鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
摘 要：隨著國家宏觀政策對行業發展的調整，近年大型變壓器廠房（鋼結構）的建設越來越多，由于變壓器廠房的要求比普通廠房來的高得多，例如大噸位桁車，起吊高度，鋼管混凝土鋼柱等。通過研究其施工安裝，供同類工程施工參考。
關鍵詞：鋼管混凝土柱；大噸位；超高壓屏蔽鋼結構廠房；施工安裝
1.工程概況
本工程為某大型變壓器廠房，結構形式為鋼結構單層（局部二層），建筑面積約60000㎡，分為高壓試驗大廳、大型裝配車間、中型裝配車間、鐵心車間、線圈車間、絕緣車間、材料庫、材料配送車間以及各輔跨。
圖1 大型變壓器廠房施工軸測圖
圖2 廠房剖面圖
高壓試驗大廳跨度為42m，柱距12m，長度48m，該部分鋼柱采用圓管格構式鋼柱，屋蓋采用網架結構，下弦標高為36m，該跨設有單層吊車，起重量為10t，網架下弦設有檢修走道。
大廳內六面屏蔽，屏蔽效能衰減65dB，范圍0.5-1.6MHz，墻面及天棚屏蔽采用1.0mm厚本色穿孔鍍鋅鋼板，地面為9×25鋼板網，絲梗厚度、寬度均為1.2mm。墻面主龍骨間距6m固定在鋼柱上，次龍骨固定于主龍骨上，間距1300左右，屏蔽板與次龍骨柔性連接。
大型裝配車間跨度36m，柱距12m、6m，長度186m。該跨設有三層吊車，底層（11米標高吊車）起重量為10t，中層（18.52m標高吊車）最大起重量為100t，上層（24.65m標高吊車）最大起重量為300t，該部分鋼柱采用圓管格構式鋼柱，屋架采用H型鋼鋼屋架。
圖3 大型裝配車間施工中(大型變壓器廠房施工)
中型裝配車間跨度24m，柱距12m、6m，長度186m。該跨設有二層吊車，底層（11m標高吊車）起重量為10t，上層（16.57m標高吊車）最大起重量為100t，該部分鋼柱采用圓管格構式鋼柱，屋架采用H型鋼鋼屋架。
線圈車間跨度24m，柱距12m、6m，長度186m。該跨設有二層吊車，底層（9m標高吊車）起重量為10t，上層（13.2m標高吊車）最大起重量為50t，該部分鋼柱采用H型鋼鋼柱，屋架采用H型鋼鋼屋架。
絕緣車間跨度18m，柱距12m、6m，長度186m。該跨設有吊車，11.5m標高吊車，起重量為10t，該部分鋼柱采用H型鋼鋼柱，屋架采用H型鋼鋼屋架。
2.工程特點分析
施工面積大，區域廣，人員、機具必須配備充足。為節約施工工期，合理劃分施工區域，廠房主次結構安裝和圍護結構安裝等多工種展開交叉作業，施工配合工作尤為重要。
廠房設置的多層吊車對鋼結構的安裝精度要求高，施工中必須嚴格加強質量控制。大截面H型鋼屋架吊裝，如何保證平面穩定而不產生變形。
鋼管柱混凝土的施工，施工要求灌注密實，需采用合適的施工方法，保證施工質量。
高壓試驗大廳采用六面屏蔽，屏蔽效能衰減65dB，范圍0.5-1.6MHz。屏蔽要求高、面積大，施工中質量控制十分重要。
3.鋼結構安裝方案
3.1 施工分區
將廠房劃分為七個施工區域，分別為高壓試驗大廳為施工一區，大型裝配車間為施工二區，中型裝配車間為施工三區，大型裝配車間輔跨、鐵心車間為施工四區，中型裝配車間輔跨、線圈車間為施工五區，線圈車間輔跨、絕緣車間為施工六區，材料中轉車間為施工七區。（見圖4）
圖4 施工分區示意圖
3.2鋼結構安裝順序（見圖5）
圖5 鋼結構施工順序示意圖(大型變壓器廠房施工)
3.3施工機械選擇
表1 施工大型機械配置
3.4鋼柱安裝
3.4.1鋼柱安裝工藝（見圖6）
圖6 鋼柱安裝工藝流程
3.4.2鋼柱安裝前的準備
①吊裝前徹底清除柱基礎及周圍的垃圾、積水，對混凝土基礎面重新鑿毛，并清除塵屑等雜物，并在基礎上劃出鋼柱安裝的縱橫十字線。
②對基礎進行復核，復核的主要項目為：軸線位置、標高及螺栓的伸出長度。
③測量基礎混凝土頂面的標高，準備好不同厚度的鐵墊塊。
④準備好鋼柱吊裝用的臨時爬梯、操作平臺等。
3.4.3 鋼柱吊裝
使用150t履帶吊將鋼柱起吊、就位。鋼柱吊裝就位后，先進行初步的調整偏差，在剛度較小的方向在上層吊車梁牛腿位置設置纜風繩，有垂直支撐跨的鋼柱必須立即進行垂直支撐的安裝。
鋼柱吊裝時先在基礎上標注十字線，使鋼柱十字線與基礎十字線對齊。當鋼柱及柱間支撐、系桿吊裝完畢并校正后進行基礎灌漿工作，基礎砼達到一定的強度后，吊裝吊車梁。每一排吊車梁吊裝完畢并校正后進行鋼柱內混凝土澆筑，考慮到高拋砼時會產生離析的現象，在地面1.2m標高處設置砼澆筑孔，由下往上進行混凝土的澆筑。
3.4.4鋼柱校正
①柱基標高調整
根據鋼柱的實際長度、柱底的平整度、鋼牛腿頂部及柱頂距柱底部的距離，有吊車的鋼柱重點是保證牛腿頂部標高值，來決定基礎標高的調整數值。
吊裝前先測量牛腿頂面到鋼柱底板的距離，然后根據此距離確定鋼柱柱腳墊板的放置厚度，雙層吊車梁的鋼柱應以上下二層吊車梁的中間值為準。
②縱橫十字線的對準
在鋼柱安裝前，用經緯儀在基礎上面將縱橫十字線劃出，同時鋼柱柱身的四個面標出鋼柱的中心線。
在鋼柱安裝時，起重機不脫鉤的情況下，慢慢下落鋼柱，使在鋼柱上標注的四個面中心線與基礎上劃出的縱橫十字線對準，盡量做到線線相交。
③柱身垂直度的校正
在鋼柱的縱橫十字線的延長線上或稍偏的位置架設兩臺經緯儀，進行垂直度測量，經緯儀與縱橫十字線的夾角應小于15°。采用鋼鍥或松緊纜風繩進行校正，校正完畢后，松開纜風繩不受力，再進行復校調整.
3.5吊車梁安裝
3.5.1安裝工藝流程（見圖7）
圖7 吊車梁安裝工藝流程
3.5.2吊裝順序
吊車梁的安裝順序：先吊下層吊車梁，再吊上層吊車梁。
3.5.3就位固定
吊車梁系統安裝時，進行吊車梁的吊裝，由于吊車梁直接擱置在牛腿上面，沒有直接與鋼柱連接，為此吊車梁吊裝后，立即將牛腿與吊車梁之間進行連接，使之穩定。
3.5.4 測量校正
鋼柱初步校正固定后，應立即安裝鋼柱之間的垂直支撐，鋼吊車梁安裝從有垂直支撐的開間向兩邊安裝，安裝后用臨時螺栓先固定，吊車梁吊裝后只做初步校正，等屋蓋系統安裝后再做最后的校正固
定，吊車梁先用臨時螺栓固定，等吊車梁最后校正完成后進行最終固定。鋼吊車梁的校正主要包括標高調整，縱橫軸線(直線度、軌距)和垂直度調整。
雙層吊車梁安裝調整控制線見（如圖8）。
圖8吊車梁安裝控制線示意圖
3.5.5雙層吊車梁安裝注意事項
吊裝時應注意吊裝順序，為了盡量減少施工時對上層吊車梁造成的影響，先安裝下層吊車梁，等鋼結構受施工應力影響變形基本穩定后，再安裝上層的吊車梁。
3.6鋼屋架安裝
3.6.1鋼屋架安裝工藝流程（見圖9）
3.6.2吊裝前的準備
準備好護身欄桿、上下梯子及纜風繩。
完成分段鋼屋架的組裝，組裝在場內就近組裝，以保證構件組裝順利進行。
3.6.3屋架吊裝方法
屋架梁跨度大于30m及以上，采用四點綁扎吊裝，對跨度小于30m，采用二點綁扎吊裝。就位后，先進行安裝位置的復測，用臨時螺栓進行固
圖9 鋼屋架安裝工藝流程
定，用纜風繩在屋架的進行加固，等第二榀屋架吊裝好后，及時將兩屋架之間的水平支撐及屋面檁條等所有構件安裝完成，并進行測量校正，合格后進行焊接，以此作為穩定體系，向后再安裝下一榀屋架。
3.6.4 纜風繩的設置
當單榀屋架吊裝就位后，在吊機摘鉤前，立即在屋架兩側用纜風繩固定。
3.6.5屋面梁支撐系統的安裝
安裝第一榀屋架后，采用攬風繩進行固定，安裝好第二榀屋架后，用攬風繩固定后，立即采用吊機進行屋架之間的支撐系統及檁條的安裝。
3.6.6鋼屋架的校正
屋架的測量校正主要包括以下幾方面的內容：軸線位置偏移的測量校正、跨中垂直度的測量校正（如圖10），屋架撓度的測量校正等。
圖10 鋼屋架軸線偏差測量(大型變壓器廠房施工)
3.6.7屋架吊裝防平面失穩措施
由于鋼屋架采用大截面H型鋼，其吊裝平面穩定性較弱，為保證構件的順利吊裝，在屋架梁上通
過幫扎鋼管來增強其平面穩定性，鋼梁安裝就位后再進行拆除。（如圖11）：
圖11 鋼屋架安裝抗扭加固示意1
3.7鋼管混凝土
鋼管柱柱芯混凝土澆注方式有高拋及加壓泵送，而加壓泵送又分為由上而下或由底而上兩種。
本工程采用（由底而上）泵送頂升方法施工。
3.7.1工藝原理
在鋼管混凝土柱底部適當位置開孔并焊接帶單向閥的混凝土輸送管，利用混凝土泵的壓力將自密實混凝土自下而上擠壓頂升灌入鋼管內，直至注滿整根鋼管混凝土柱。
3.7.2施工操作要點
①現場加工制作單向閥及截止閥。單向閥由ф145mm，5mm厚的混凝土輸送彎管(R=500mm)及8mm厚的Q345B鋼板共同加工而成，截止閥采用20mm厚的Q345B鋼板及ф18的螺栓加工制作。
②在距鋼管混凝土柱底部300mm～500mm開一ф145mm圓孔，以清除柱內積水、雜物及焊接單向閥。
③焊接單向閥，單向閥伸進鋼管混凝土柱內。單向閥的蓋板與水平方向的夾角宜為600～700，可通過伸出鉸鏈背后的鋼板調節固定（如圖12）。
圖12 單向閥示意圖
④用套箍連接截止閥，在截止閥與混凝土泵間布置混凝土輸送管。若單向閥在澆筑完畢后能正常啟閉，可重復利用截止閥。
⑤澆筑前，要計算好單根柱混凝土量，待所需混凝土運送到施工現場后方可進行頂升(從混凝土拌合至開始頂升的時間應控制在混凝土初凝前)，防止混凝土在運輸過程中耽擱造成頂升中斷。同
時，及時做好混凝土坍落度及坍落擴展度的檢測。
⑥在混凝土輸送管與截止閥連接前，泵送砂漿用以潤滑輸送管道，并把該部分砂漿清除干凈后再進行柱芯混凝土的澆筑。
⑦混凝土頂升至柱頂后，應及時停泵，并進行數次回抽，若柱頂混凝土面無明顯回落，方可拆除混凝土輸送管。
⑧在拆除混凝土輸送管過程中，隨時做好關閉截止閥的準備，并應注意拆管順序，必須先拆除截止閥后靠近混凝土泵端的輸送管，再拆除截止閥前的套箍及截止閥。若拆管過程中混凝土有涌出現象，應立即關閉截止閥，待混凝土終凝后再拆除截止閥。
⑨澆筑完畢30min后，觀察柱頂混凝土有無回落下沉，若有下沉，則用人工補澆柱頂混凝土。
⑩混凝土養護7天后，將柱底單向閥外露部分割去，并焊接封口鋼板。
3.8屏蔽施工措施
高壓試驗大廳內六面屏蔽，屏蔽效能衰減65dB，范圍0.5～1.6MHz，墻面及天棚屏蔽采用1.0mm厚本色穿孔鍍鋅鋼板，地面為9×25鋼板網，絲梗厚度、寬度均為1.2mm。墻面主龍骨間距6米固定在鋼柱上，次龍骨固定于主龍骨上，間距1300左右，屏蔽板與次龍骨柔性連接。
3.8.1施工方案
屏蔽板安裝順序：安裝主龍骨→安裝次龍骨→鍍鋅鋼板固定→輕鋼龍骨安裝→內板安裝。
3.8.2屏蔽殼體結構方案
殼體連接方式：鍍鋅鋼板鋪設后，用焊機點焊固定于次龍骨支架上，在拼接縫處平行與拼接線各粘貼一道鋼質導電襯墊，然后在襯墊上鋪設一條-100×6鍍鋅壓條，再用M6自攻釘穿過鍍鋅壓條將屏蔽鍍鋅板固定在龍骨上。在墻面與地面連接處通長埋設-80*4的鋼板，地面單層鋼板網與預埋鋼板通過錨筋焊牢，墻面鍍鋅板與預埋鋼板間斷焊牢。
3.8.3內板安裝
根據施工排版圖劃線，以劃線為依據依次逐塊安裝，采用專用螺釘（配件）與輕鋼龍骨固定。內板安裝，采用專用支架支撐、提升內板。
3.8.4氣囊屏蔽門安裝
大屏蔽門為氣囊密封式平移屏蔽門，采用垂直起降形式，由門扇起重運載框架支撐，作上下垂直起降運動。門框四周裝有彈性回復件和氣囊，門扇和門框的接觸是由門扇插入門框后，氣囊充氣，壓迫彈性回復件使門扇和門框緊貼，從而達到完全電磁密封的要求。開門時，氣囊放氣，使門扇和門框的接觸面分開，門扇起吊裝置牽引門扇脫離門框，過橋板放置相應位置。設備便可以自由出入。
3.8.5屏蔽系統安裝要點
①混凝土地坪施工時，鋼筋網的鋼筋交叉點和鋼筋接頭處采用搭接焊方式，不得使用點焊，確保鋼筋網的屏蔽效能不受影響。
②鋼筋網鋪設前，應對混凝土墊層進行清理，不得存在金屬雜質，或導電物體。
③鋼筋網鋪設時，應嚴格保證平整，兩塊鋼板網應有足夠的搭接長度，鋼板網搭接應采用間斷焊，并及時清理焊渣及其它金屬物。
④所有屏蔽層的給水管道，應在施工時立即與屏蔽板進行可靠焊接，并及時將焊縫進行打磨處理，確保無異物存留與屏蔽層。
⑤所有穿過屏蔽層的電纜配管應采用鋼管，并與屏蔽網可靠焊接。
⑥應根據不同設備的電負荷大小、選擇合適容量的電源波濾器。在施工前應檢查波濾器是否完好，并進行測試，合格方能使用。
⑦通風空調在試驗大廳的出口應加設波導窗，波導窗施工時外框與屏蔽斑結合處應間斷焊，最好再加設導電墊片。
⑧照明燈具下的屏蔽鋼板需開孔，此處施工時需注意開孔處屏蔽網與屏蔽鋼板的連接是否嚴密，搭接長度是否符合要求。
4. 結 語：
1）該工程于2010年10月順利通過驗收，并獲得鋼結構“金鋼獎”工程。
2）通過該工程的施工實踐，為今后在類似采用鋼管混凝土柱、大噸位雙層吊車梁鋼結構廠房施工提供經驗、借鑒；同時為今后鋼結構廠房做高效能屏蔽施工提供參考。
參考文獻
[1]建筑鋼結構施工手冊 中國計劃出版社 2002年
[2]鋼結構工程施工質量驗收規范 GB50205-2001
[3]電磁屏蔽室工程施工及驗收規范 SJT 31470-2002
[4]混凝土結構工程施工質量驗收規范 GB50204-2002
（精工工業建筑系統有限公司 浙江紹興 302030）
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