120米烟囱脚手架方案.docx

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120米烟囱脚手架方案

中海石油炼化有限责任公司惠州炼化分公司

180万吨/年催化重整（II）装置、190万吨/年航煤加氢装置、240万吨/年催化汽油脱硫装置工程施工（C5）总承包

120米烟囱脚手架施工方案

编制：

审核：

批准：

中石化南京工程有限公司

中海石油惠州炼化二期项目部

一、工程概况

180万吨／年催化重整（Ⅱ）装置120米烟囱工程；工程建设地点:

广东省惠州市大亚湾石化区；本工程由中海石油炼化有限责任公司惠州炼化分公司投资建设，中国石化工程建设有限公司设计，中国化学工程第一岩土工程有限公司地质勘察，兰州寰球工程公司监理，中石化南京工程公司组织施工。

二、编制依据

《烟囱工程施工及验收规范》GB50078-2008

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011

业主提供的施工图纸及业主相关管理规定

《建筑施工手册》《建筑施工计算手册》。

设计相对标高±0.000米，相当于绝对标高8.1米。

烟囱高度120米，顶部出口外直径5.6米，内直径4.6米，±0.4米处外（底部）直径11.0米内直径9.24米（已包括内衬及隔热材料厚度），烟囱外信号平台四层，标高分别为17.3米、38.4米、70.4米、115.6米。

烟囱100米以上筒壁外表面刷红白相间5米的航空标志漆。

筒身0.9米处对称设置4个沉降观测点。

地面以上高度120米，第一节筒壁厚度为420mm，顶部筒壁厚度为200mm，烟囱内衬采用特种高铝隔热耐火砖，用耐火胶泥砌筑。

筒内设两层隔热层，里层为：

膨胀珍珠岩松散体，外层为普通硅酸盐水泥珍珠岩制品。

三、脚手架施工工艺

（一）内井架总体布置及施工要求

内井架采用多孔形式，烟囱底部共计双排井字型立杆（如附图所示），脚手架采用φ48.3×3.6钢管脚手架搭设构成烟囱的井架系统，立于已达到设计强度C20的烟囱混凝土基础底面上进行，砼厚度为300mm，满足承载要求。

其中用于提升系统位于中心孔位置，作为上料孔。

井架第一次搭设8.4米高，然后随烟囱混凝土筒身的升高而升高，随烟囱坡度的收缩而收缩，保持其内井架高度始终高出烟囱混凝土筒身5.4米，横杆竖向间距取1.8米,以便和定型钢模板高度相适应。

便于随操作面搭设操作平台。

在最底部20cm处设扫地杆和水平方向剪刀撑一道,并与筒壁顶紧,确保各个立杆位置牢固不动。

在中心位置留出－个0.2m×0.2m小孔，作为施工过程中测定筒身中心线的孔洞，施工时封闭，吊中复核时开启。

（二）脚手架搭设

落地式钢管脚手架搭设的工艺流程为：

材料配备→脚手架材料报验→场地清理→弹线、立杆定位→摆放钢板及扫地杆→竖立杆并与扫地杆扣紧→装扫地小横杆，并与立杆和扫地杆扣紧→装第一步大横杆并与各立杆扣紧→安第一步小横杆→安第二步大横杆→安第二步小横杆→加设临时斜撑杆，上端与第二步大横杆扣紧（装设与筒身连接杆后拆除）→安第三、四步大横杆和小横杆→安装二层与筒身拉杆→接立杆→加设剪力撑→分段钢梁吊装→钢梁固定焊接→上部脚手架钢管搭设。

1）井架的物料提升系统：

天梁均采用14a槽钢，并在两端焊接固定卡，卡在提升架上。

上面牢固焊接两个定滑轮，焊于井架底部的地墚设置两个定滑轮，配套穿好钢丝绳，安装好卷扬机，沿垂直方向设两道紧绷的钢丝绳，上下采用紧力装置分别固定在井架上，作为上料混凝土吊罐、钢筋吊笼的上料导轨，防止上料过程中的摆动。

组成整体提升系统作为混凝土、钢筋等物料的上料提升系统。

另制作一块1.2m×1.2m的封洞钢板，待料桶上到平台后，用其封住洞口，便于卸料时放置料桶，及平时人员行走以确保安全。

2）井架模板提升装置：

按烟囱施工方案执行。

（三）井架的操作平台及随层安全防护平台的设置

1）平台的设置要求

设计井架横杆的竖向间距为1.8米，高于浇灌一步模筒身混凝土的高度1.25米，根据操作面烟囱直径，井架上所用脚手板的宽度、长度,附加适当钢管,满铺冲压钢制脚手板，脚手板与脚手架钢管之间用8号铁丝绑扎牢固，脚手板与筒身的间隙距离最大不得超过15cm，不得有翘头板，当浇好一步模混凝土后，在上一层脚手架重新按要求铺设脚手板，形成两层平台。

一层为操作平台，一层为安全防护平台。

安全防护平台和随层安全平网在施工过程中随着筒身的升高而升高，新平台形成后再进行下一模1.25米高混凝土筒身的浇灌。

2）平台安全防护的设置

a进料口安全通道的搭设：

在进料口处搭高度5米，宽度5米的安全通道，通道顶设为双层，两层间隔80cm，其上满铺木跳板。

b在烟囱内井架上，高5米处设一双层防护棚，防止上部施工时物件掉落，保证下面的施工人员的安全，竖井架承受操作台全部荷重，并用于垂直运输。

在烟囱平台上搭设一安全通道，通道顶部设双层防护棚。

并且在外龙门提升架顶设双层防护棚。

双层防护棚两层间距500mm。

在安全防护平台下方搭设一道随层安全平网，并且要沿筒身每10米设一道安全平网。

（四）安全设施的布置

1）人员爬梯：

操作人员上下方法：

所有施工人员及管理人员均从烟囱内钢管脚手架一侧搭设爬梯上下进行作业及相关质量检查。

每节爬梯左右攀升，做好顶部挡板，防止高空坠物。

爬梯每6米就改变攀爬方位，改变方位起到攀爬人员不会出现直线掉落，更方便施工人员及管理人员在攀爬6米后在改变攀爬方位的钢管平台上休息，随着烟囱的逐步升高为保证施工人员的安全上下，在爬梯上安装防坠器，施工人员在上下时必须按要求进行使用防坠器。

用φ48.3*3.6的钢管搭设上下爬梯，横杆间距300mm。

人员上下时必须佩带速差式防坠器安全带，并设专人监护。

2）临时避雷针

临时避雷针的设置，采用1.5米长的φ16的圆钢作为临时避雷针，再用φ10的圆钢作为临时避雷线与筒身的避雷引上线焊接，做为避雷装置，并与烟囱接地网连接。

3）上下通讯

上下通讯采用无线对讲机联系，保持对讲机的电池充电，确保联络畅通。

4）超高限位装置

安装于天梁下方5米处，当料桶超过此高度时，卷扬机自动制动。

停止提升。

（注：

所有电线等线路采用PVC穿管防护）

（五）拆除要求

1）拆架程序应遵守由上而下，先搭后拆的原则，即先拆拉杆、脚手板、剪刀撑、斜撑，而后拆小横杆、大横杆、立杆等（一般的拆除顺序为：

安全网→栏杆→脚手板→剪力撑→小横杆→大横杆→立杆）。

2）不准分立面拆架或在上下两步同时进行拆架。

做到一步一清、一杆一清。

拆立杆时，要先抱住立杆再拆开最后两个扣。

拆除大横杆、斜撑、剪力撑时，应先拆中间扣件，然后托住中间，再解端头扣。

所有连墙杆等必须随脚手架拆除同步下降，严禁先将连墙件整层或数层拆除后再拆脚手架，分段拆除高差不应大于2步，如高差大于2步，应增设连墙件加固。

3）拆除后架体的稳定性不被破坏，如附墙杆被拆除前，应加设临时支撑防止变形，拆除各标准节时，应防止失稳。

烟囱施工的脚手架随烟囱筒壁施工逐步增高，脚手架分段搭设，分别在30.40m、60.40m、90.40m高度增设型钢梁（25a工字钢）作为上部脚手架支撑，钢梁支社于牛腿上，该处砼施工时留置4组试块，当试压强度满足型钢上部荷载时方可投入使用，同时在烟囱侧壁及牛腿顶部预埋钢板，钢梁末端与烟囱壁预埋板焊接，底部与牛腿顶部预埋板焊接。

在每段内设置一个卸荷点（16#钢丝），卸荷点距底部钢梁20米，烟囱内部脚手架立杆距烟囱环壁大于300mm时增加立杆数量。

脚手架的搭设见下图。

详见附图

四、内脚手架架稳定性载荷计算

（一）、参数信息:

1.脚手架参数

双排脚手架搭设高度为30m（30.4米至60.4米处处于最大载荷），立杆采用双排单立杆；

搭设尺寸为：

横距Lb为1.1m，纵距La为1.45m，大小横杆的步距按1.8m计算，现场实际为1.75米。

施工时按实际操作高度降低大小横杆的步距。

水平杆悬挑长度不大于300mm，当大于时采用增设立杆或斜杆的措施。

内排架距离墙长度为0.30m；

大横杆在上，搭接在小横杆上的大横杆根数为2根；

采用的钢管类型为Φ48×3.0计算；现场实际可采用48*3.5的钢管。

横杆与立杆连接方式为单扣件；

连墙件采用两步三跨，竖向间距3.6m，水平间距4.35m；

2.活荷载参数

施工均布活荷载标准值:

2.500kN/m2；脚手架用途:

施工脚手架；

同时施工层数:

2层；

3.风荷载参数

本工程地处广东惠阳，基本风压0.45kN/m2；

风荷载高度变化系数μz，计算连墙件强度时取0.92，计算立杆稳定性时取0.74，风荷载体型系数μs为0.217；

4.静荷载参数

每米立杆承受的结构自重标准值（kN/m）:

0.1233；

脚手板自重标准值（kN/m2）:

0.350；栏杆挡脚板自重标准值（kN/m）:

0.140；

安全设施与安全网（kN/m2）:

0.005；

脚手板类别:

木脚手板；栏杆挡板类别:

木脚手板挡板；

每米脚手架钢管自重标准值（kN/m）:

0.033；

脚手板铺设总层数:

4；

（二）、大横杆的计算:

按照《扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）第5.2.4条规定，大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。

将大横杆上面的脚手板自重和施工活荷载作为均布荷载计算大横杆的最大弯矩和变形。

1.均布荷载值计算

大横杆的自重标准值:

P1=0.033kN/m；

脚手板的自重标准值:

P2=0.35×1.1/（2+1）=0.128kN/m；

活荷载标准值:

Q=2.5×1.1/（2+1）=0.917kN/m；

静荷载的设计值:

q1=1.2×0.033+1.2×0.128=0.194kN/m；

活荷载的设计值:

q2=1.4×0.917=1.283kN/m；

图1大横杆设计荷载组合简图（跨中最大弯矩和跨中最大挠度）

图2大横杆设计荷载组合简图（支座最大弯矩）

2.强度验算

跨中和支座最大弯距分别按图1、图2组合。

跨中最大弯距计算公式如下:

M1max=0.08q1l2+0.10q2l2

跨中最大弯距为M1max=0.08×0.194×1.452+0.10×1.283×1.452=0.302kN·m；

支座最大弯距计算公式如下:

M2max=-0.10q1l2-0.117q2l2

支座最大弯距为M2max=-0.10×0.194×1.452-0.117×1.283×1.452=-0.356kN·m；

选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算：

σ=Max（0.302×106,0.356×106）/4490=79.287N/mm2；

大横杆的最大弯曲应力为σ=76.575N/mm2小于大横杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

大横杆的最大弯曲应力为σ=79.287N/mm2小于大横杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

3.挠度验算:

最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠度。

计算公式如下：

νmax=（0.677q1l4+0.990q2l4）/100EI

其中：

静荷载标准值:

q1=P1+P2=0.033+0.128=0.162kN/m；

活荷载标准值:

q2=Q=0.917kN/m；

最大挠度计算值为：

ν=0.677×0.162×14504/（100×2.06×105×107800）+0.990×0.917×14504/（100×2.06×105×107800）=2.024mm；

大横杆的最大挠度2.024mm小于大横杆的最大容许挠度1450/150mm与10mm，满足要求！

三、小横杆的计算:

根据JGJ130-2011第5.2.4条规定，小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算，大横杆在小横杆的上面。

用大横杆支座的最大反力计算值作为小横杆集中荷载，在最不利荷载布置下计算小横杆的最大弯矩和变形。

1.荷载值计算

大横杆的自重标准值：

p1=0.033×1.45=0.048kN；

脚手板的自重标准值：

P2=0.35×1.1×1.45/（2+1）=0.186kN；

活荷载标准值：

Q=2.5×1.1×1.45/（2+1）=1.329kN；

集中荷载的设计值:

P=1.2×（0.048+0.186）+1.4×1.329=2.142kN；

小横杆计算简图

2.强度验算

最大弯矩考虑为小横杆自重均布荷载与大横杆传递荷载的标准值最不利分配的弯矩和；

均布荷载最大弯矩计算公式如下:

Mqmax=ql2/8

Mqmax=1.2×0.033×1.12/8=0.006kN·m；

集中荷载最大弯矩计算公式如下:

Mpmax=Pl/3

Mpmax=2.142×1.1/3=0.785kN·m；

最大弯矩M=Mqmax+Mpmax=0.791kN·m；

最大应力计算值σ=M/W=0.791×106/4490=176.274N/mm2；

小横杆的最大弯曲应力σ=176.274N/mm2小于小横杆的抗压强度设计值205N/mm2，满足要求！

3.挠度验算

最大挠度考虑为小横杆自重均布荷载与大横杆传递荷载的设计值最不利分配的挠度和；

小横杆自重均布荷载引起的最大挠度计算公式如下:

νqmax=5ql4/384EI

νqmax=5×0.033×11004/（384×2.06×105×107800）=0.029mm；

大横杆传递荷载P=p1+p2+Q=0.048+0.186+1.329=1.564kN；

集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度计算公式如下:

νpmax=Pl（3l2-4l2/9）/72EI

νpmax=1563.535×1100×（3×11002-4×11002/9）/（72×2.06×105×107800）=3.326mm；

最大挠度和ν=νqmax+νpmax=0.029+3.326=3.355mm；

小横杆的最大挠度为3.355mm小于小横杆的最大容许挠度1100/150=7.333与10mm,满足要求！

（四）、扣件抗滑力的计算:

按规范表5.1.7,直角、旋转单扣件承载力取值为16.00kN，按照扣件抗滑承载力系数1.00，该工程实际的旋转双扣件承载力取值为16.00kN。

纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算（《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》5.2.5）:

R≤Rc

其中Rc--扣件抗滑承载力设计值,取16.00kN；

R--纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值；

大横杆的自重标准值:

P1=0.033×1.45×2/2=0.048kN；

小横杆的自重标准值:

P2=0.033×1.1/2=0.018kN；

脚手板的自重标准值:

P3=0.35×1.1×1.45/2=0.279kN；

活荷载标准值:

Q=2.5×1.1×1.45/2=1.994kN；

荷载的设计值:

R=1.2×（0.048+0.018+0.279）+1.4×1.994=3.206kN；

R<16.00kN,所以双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!

（五）、脚手架立杆荷载计算:

作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。

静荷载标准值包括以下内容：

（1）每米立杆承受的结构自重标准值，为0.1233kN/m

NG1=[0.1233+（1.45×2/2）×0.033/1.80]×30.00=4.504kN；

（2）脚手板的自重标准值；采用木脚手板，标准值为0.35kN/m2

NG2=0.35×4×1.45×（1.1+0.3）/2=1.421kN；

（3）栏杆与挡脚手板自重标准值；采用木脚手板挡板，标准值为0.14kN/m

NG3=0.14×4×1.45/2=0.406kN；

（4）吊挂的安全设施荷载，包括安全网:

0.005kN/m2

NG4=0.005×1.45×30=0.217kN；

经计算得到，静荷载标准值

NG=NG1+NG2+NG3+NG4=6.548kN；

活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和，立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。

经计算得到，活荷载标准值

NQ=2.5×1.1×1.45×2/2=3.987kN；

考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为

N=1.2NG+0.85×1.4NQ=1.2×6.548+0.85×1.4×3.987=12.603kN；

不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值为

N'=1.2NG+1.4NQ=1.2×6.548+1.4×3.987=13.44kN；

（六）、钢丝绳卸荷计算:

钢丝绳卸荷按照完全卸荷计算方法。

在脚手架全高范围内卸荷1次；吊点选择在立杆、小横杆、大横杆的交点位置；以卸荷吊点分段计算。

经过计算得到

a1=arctg[2.500/（1.100+0.300）]=60.751度

a2=arctg[2.500/0.300]=83.157度

第1次卸荷处立杆轴向力为：

P1=P2=1.5×12.603×10/30=6.302kN；

kx为不均匀系数，取1.5

各吊点位置处内力计算为（kN）：

T1=P1/sina1=6.302/0.873=7.222kN

T2=P2/sina2=6.302/0.993=6.347kN

G1=P1/tana1=6.302/1.786=3.529kN

G2=P2/tana2=6.302/8.333=0.756kN

其中T钢丝绳轴向拉力，G钢丝绳水平分力。

卸荷钢丝绳的最大轴向拉力为[Fg]=T1=7.222kN。

钢丝绳的容许拉力按照下式计算：

[Fg]=aFg/K

其中[Fg]--钢丝绳的容许拉力（kN）；

Fg--钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN），

计算中可以近似计算Fg=0.5d2，d为钢丝绳直径（mm）；

α--钢丝绳之间的荷载不均匀系数，取1；

K--钢丝绳使用安全系数。

计算中[Fg]取7.222kN，α=1，K=7，得到：

选择卸荷钢丝绳的最小直径为：

d=（2×7.222×7.000/1.000）0.5=10.1mm。

吊环强度计算公式为：

σ=N/A≤[f]

其中

[f]为拉环钢筋抗拉强度，按《混凝土结构设计规范》10.9.8每个拉环按2个截面计算的吊环应力不应大于50N/mm2；

N--吊环上承受的荷载等于[Fg]；

A--吊环截面积，每个吊环按照两个截面计算,A=0.5πd2；

选择吊环的最小直径要为：

d=（2×[Fg]/[f]/π）1/2=（2×7.222×103/50/3.142）1/2=9.6mm。

第1次卸荷钢丝绳最小直径为10.1mm，必须拉紧至7.222kN，吊环直径为10.0mm。

施工现场卸载点吊钩选Φ20圆钢制作，钢丝选用16#钢丝。

钢丝绳绳卡作法

（七）、立杆的稳定性计算:

风荷载标准值按照以下公式计算

Wk=0.7μz·μs·ω0

其中ω0--基本风压（kN/m2），按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定采用：

ω0=0.45kN/m2；

μz--风荷载高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）的规定采用：

μz=0.74；

μs--风荷载体型系数：

取值为0.217；

经计算得到，风荷载标准值为:

Wk=0.7×0.45×0.74×0.217=0.051kN/m2；

风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW为:

Mw=0.85×1.4WkLah2/10=0.85×1.4×0.051×1.45×1.82/10=0.028kN·m；

考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式

σ=N/（φA）+MW/W≤[f]

立杆的轴心压力设计值：

N=12.603×10/30=4.201kN；

不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式

σ=N/（φA）≤[f]

立杆的轴心压力设计值：

N=N'=13.44kN；

计算立杆的截面回转半径：

i=1.59cm；

计算长度附加系数参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）表5.3.3得：

k=1.155；

计算长度系数参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）表5.3.3得：

μ=1.51；

计算长度,由公式l0=kuh确定：

l0=3.139m；

长细比:

L0/i=197；

轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比lo/i的结果查表得到：

φ=0.186

立杆净截面面积：

A=4.24cm2；

立杆净截面模量（抵抗矩）：

W=4.49cm3；

钢管立杆抗压强度设计值：

[f]=205N/mm2；

考虑风荷载时

σ=4201.008/（0.186×424）+28278.865/4490=59.567N/mm2；

立杆稳定性计算σ=59.567N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

不考虑风荷载时

σ=13440.4/（0.186×424）=170.425N/mm2；

立杆稳定性计算σ=170.425N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2，满足要求！

（八）、卷扬机的选型、钢丝绳的验算

1）内井架所需牵引力计算

内井架

料桶自重：

[π（0.75/2）2+0.7×π×0.75]×0.006×7.85×10KN=0.984kn

料桶混凝土重：

π（0.65/2）2+0.7×25KN=5.81kn

考虑动荷载因素所需的牵引力为：

S需=1.4×（5.8KN+0.98KN）=9.497kn

2）钢丝绳的许可拉应力

13mm钢丝绳（6×37）的容许拉应力

S=Sb/K1=apg/K1

S=0.8×106.5kn/7=12.47kn≥9.497kn

故而钢丝绳的允许承载重至少为1.2t，烟囱内井架料桶允许提升重量为：

0.9t，所选用的3t卷扬机及配备的13mm钢丝绳能满足施工要求。

（九）、提升钢梁计算及支撑脚手架验算

1、荷载计算

1.起吊物和吊盘重力（包括索具等）G

G=K（Q+q）

其中K──动力系数，K=1.00；

Q──起吊物体重力，Q=10.000kN；

q──吊盘（包括索具等）自重力，q=2.000kN；（此取值含125米钢丝的重量）

经过计算得到G=K×（Q+q）=1.00×（10.000+2.000）=12.000kN。

2.提升重物的滑轮组引起的缆风绳拉力S

S=f0[K（Q+q）]

其中f0──引出绳拉力计算系数，取1.02；

经过计算得到S=f0×[K×（Q+q）]=1.020×[1.00×（10.000+2.000）]=12.220kN；

1天梁计算

主梁材料类型

槽钢

主梁合并根数