiàn)跨專業(yè)工序的緊密銜接”作為框架吊裝的整體思路。我們通過借閱安裝單位的電氣圖紙，并與土建圖紙進行詳細(xì)的對比，了解到設(shè)備管道的位置及安裝順序，其中8軸（10軸）至9軸（11軸）交D軸至E軸設(shè)有兩個通風(fēng)設(shè)備，設(shè)備通風(fēng)口朝上與通風(fēng)管道連接沿7m高度垂直方向布置到20m處，通風(fēng)管道20m高度沿層水平方向橫跨E軸和F軸布置與電除塵相連接。由于設(shè)備管道是依據(jù)低向高的安裝順序先安裝通風(fēng)設(shè)備再安裝垂直風(fēng)道，最后安裝20高處的水平風(fēng)道。這樣我們就對鋼結(jié)構(gòu)框架的功能要求有了具體的了解，根據(jù)盡快實現(xiàn)鋼框架結(jié)構(gòu)盡快承載通風(fēng)設(shè)備的安裝這一思路，我們制定了相應(yīng)的吊裝順序，先吊裝D軸和E軸間的鋼結(jié)構(gòu)，吊裝完后確保設(shè)備第一時間安裝，與此同時，我們開始吊裝E軸和F軸間的鋼結(jié)構(gòu)，正好確保了設(shè)備安裝完后能夠及時安裝20m層的通風(fēng)管道。
3.2 起重機械選用25t汽車吊和QTZ6041平臂吊，經(jīng)對現(xiàn)場施工環(huán)境的分析，F(xiàn)軸西側(cè)空間狹小，汽車吊無法轉(zhuǎn)身起吊D軸、E軸交8軸～7軸鋼柱，加之鍋爐風(fēng)機間周圍工業(yè)管道及地下設(shè)施正在開挖施工當(dāng)中，如果按照吊裝計劃日期，汽車吊沒辦法站位。通過對鍋爐房北側(cè)QTZ6041平臂吊進行計算如下表，可以滿足D～E軸間鋼結(jié)構(gòu)吊裝，所以在吊裝初期，選用QTZ6041平臂吊吊裝D～E軸間鋼結(jié)構(gòu)，待該部分吊裝完后，周圍的管道開挖也已回填完，正好選用較經(jīng)濟合理的25t汽車吊吊裝。
3.3 吊點及鋼絲繩選用
3.3.1 鋼柱頂腹板中心位置焊吊耳，鋼材選用Q345，焊條E50，吊耳開K型45°坡口，焊縫高度8mm，焊縫長度200mm以上。10t卡環(huán)。最重鋼柱7.06t，取安全系數(shù)等于8計算，單根吊索鋼絲繩選用？準(zhǔn)37，長度4m；兩根吊索鋼絲繩選用？準(zhǔn)19.5長度8m。
3.3.2 鋼梁吊裝采用鋼絲繩兩點綁扎平吊，每吊點選用5t卡環(huán)，最重鋼梁6.1t，取安全系數(shù)等于8計算，大梁吊索鋼絲繩選用？準(zhǔn)28，長度12m，其他次梁吊索鋼絲繩選用？準(zhǔn)19.5，次梁可三層串吊，見圖2。
3.4 首節(jié)鋼柱安裝與校正
3.4.1 柱頂標(biāo)高調(diào)整 根據(jù)鋼柱實際長度、柱底平整度，采用相對標(biāo)高安裝，設(shè)計標(biāo)高復(fù)核的方法。鋼柱吊裝就位后，通過吊鉤起落與撬棍撥動調(diào)節(jié)與找平層之間間隙。量取柱根標(biāo)高線與找平層標(biāo)高線之間的距離，直至柱頂標(biāo)高偏差小于5mm為止。
3.4.2 縱橫十字線對正 鋼柱在起重機吊鉤不脫鉤的情況下，利用制作時在鋼柱上劃出的中心線與基礎(chǔ)頂面十字線對正就位。柱子軸線對定位軸線偏移不大于3mm為止。校正位移時應(yīng)注意防止鋼柱扭轉(zhuǎn)。
3.4.3 垂直度調(diào)整 用兩臺呈90°的經(jīng)緯儀投點，儀器架設(shè)在距柱子1.5倍柱長的地方，如果縱軸有柱子無法架儀器時，可將經(jīng)緯儀架設(shè)在等于或大于5°的軸線上。采用纜風(fēng)法校正，在校正過程中不斷調(diào)整柱底板與找平層間隙，鋼柱四面拉纜風(fēng)繩穩(wěn)定柱身，同時用經(jīng)緯儀調(diào)整垂直度。直到誤差在h/1000，且不應(yīng)大于10.0mm為止。
3.5 上節(jié)鋼柱安裝與校正。上節(jié)鋼柱安裝時，利用柱身中心線就位，為使上下柱不出現(xiàn)錯口，上、下柱定位軸線須重合。上節(jié)鋼柱就位后，按照首節(jié)柱校正方法先調(diào)整標(biāo)高，再調(diào)整位移，最后調(diào)整垂直度。
3.6 鋼梁安裝與校正
3.6.1 第二層鋼梁安裝時，D、E、F軸線，應(yīng)先從中間跨開始對稱地向兩端擴展；同一跨鋼梁，應(yīng)先安19.40m層梁再安12.38m層梁。
3.6.2 在安裝和校正柱與柱之間的主梁時，用鋼絲繩捆住兩點起吊，吊點應(yīng)平衡，起吊后使用溜繩穩(wěn)定吊物。吊車吊鉤移動至所吊位置中心，兩人分別在兩邊用撬棍撬動構(gòu)件就位。吊鉤落下，構(gòu)件即準(zhǔn)確就位。
3.6.3 各層梁安裝好后，應(yīng)先焊上層主梁后焊下層主梁，以使框架穩(wěn)固，便于施工。
4 負(fù)溫環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)焊接的質(zhì)量控制
與以往不同的是，此次鍋爐風(fēng)機間鋼結(jié)構(gòu)吊裝正值冬季，而焊接作業(yè)作為鋼結(jié)構(gòu)安裝過程當(dāng)中的重要組成部分，將受到低溫環(huán)境的很大影響，焊接質(zhì)量控制不好將直接影響到建筑的承載能力及使用壽命，威脅人們的生命財產(chǎn)安全。經(jīng)查閱《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ81-2002）規(guī)定：焊接作業(yè)區(qū)環(huán)境溫度低于0攝氏度時，應(yīng)根據(jù)鋼材、焊材制定適當(dāng)?shù)拇胧?；而日本建筑學(xué)會《鋼結(jié)構(gòu)工程》（JASS6）規(guī)定的最低施焊溫度為零下5攝氏度。這就說明在負(fù)溫施工環(huán)境下的焊接與一般環(huán)境的焊接技術(shù)有著明顯的不同之處，分析如下：
4.1 負(fù)溫環(huán)境對焊接造成的影響有以下幾點：
①焊接接頭冷卻速度增加，冷裂紋敏感性也增加；②預(yù)熱效果變差，在低溫環(huán)境下用相同的熱源，相同的時間，不能達到應(yīng)有的預(yù)熱效果；③焊接殘余應(yīng)力的作用加?。虎墉h(huán)境溫度對焊工的操作帶來不便。
4.2 低溫焊接措施。根據(jù)鋼框架柱間支撐較多的特點，將承載設(shè)備及通風(fēng)管道部位的梁柱節(jié)點及鋼柱的連接點作為焊接質(zhì)量控制的重點。
①優(yōu)選焊材：在低溫環(huán)境中，應(yīng)盡量選擇低氫或超低氫焊材，對焊材嚴(yán)格執(zhí)行烘焙和保溫措施；②預(yù)熱與層間溫度：低溫環(huán)境下所有節(jié)點母材的預(yù)熱溫度都稍高于常溫下的焊接預(yù)熱溫度，加熱區(qū)域為構(gòu)件焊接區(qū)各方向大于或等于二倍鋼板厚度且不小于100mm范圍內(nèi)的母材，焊接層間溫度不低于預(yù)熱溫度或標(biāo)準(zhǔn)（JGJ81-2002）規(guī)定的最低溫度20℃（兩者取高值）；③加大定位焊時的熱輸入：適當(dāng)加大定位焊的熱輸入，增大焊縫截面和長度，并采用與正式焊接相同的預(yù)熱條件，不在坡口以外的母材上打弧，熄弧時弧坑一定要填滿，可以有效減少由于定位焊接引起的收縮裂紋；④采用合理的焊接工藝：現(xiàn)場鋼柱設(shè)計為H型鋼700×600×30×40，在吊裝第二節(jié)柱與第一節(jié)柱單邊V型坡口施焊時，兩個焊工分別站在鋼柱兩邊翼緣板處，使用窄擺幅，多層多道焊，嚴(yán)格控制層間溫度，焊接時間達3～4小時，一次性焊接到位；⑤焊接后熱及時保溫：安裝過程當(dāng)中，對這些重要的梁柱節(jié)點及柱連接點進行焊接后接頭后熱保溫處理，這樣有利于擴散氫氣的逸出，防止由于冷速過快而引起的冷裂紋，同時適當(dāng)?shù)暮鬅釡囟?，還可以適當(dāng)降低預(yù)熱溫度。
5 結(jié)束語
本次鋼結(jié)構(gòu)吊裝的思路結(jié)合考慮了鍋爐風(fēng)機間鋼結(jié)構(gòu)框架功能要求，實現(xiàn)了“跨專業(yè)工序的緊密銜接”，整體上縮短了工期，真正地落實了項目部的“確保2#機組按期發(fā)電”的中心思想。同時為以后更為復(fù)雜的大型鋼結(jié)構(gòu)吊裝提供了思路。在寒冷施工環(huán)境下使用的焊接技術(shù)有效地提高了焊縫質(zhì)量，克服了環(huán)境溫度對鋼結(jié)構(gòu)施工造成的不利影響。