浅谈复杂作业环境下小型钢结构框架吊装

 1 工程概况
华能铜川电厂2×600MW工程2号锅炉风机间设计为小型钢框架结构，南北方向长40m，东西方向宽16m，高21m。长方向分5跨，宽方向为两跨，高方向为3层。柱子在12.63m层平台向上1.3m处断开，分两层吊装。
2 施工特点及难点
①该框架结构柱间支撑（十字撑）多，D轴至E轴与7轴至12轴钢柱间都设有柱间支撑，F轴钢柱沿全高设有柱间支撑，水平方向受力复杂。
②现场吊装作业区域狭小，交叉作业繁多。锅炉风机间钢结构紧挨锅炉钢架，向西5m就是电除尘钢架。正处施工高峰期，锅炉钢架、电除尘钢架都在同时进行吊装作业，紧挨钢架的工业管沟也在施工当中。
③施工进度时间紧，由于材料供货紧张，其他专业电气及通风设备、管道安装又紧随其后，给现场吊装作业的时间已是少之又少。
④冬季施工吊装安全风险系数大，焊缝质量难控制。铜川地区冬季施工环境气温一般都在零下10℃以下，最低达到零下20℃，对吊装作业难度及安全风险都加大不少；对在寒冷环境中的焊接作业提出了严峻的考验，尤其是受力复杂的关键部位，控制焊缝的质量很重要。
3 吊装方案优化
3.1 为了进一步缩短工期，我们把“通风设备第一时间能够安装，实现跨专业工序的紧密衔接”作为框架吊装的整体思路。我们通过借阅安装单位的电气图纸，并与土建图纸进行详细的对比，了解到设备管道的位置及安装顺序，其中8轴（10轴）至9轴（11轴）交D轴至E轴设有两个通风设备，设备通风口朝上与通风管道连接沿7m高度垂直方向布置到20m处，通风管道20m高度沿层水平方向横跨E轴和F轴布置与电除尘相连接。由于设备管道是依据低向高的安装顺序先安装通风设备再安装垂直风道，最后安装20高处的水平风道。这样我们就对钢结构框架的功能要求有了具体的了解，根据尽快实现钢框架结构尽快承载通风设备的安装这一思路，我们制定了相应的吊装顺序，先吊装D轴和E轴间的钢结构，吊装完后确保设备第一时间安装，与此同时，我们开始吊装E轴和F轴间的钢结构，正好确保了设备安装完后能够及时安装20m层的通风管道。
3.2 起重机械选用25t汽车吊和QTZ6041平臂吊，经对现场施工环境的分析，F轴西侧空间狭小，汽车吊无法转身起吊D轴、E轴交8轴～7轴钢柱，加之锅炉风机间周围工业管道及地下设施正在开挖施工当中，如果按照吊装计划日期，汽车吊没办法站位。通过对锅炉房北侧QTZ6041平臂吊进行计算如下表，可以满足D～E轴间钢结构吊装，所以在吊装初期，选用QTZ6041平臂吊吊装D～E轴间钢结构，待该部分吊装完后，周围的管道开挖也已回填完，正好选用较经济合理的25t汽车吊吊装。
3.3 吊点及钢丝绳选用
3.3.1 钢柱顶腹板中心位置焊吊耳，钢材选用Q345，焊条E50，吊耳开K型45°坡口，焊缝高度8mm，焊缝长度200mm以上。10t卡环。最重钢柱7.06t，取安全系数等于8计算，单根吊索钢丝绳选用？准37，长度4m；两根吊索钢丝绳选用？准19.5长度8m。
3.3.2 钢梁吊装采用钢丝绳两点绑扎平吊，每吊点选用5t卡环，最重钢梁6.1t，取安全系数等于8计算，大梁吊索钢丝绳选用？准28，长度12m，其他次梁吊索钢丝绳选用？准19.5，次梁可三层串吊，见图2。
3.4 首节钢柱安装与校正
3.4.1 柱顶标高调整 根据钢柱实际长度、柱底平整度，采用相对标高安装，设计标高复核的方法。钢柱吊装就位后，通过吊钩起落与撬棍拨动调节与找平层之间间隙。量取柱根标高线与找平层标高线之间的距离，直至柱顶标高偏差小于5mm为止。
3.4.2 纵横十字线对正 钢柱在起重机吊钩不脱钩的情况下，利用制作时在钢柱上划出的中心线与基础顶面十字线对正就位。柱子轴线对定位轴线偏移不大于3mm为止。校正位移时应注意防止钢柱扭转。
3.4.3 垂直度调整 用两台呈90°的经纬仪投点，仪器架设在距柱子1.5倍柱长的地方，如果纵轴有柱子无法架仪器时，可将经纬仪架设在等于或大于5°的轴线上。采用缆风法校正，在校正过程中不断调整柱底板与找平层间隙，钢柱四面拉缆风绳稳定柱身，同时用经纬仪调整垂直度。直到误差在h/1000，且不应大于10.0mm为止。
3.5 上节钢柱安装与校正。上节钢柱安装时，利用柱身中心线就位，为使上下柱不出现错口，上、下柱定位轴线须重合。上节钢柱就位后，按照首节柱校正方法先调整标高，再调整位移，最后调整垂直度。
3.6 钢梁安装与校正
3.6.1 第二层钢梁安装时，D、E、F轴线，应先从中间跨开始对称地向两端扩展；同一跨钢梁，应先安19.40m层梁再安12.38m层梁。
3.6.2 在安装和校正柱与柱之间的主梁时，用钢丝绳捆住两点起吊，吊点应平衡，起吊后使用溜绳稳定吊物。吊车吊钩移动至所吊位置中心，两人分别在两边用撬棍撬动构件就位。吊钩落下，构件即准确就位。
3.6.3 各层梁安装好后，应先焊上层主梁后焊下层主梁，以使框架稳固，便于施工。
4 负温环境下钢结构焊接的质量控制
与以往不同的是，此次锅炉风机间钢结构吊装正值冬季，而焊接作业作为钢结构安装过程当中的重要组成部分，将受到低温环境的很大影响，焊接质量控制不好将直接影响到建筑的承载能力及使用寿命，威胁人们的生命财产安全。经查阅《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）规定：焊接作业区环境温度低于0摄氏度时，应根据钢材、焊材制定适当的措施；而日本建筑学会《钢结构工程》（JASS6）规定的最低施焊温度为零下5摄氏度。这就说明在负温施工环境下的焊接与一般环境的焊接技术有着明显的不同之处，分析如下：
4.1 负温环境对焊接造成的影响有以下几点：
①焊接接头冷却速度增加，冷裂纹敏感性也增加；②预热效果变差，在低温环境下用相同的热源，相同的时间，不能达到应有的预热效果；③焊接残余应力的作用加剧；④环境温度对焊工的操作带来不便。
4.2 低温焊接措施。根据钢框架柱间支撑较多的特点，将承载设备及通风管道部位的梁柱节点及钢柱的连接点作为焊接质量控制的重点。
①优选焊材：在低温环境中，应尽量选择低氢或超低氢焊材，对焊材严格执行烘焙和保温措施；②预热与层间温度：低温环境下所有节点母材的预热温度都稍高于常温下的焊接预热温度，加热区域为构件焊接区各方向大于或等于二倍钢板厚度且不小于100mm范围内的母材，焊接层间温度不低于预热温度或标准（JGJ81-2002）规定的最低温度20℃（两者取高值）；③加大定位焊时的热输入：适当加大定位焊的热输入，增大焊缝截面和长度，并采用与正式焊接相同的预热条件，不在坡口以外的母材上打弧，熄弧时弧坑一定要填满，可以有效减少由于定位焊接引起的收缩裂纹；④采用合理的焊接工艺：现场钢柱设计为H型钢700×600×30×40，在吊装第二节柱与第一节柱单边V型坡口施焊时，两个焊工分别站在钢柱两边翼缘板处，使用窄摆幅，多层多道焊，严格控制层间温度，焊接时间达3～4小时，一次性焊接到位；⑤焊接后热及时保温：安装过程当中，对这些重要的梁柱节点及柱连接点进行焊接后接头后热保温处理，这样有利于扩散氢气的逸出，防止由于冷速过快而引起的冷裂纹，同时适当的后热温度，还可以适当降低预热温度。
5 结束语
本次钢结构吊装的思路结合考虑了锅炉风机间钢结构框架功能要求，实现了“跨专业工序的紧密衔接”，整体上缩短了工期，真正地落实了项目部的“确保2#机组按期发电”的中心思想。同时为以后更为复杂的大型钢结构吊装提供了思路。在寒冷施工环境下使用的焊接技术有效地提高了焊缝质量，克服了环境温度对钢结构施工造成的不利影响。