工业厂房施工组织设计.docx

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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16—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）。

图2　刚架梁吊装过程

　　依据轻钢刚架结构的特性，为使大梁形成后应力释放均匀，并能控制好建筑的跨中高度，半榀拼装和空中对接是最好的办法。

而两个半榀梁在安装好跨间支撑和檩条的条件下同时起吊，则大大加强了吊装过程中结构的稳定性。

若相邻的两榀梁重量不等，各自的半榀梁吊装时用手拉葫芦将铁扁担调平。

由于

轴两侧跨间均无支撑，只能采用单榀梁起吊，起吊前将梁两侧用钢管等加固，仍采用3台吊车空中对接的安装方法。

3　吊点

　　双榀起吊的梁吊点选在梁的跨间支撑节点处，单榀起吊的梁吊点选在腹板加劲板处。

4　刚架梁吊装

（1）吊装顺序　从抗风柱

轴向大门

轴方向顺序吊装。

（2）起吊设备　50t汽车吊2台（1号、3号吊机），45t汽车吊1台（2号吊机）。

　　（3）地面拼装　将两榀梁在地面都分成两个半榀立放拼装，所有高强度螺栓终拧，除吊点处檩条外其余所有檩条和跨间支撑均安装到位。

吊点处腹板两侧、下翼缘底部加垫木方。

　　（4）吊装步骤　第1步：

1、2号吊机同时抬吊左边两个半榀梁，离地1m左右，检查连接螺栓是否终拧完毕，然后2号吊机将梁起升至设计要求的坡度。

2台吊机同时缓慢、平稳起吊至高于就位标高2～3cm处，穿入梁与柱节点螺栓，并初拧。

此时1号吊机适当卸荷，待此节点全部螺栓终拧完毕后，2台吊机交替卸荷，2号吊机卸至53kN时停止，1号吊机摘钩。

第2步：

1、3号吊机同时抬吊右半榀梁，做法同第1步。

第3步：

刚架梁左右两个半榀在屋脊处对接，采用铝合金挂篮作操作平台。

穿入螺栓并初拧，2台吊机交替缓慢卸荷，并按从上至下的顺序终拧螺栓。

2台吊机再交替缓慢卸荷，卸荷过程中注意控制标高。

　　整个安装过程采用经纬仪全过程同步监测，并有专人检测各吊机荷载情况。

在梁安装就位后，及时安装梁与相邻梁间的支撑和檩条，2/3的支撑和檩条安装后，2台吊机才能全部卸荷摘钩。

吊装过程中产生梁的跨间少量侧向偏移，通过梁间钢索调整。

　　建筑面积约18000m2，为单层（局部夹层）四连跨双坡屋面的轻型钢结构，厂房檐高14.7m，屋脊高17m，夹层高4.877m，最大跨度为30m，东南面为附属2层轻钢结构办公室，南面27m跨设有50t行车（见图1）。

图1　厂房剖面示意

钢结构由钢柱、屋面钢梁及屋盖系统组成，总重约1100t。

钢柱为焊接工字钢，截面为610mm×305mm×8mm×10mm，单件重约1.5t；钢梁为焊接变截面工字钢，截面为（1000～1530）mm×152mm×8mm×10mm，在工厂分段制作后，运至现场拼装，分段长度1～6m不等；屋盖系统由Z形薄壁檩条、圆钢拉条和布置较密的角钢撑条及屋面彩钢板组成。

安装合同工期为30d。

本工程具有工期短、面积大、结构复杂，斜撑和檩条规格类型多、数量多，施工难度大等特点。

1　安装方案

1.1　施工条件　根据业主的总进度计划要求，钢结构吊装进场时，30m跨地坪混凝土已浇筑2个星期，18m跨土方刚回填完，24m跨和27m跨正在回填土方，业主要求30m跨内不允许进吊车或堆放钢构件。

1.2　吊装机械的选择　针对现场施工条件和业主总进度的安排以及厂房结构特点，选定1台32t履带吊（负责30m跨、27m跨的跨外吊装）和1台25t轮胎吊（负责18m跨、24m跨的跨内吊装）作主吊机，另选16t、8t汽车吊各1台作辅机，用于构件卸车、拼装和二次搬运。

1.3　吊装方法25t和32t吊车分别先吊装18m跨和30m跨，然后安装24m跨和27m跨，吊装时，根据屋面梁分段的特点和吊车的起重能力，在2台主机同时吊装的情况下，保证25t轮胎吊的吊装进度比32t履带吊快两榀屋面梁，屋面梁空中拼接节点在30m跨和27m跨内。

整个吊装采用综合吊装方法。

2　主要技术措施

2.1　跨内构件运输　本工程厂房30m跨内有2列柱并且有夹层，构件数量较多，跨内不允许进吊车或集中堆放构件，大量构件需二次搬运，并配合其它工种交叉作业，严重影响工程进度。

经分析研究，自行设计了1台门式搬运小车作搬运工具（见图1）。

2.2　钢柱吊装　钢柱的吊点选择有以下3个难点：

①钢柱本身既没有牛腿又没有可利用的孔洞；②结构设计师既不允许在钢柱上焊吊点，也不允许钻孔；③钢柱翼板和腹板较薄，柱身较高，钢柱安装后稳定性差，不利于安装人员到柱顶解套取钩。

基于上述三点和柱顶板大于柱身的特点，决定在柱顶部用环绕地面解套的方法（见图2）。

操作要点如下：

①解套卸扣插销比插口略小，以插销能自由进出为宜；②解套卸扣在吊装时保证头部朝上，即拴拉绳一端朝上。

图2　环绕地面解套示意

2.3　屋面梁安装　屋面梁安装主要解决了2个问题：

①屋面梁因翼板和腹板较薄、高度高，易产生平面外弯曲变形，因此屋面梁采用地面立式拼装，避免平躺拼装在扶直过程中产生弯曲变形；②跨与跨之间屋面梁连接节点，距柱节点2.5m左右，给安装人员增加了操作上的不便，经分析研究，采用梁端挂骑梁双吊篮，解决悬空不安全的问题。

2.4　钢柱垂直度调校　钢柱具有板薄、超长、易弯曲等特点，一列柱的稳定依靠柱与柱之间布置较为密集的C形檩条和拉条来加强。

根据结构设计的特点，采用分段二次调校法：

第1次调校柱脚到柱中部，校好后安装本段的檩条及拉条；第2次再调校上部。

3　施工注意要点

（1）钢柱起吊时注意柱身方向，刚度大的方向受力；

（2）钢柱垂直度调校时，缆风绳切不可用力过大，以免造成柱身弯曲变形；（3）屋面梁拼装完后，注意检查旁弯、连接节点板是否紧贴；（4）相邻两榀屋面梁安装完时，其间檩条必须至少安装3根，确保结构的稳定。

　　通过采取以上技术措施，本工程仅用16d就完成钢结构安装，安装结果完全符合《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-95）的要求。

　　工业厂房的屋面面积大、不规整、节点构造复杂，且常年受日晒、雨淋、温湿度变化和厂房内部的振动、高温、腐蚀性气体的影响，很容易出现漏雨问题。

宝钢第三期工程屋面为从日本引进的角驰Ⅲ压型钢屋面板，具有重量轻、抗震性能好、耐久性强、色彩鲜艳、加工简易、施工方便等优点，屋面板配件与结构连接简捷合理，安全可靠，压型钢屋面板在顺水流方向采用全长尺压型板，不允许搭接，防水性能好。

宝钢第三期工程屋面表现为漏雨，一是屋面本身漏雨，另一个是天窗飘雨，其原因是建筑构造设计考虑不周，尺寸选择有误，施工中压型板上板搭下板的导水作用，导致节点防水不合理，现结合对屋面节点漏雨的分析及处理进行说明。

1　屋面支架问题

　　由于设计时对角驰Ⅲ压型钢屋面板构造不甚清楚，将热力管道设计在屋面高低跨处，并从墙板延伸到屋面，致使热力管道在采光板、墙板处排放热气，烧坏采光板。

角驰Ⅲ压型钢屋面板有专门屋面支承件，该屋面支承件夹在屋面板槽顶上，用于连接高低跨屋面排水管、屋面避雷带、山墙装饰等。

如果采用屋面支承件，将热力管道延伸至屋面，排放热气远离采光板，则避免了热力管道排放热气烧坏采光板问题。

2　屋面与天窗连接处积水问题

　　图１为屋面与天窗连接处节点。

彩板宽度为厂家定尺，搭接采用硅胶。

由于屋面上人施工检修，加之温度变化较大，长时间使用，硅胶失效，彩板下聚积雨水，造成屋面漏雨。

根据现场实际情况，将彩板换成压型钢板，根据压型钢板使用规定，纵向采用全长尺压型板，不允许搭接，雨水顺着压型板流向屋面排水沟，即可有效解决压型钢板上聚积雨水问题。

图1屋面与天窗连接处节点

3　天窗垂直支撑处漏雨

　　通过雨天实地观察，发现雨水顺着垂直支撑流到天窗泛水板固定檩条上，雨水反弹到主厂房内，造成天窗漏雨，见图2。

图2外包式横向通风天窗剖面图

　　由于天窗支架已施工完毕，只能针对漏雨情况，防止雨水反弹。

目前现场处理的方法是在檩条上方新增一块泛水板，控制雨水方向，使雨水流到厂房屋面，通过厂房屋面檐沟排走，避免了雨水反弹到厂房内。

　　笔者发现天窗漏雨的部位及其原因均非常相似。

一般设计时采用S＝500mm。

厂房建成使用后，天窗垂直支撑泛水板固定檩条处发生了溅雨现象。

根据南方易出现飘雨、溅雨的现象，如果将垂直支撑及竖杆向内平移，即S1＝650mm（图2虚线），雨水不会滴到泛水板固定檩条上，则避免了雨水反弹。

4　天窗屋面与墙板连接处漏雨

　　为保持立面的统一，天窗屋面与墙面浑然一体，设计成屋面与墙面一个整体的弧形天窗，通过雨天实地观察，发现天窗低处雨水顺着横向布置的屋面板，在屋面与墙板连接处漏雨（图3）。

由于压型板组装的特殊构造，上块板扣下块板，拆卸屋面板已不可能，由于构造上的错误，处理天窗漏雨的方法，只能保证厂房内不漏雨，目前现场处理为在墙板上加一块泛水板，使雨水有组织流向屋面板，通过厂房屋面檐沟排走，避免雨水从天窗顶部直接落到厂房屋面，从而避免了雨水反弹到厂房内（图4虚线）。

今后弧形挡风板天窗设计中，必须注意·压型板排放方式，这有利于屋面排水，避免雨水反弹。

如果将屋面板由横向布置改为竖向布置，这样既保持了天窗立面的整体性，又解决了屋面的漏雨问题。

图3外包式纵向弧形挡风板通风天窗透视图

图4天窗屋面与墙板连接图

5　天窗檐沟牛腿支承处漏雨

　　图5为天窗檐沟与端壁局部透视图。

在厂房天窗檐沟牛腿施工图设计中，牛腿采用受力形式较好的工字钢。

但设计忽略了牛腿内、外侧挡水板的作用，由于牛腿与厂房在墙板连接处节点防水措施不当，导致雨水顺着工字钢下翼缘流向墙板。

在设计天窗檐沟牛腿时，必须注意工字钢下翼缘导水作用，建议采用Ｔ形牛腿支承，牛腿的挑出长度宜小于天窗檐沟的宽度，并且增加牛腿内、外侧挡水板的构造措施，避免天窗檐沟牛腿支承处漏雨。

图5天窗檐沟与端壁局部透视图

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