工业厂房施工组织设计

第一卷 工业厂房

厂房分两跨，其中主跨内设2台250t/50t桥式吊车(轨顶标高为22.5m)，2台臂长为11m的8t悬臂吊车。吊车和屋面系统由22根钢管混凝土柱支承。 1 钢管混凝土柱结构概况 钢管柱是由4根柱肢钢管和缀材(钢板和钢管)焊接而成的格构式组合柱，从柱脚到柱顶为阶梯形，变截面处用来支承吊车承轨梁和屋面系统。柱肢钢管为478mm×12mm螺旋焊缝圆钢管，由钢板卷制焊接而成。钢管柱中心截面尺寸为3411mm×1200mm(见图1)，单根柱重55.6t。在现场加工钢管柱后吊装立起，在柱肢钢管内灌注C40混凝土。

图1 钢管混凝土柱结构示意 2 钢管柱的制作 2.1 柱肢钢管的槽口加工 在钢管柱中部支承吊车承轨梁的箱形肩梁部位有2块大钢板分别直立穿过4根柱肢钢管，因此柱肢钢管在此处要开槽，槽口尺寸为1950mm×32mm。槽口加工要平直，宽度不能超差，否则会严重影响焊接质量或无法焊接。 第1根柱肢钢管开槽时划好线后一气割成，待冷却后发现槽口呈腰鼓形，两端宽度为34mm，中间竟达42mm。钢管截面的椭圆度从槽口两端到中间越来越大，最大为6mm，严重超差。这是由于卷制钢管时存在较大的弯曲内应力，沿纵向开槽后大部分内应力得到释放所致，内应力的释放程度与槽口长短有着密切的关系。为解决这一问题，我们将

1950mm长的槽口开成4个长约475mm的短槽口(每个连接处长为20mm)，待冷却后测量槽口宽度，这时中间和两端尺寸基本一致。再将3个连接处用气割割掉将整个槽口贯通，待冷却后测量槽口宽度，中间与两端尺寸之差小于2mm，完全符合设计要求，钢管截面的椭圆度也得到了较好的控制(见图2)。

图2 柱肢钢管槽口加工示意 2.2 穿心板的装配就位 穿心板是最大也是最难装配的零件。装配前，穿心板必须校平，尺寸准确且边缘齐整，柱肢钢管槽口必须平直且4个槽口在同一水平面内。装配时先将焊有牵引挂钩的穿心板头部插入柱肢钢管的外侧槽口内，后部用吊车抬起，使之始终保持水平。用20kN倒链牵引同时用铁锤轻击穿心板，使穿心板顺利就位(见图3)。

图3 穿心板装配示意

牵引挂钩宜用10mm厚钢板割成，长度应大于500mm，且必须焊在穿心板短边中部。牵引钢丝绳必须与柱肢钢管垂直，一旦卡死，不能硬拉，应查找原因再作处理。 2.3 变截面工字钢的焊接变形控制 钢管混凝土柱的外侧两柱肢钢管之间有一个从柱脚到柱顶与柱等长的大型变截面工字钢。此工字钢的腹板与翼缘板厚度分别为18、20、25mm，腹板最宽为1300mm，翼缘板最宽为1200mm。工字钢焊接时易出现角变形、上拱、旁弯和扭曲等多种变形，通过试验我们较好地解决了工字钢的现场焊接变形问题。 (1)角变形的防止 在焊接工字钢的4条纵焊缝时由于角焊缝的横向收缩引起了角变形。实际施工时采用将扁钢沿45°方向对称均匀地布置在腹板两侧，两端与工字钢点牢后再进行焊接，焊完冷却后将扁钢打掉，焊溜磨平的方法，有效地防止了角变形。扁钢的规格尺寸及扁钢之间的间距要合适，间距太大，翼缘板易出现波浪变形，间距太小，焊工操作不方便，具体数据与扁钢厚度和焊脚尺寸等有关，可通过试验得出。 (2)旁弯变形的防止 焊接2条纵向焊缝时2名焊工同时对称进行焊接，2条焊缝冷却时同时沿纵向收缩，不会产生旁弯变形，而且还可保证腹板与翼缘板的垂直度。为避免热量集中、应力集中所带来的弊病，可采用跳焊法。 (3)上拱变形的防止 将变截面工字钢整体装配好后再进行焊接，此时工字钢的刚性增加，上拱变形会减小。 (4)扭曲变形的防止 扭曲变形在焊后较难矫正，因此必须采取以下措施重点防范：①保证装配质量，装配时，腹板与翼缘板间应无间隙或间隙沿长度方向很均匀，焊前必须把工字钢垫平；②必须保证2名焊工同时对称焊接，绝对禁止从两端向不同方向错开焊接。 2.4 箱形肩梁的拼装与焊接 每根钢管柱都有3～5个大小不等的箱形肩梁，用来支承吊车承轨梁，其中体积最大、结构最复杂的是250t吊车的箱形肩梁，高2m，重达10t，被水平中间隔板分为上下两层，箱形肩梁内部又被水平和垂直中间隔板分成10多个大小不等的小格(见图1)。

箱形肩梁是钢管柱的重要组成部分，它不能分为部件拼装焊接成型后再总装配，因此给装配焊接带来很大难度。装配时，2t多重的穿心板要水平穿过2个柱肢钢管的4个槽口，并与柱肢钢管管壁全熔透焊接。穿心板与箱形肩梁平台钢板接触的一面应刨平，装配时和平台钢板顶紧，并用塞尺进行检查。 根据设计要求装配时进行定位焊，装配好后再进行正式焊接。实践证明，正式焊接之前仅进行定位焊是不够的。箱形肩梁部位零件多，焊脚尺寸大，焊缝集中，先焊成的焊缝冷却收缩时产生的应力将其它未进行正式焊接部位的定位焊缝拉裂，造成拼装间隙过大，整个箱形肩梁变形，不得不返工重新拼装。通过分析研究我们对焊接工艺进行了改进，即装配时定位焊不变，装配好后先用3.2mm焊条将所有焊缝(劲板除外)打底一遍，最后再分层正式焊接。焊接工艺改进后再未发现焊缝被拉裂的情况，保证了箱形肩梁的焊接质量。 应注意定位焊、打底焊、分层正式焊三道工序均设停止点，待技术人员检查合格后方能进入下道工序；穿心板与柱肢钢管的全熔透焊接过程中，每层焊完后必须将焊渣彻底清除干净，并用砂轮打磨后才能焊上面一层，直到焊缝达到设计厚度。 3 钢管柱的吊装 3.1 吊装准备 (1)对钢管柱加工质量的全面复验，重点应检查各重要部位的标高尺寸。 (2)在钢管柱上划出标高线、柱身中心线(两侧)及柱脚平面轴线，以便吊装时经纬仪和水平仪校正钢管柱的平面轴线、标高及垂直度。 (3)杯口验收和基础轴线轴距的复测。杯口验收主要是杯口几何尺寸及杯口底面标高的复测。 (4)加工制作钢管柱柱脚垫板，固定钢管柱的弧形楔铁以及钢爬梯。钢爬梯焊于钢管柱的一侧，便于工人上下作业。 (5)加工制作吊耳并将吊耳焊于250t吊车箱形肩梁的平台板上，吊耳应与平台板焊透焊牢，仔细检查焊缝，确认没有质量问题后方可进行吊装。 3.2 吊装 用单点单机吊装方法，选用300t履带吊，吊点在250t吊车箱形肩梁的平台板上，吊耳为单孔工字形，选用40mm、6×37+1的吊装钢丝绳。 先进行试吊，确保安全无误后开始正式吊装。当钢管柱竖直柱脚脱离地面时，停机进行全面检查，并清除柱脚底板上的杂物，找正钢管柱方向，柱脚对准杯口位置，稳住钢管柱，吊车慢慢落钩，直到柱脚底板刚接触到杯口底面为止。 3.3 校正 (1)钢管柱的标高、柱脚平面轴线校好后在相互垂直的两个方向上用2台经纬仪同时观测钢管柱的垂直度，记录钢管柱的倾斜方向以及柱顶被观测点、柱身中心线相对于基础轴线的倾斜量。 (2)将约4m长的钢轨(38kg/m)用钢丝绳固定于钢管柱第1个节点处的水平腹管上(见图1 6—6剖面)。钢丝绳采用活套扣，钢轨两端伸出水平腹管约300mm(见图4)。

图4 钢管柱校正示意

钢轨固定位置应根据所测钢管柱倾斜方向而定。 (3)钢管柱向哪一侧倾斜就在哪一侧用千斤顶顶升钢轨的端部，从而顶起钢管柱的某一侧。在相互垂直的两个方向上用经纬仪观测钢管柱的垂直度，符合要求后，立即将悬空的柱脚用垫板垫实。 (4)复核标高和基础平面轴线，准确无误后将钢管柱柱脚与杯口之间用弧形楔铁楔紧，并将三者焊牢。最后进行杯口内的混凝土浇灌并浇水养护。 4 柱肢钢管内的混凝土灌注 柱肢钢管内的混凝土为无收缩混凝土，为保证工程质量，加快工程进度，根据本工程结构实际情况，决定采用高位抛落无振捣法进行灌注。 4.1 混凝土配合比试验 该项工程对混凝土的试配主要提出了两项技术要求：①根据《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28∶90)第7.4.5条规定混凝土的坍落度宜不小于15cm，因此应掺适量减水剂；②在满足混凝土强度的基础上要求混凝土无收缩，保证混凝土与钢管壁能紧密地结合，为此应在混凝土中掺适量的膨胀剂。 通过反复试验，选定的配合比及其它主要技术参数如下：砂率40%；水灰比0.40；坍落度18cm；水泥∶砂∶石子∶水∶UEA∶DK-5减水剂=447∶644∶966∶208∶73∶5.2(kg/m3)。7d、28d混凝土抗压强度为39.2MPa、48.8MPa，符合设计要求。 4.2 混凝土的灌注 采用德国产SCHWING布料杆泵车，将混凝土从地面泵至柱顶并通过柱顶端管口连续灌入柱肢钢管内，柱顶4m以内的混凝土需用插入式振捣器进行振捣，一次振捣时间为30～45s。为确保混凝土的灌注质量，应注意以下几点：①外加剂掺量应准确，计量误差不能超过外加剂掺量的±1%；②灌注混凝土之前，应从柱肢钢管上口灌入C40水泥砂浆，厚度为10cm，以免自由下落时混凝土粗骨料产生弹跳现象；③同一根柱肢钢管内混凝土的灌注应连续进行，不允许留有施工缝；④采用与混凝土灌注高度同步的敲击法检查混凝土灌注质量，确定柱肢钢管内混凝土是否密实，必要时可采用无损检测法。

建筑面积5212m2，主体结构为轻钢门式刚架，跨度72m，柱高15m，跨中高度19.75m，是目前最大跨度的轻钢结构工程。本工程的主要技术难点为72m跨刚架梁分段吊装。刚架梁平面布置如图1所示。

图1 刚架梁平面布置

1 刚架梁的构造

主梁为长72m的焊接实腹梁，共9榀，每榀梁重约17t，由6个节段组成，每节段长12m，靠两端支座(柱)的节段为变截面梁。梁翼缘板宽250mm；跨中截面高1524mm，腹板厚7mm，翼缘厚9mm；梁端头截面高1828mm，腹板厚9mm，翼缘厚16mm。

2 刚架梁吊装方案的选择

刚架梁吊装的难点在于单榀梁跨度大，稳定性差，柱梁结构弹性大，如控制不好梁会出现下挠和侧向失稳，且由于在北方冬期施工，梁上的风载较大。如果将72m刚架梁在地面拼装成设计坡度，跨中高度4650mm，必须考虑拼装平台设置和吊装时梁对钢柱的水平推力。如果将刚架梁分成两段，在地面分别拼装为36m的半榀梁，在空中对接，则可以较好地解决水平推力问题，但仍然易出现侧向失稳。

经过对比分析，我们决定在有支撑的跨间，将两榀梁都在地面拼装成36m长的半跨刚性单元，由2台汽车吊通过铁扁担吊起两个左半榀梁与各自轴线柱连接后，2号吊机使两个左半榀梁空中定位，1号吊机摘钩后与3号吊机吊起两个右半榀梁与各自轴线柱对接，最后对接中间节点，即形成整体刚架(见图2)。