大型钢结构间冷塔展开平台施工技术

时间：2024-08-31

周铭

上海市机械施工集团有限公司上海 200072

1 工程资料

1.1 工程概况

陕能麟游钢结构间冷塔项目位于陕西省宝鸡市麟游县两亭镇园子坪村，西靠S210省道，东邻天堂河。项目位于凹地，四面高坡，距离甘肃省灵台县20 km，距离陕西省宝鸡市100 km。

间冷塔为纯钢结构，底部为锥体，上部为圆柱塔体，塔体结构与基础通过预埋件进行连接[1-5]。间冷塔主要包括6个部分：下部锥体底部直径为147.5 m，高度55.0 m；圆柱塔体直径98.5 m，高度114.5 m；加强环共4道；展开平台环绕锥段第2、3层；檩条及铝蒙皮布设于第4层至塔顶以及展开平台；上塔爬梯从展开平台延伸至塔顶（图1）。

1.2 间冷塔

间冷塔是用水作为循环冷却剂，从系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置；其冷却原理是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等来散去工业上或制冷空调中产生的余热，从而降低水温，以保证系统的正常运行，装置一般为桶状。

图1 间冷塔结构

本工程间冷塔采用蒙皮内置结构形式，即钢构件在外，蒙皮在内，此种形式在世界上暂未看到相关应用的案例。这种结构形式能把烟气和钢构件完全隔离开，杜绝了烟气对钢构件的腐蚀，保证了钢塔在整个服役期间的安全性和稳定性。

1.3 展开平台

间冷塔展开平台从3层水平横杆处外伸，撑至1层水平横杆处，整体宽度约18.5 m，整体高度约24.0 m。展开平台共包括33个标准单元、1个爬梯处特殊单元和1个烟道处特殊单元（图2）。展开平台由桁架结构、斜立柱、檩条、隅撑、拉条、天沟及外覆铝蒙皮等组成。桁架结构高1.92 m，长18.50 m；烟道处展开平台最大，宽26.10 m，长18.50 m，下撑杆长17.93 m，总质量24.8 t。

铝蒙皮厚度2 mm依靠自攻螺钉固定在檩条上。展开平台铝蒙皮总面积7 020 m2，总质量64.4 t。

图2 展开平台示意

2 展开平台地面拼装技术

2.1 地面拼装

安装地面组拼展开平台，展开平台在胎架上进行组对、拼装。拼装胎架要求场地平整度较好，铺设型钢作为基础，在型钢上根据展开平台不同位置、不同坐标设置型钢支撑点。首先根据展开平台关键点局部坐标确定桁架结构、斜立柱位置，将桁架结构、斜立柱拼装到位并微调；然后利用工装件安装檩条、隅撑等桁架之间的构件，调整到位后完成焊接工作；再安装拉条，并利用花篮螺栓拉紧拉条；之后安装天沟；最后安装外覆铝蒙皮，形成一个模块化单元板块。

胎架拼装场地需平整压实，胎架拼装要求结构稳固，满足拼装要求，地面拼装按照拼装精度要求控制，根据图纸中三角支架关键点局部坐标进行拼装，局部拼装节点结合模型进行控制。

2.2 拼装单元控制点坐标

间冷塔展开平台外观为一个环形，整体吊装难度大，故现场拆分成33个标准单元、1个爬梯处特殊单元和1个烟道处特殊单元。单元板块地面拼装成形，高空吊装。

地面拼装时，模型中调整展开平台状态至水平，桁架结构下弦杆为水平参照杆件，由此取得展开平台单元板块其余位置的三维坐标，利用三维坐标体系空间定位每根构件的相对位置，指导地面拼装，保证高空安装的精确度。

地面拼装重点有以下两个：一是控制桁架结构位置，保证桁架销轴与塔体结构的精确对接；二是控制拼装单元的外围尺寸，保证拼装单元之间的高空精确对接。

3 展开平台高空安装技术

3.1 展开平台安装技术

展开平台在R1加强环完成后开始安装，采用200 t履带吊吊装，先将展开平台单元地面拼装在一起，整体吊装，展开平台桁架采用四点吊装，确保吊装过程中构件不因自重作用而变形。吊装完成后拉缆风绳固定，然后进行展开平台单元之间的连接补缺工作，完成一跨的所有安装工作后，再进行下一跨的安装，逐跨进行。

展开平台安装流程主要分为地面拼装、高空吊装、连接补缺等步骤。

1）地面拼装展开平台单元。

2）吊装组合构件，并拉缆风绳固定角度。

3）安装组合构件，并拉缆风绳固定。

4）进行展开平台单元之间的连接补缺工作。

5）完成一跨展开平台全部安装工作，进行下一跨展开平台安装，逐跨完成。

6）完成所有展开平台的安装工作，并完成所有节点的焊接工作，拆除缆风绳。

3.2 高空控制点坐标

为满足间冷塔钢结构定位需要，需构建稳固的钢结构专用平面控制网，选择控制点时应选择稳定的不受施工影响的地点，同时考虑今后使用方便及通视问题。

采用内控及外控相结合的策略解决间冷塔钢结构测量定位问题。因此，利用基础施工方提供的基准点，在间冷塔外围利用全站仪布设钢结构测量外部控制网点，同时在间冷塔内部加强环上布设4个内部测量控制点。不论是外部点还是内部点，都要确保相互间通视，便于相互校核。

控制网须精确观测严密平差后方可使用，控制点观测墩采用强制归心形式，减少对点误差。

展开平台仅一层，但外部悬挑较大，标高控制主要测量和控制各预拼单元的悬挑端顶标高，由于构件自重下挠、基础沉降及钢材线胀变形等的综合影响，实际标高与设计标高差会有偏差，因此采用上拉下撑的形式以保证达到设计标高。

4 蒙皮补缺技术

4.1 补缺钢挂篮安装

补缺钢挂篮长约21 m，总质量约1.3 t，上端通过L形勾头构造挂置于P3层水平横杆的下弦杆内，下端通过三角形支架搁置于天沟上（图3）。

补缺钢挂篮选用2台50 t汽车吊双机抬吊配合安装。

主吊50 t汽车吊在主臂36.0 m吊装半径18 m时，其最大起重量为3.3 t，可满足单独吊装钢挂篮要求。副吊50 t汽车吊在主臂40.1 m吊装半径14 m时，其最大起重量为4.6 t，可满足单独吊装钢挂篮要求。因此上述配置可满足双机抬吊性能要求。

钢挂篮的具体安装流程如下。

1）在地面按图纸要求将钢挂篮拼装并完成焊接，底面满铺走道板。

2）在挂篮中部设置主吊点（图4），吊点通过卸甲和吊带扣于主吊的小钩上。

3）在挂篮最下端设置副吊点，通过卸甲和吊带扣于副吊上。

图3 补缺钢挂篮立面示意

图4 补缺钢挂篮吊点示意

4）主吊点汽车吊缓慢起勾（副吊点跟随起勾），缓慢回转，将钢挂篮上端临时搁置于P3层下弦杆处。

5）主副吊点转换，副吊点缓慢起钩，使钢丝绳受力，主吊点吊机钢丝绳放长，逐渐不受力；在此期间，高空起重工需注意观测吊机主臂位置，防止主臂碰撞展开平台铝蒙皮。

6）副吊点缓慢起勾，将挂篮下端三角支架连接螺孔提至高过天沟。

7）安装三角支架，完成后，主副吊点松钩，挂篮安装完成。

8）补缺钢挂篮的拆除与安装的流程相反。

4.2 铝蒙皮高空补缺

将展开平台竖缝的补缺铝板散件吊装至展开平台上，施工人员站立于展开平台铝蒙皮上和钢挂篮内，将补缺铝板安装到位。补缺铝板的布置位置及螺栓排布同地面展开平台竖缝的布置完全一致。拧紧螺栓后应检查铝蒙皮补缺处是否存在漏风漏光的现象。若存在，用密封胶进行封闭。

4.3 钢挂篮受力分析

钢挂篮存在两个最不利受力状况，其一为仅主吊点受力起吊状态，其二为钢挂篮安装就位状态。仅主吊点受力起吊的状态仅包括结构总质量，但需考虑动力系数；钢挂篮安装就位状态除结构自重外，还需承受施工荷载（施工人员重量）。现针对该两种状态分别进行分析。

4.3.1 仅主吊点受力起吊

恒载（DL1）为钢挂篮结构自重和走道板自重之和，考虑动力系数1.40，荷载组合为1.20×1.40×DL1（用于承载力校核）。边界条件为在主吊点处施加所有平动约束（图5）。

图5 仅主吊点受力起吊时的钢挂篮边界条件

由有限元分析结果（图6）可见，仅主吊点受力起吊时钢挂篮设计应力比最大为0.65，小于1.0，说明结构构件满足承载力要求且具有较大余量。

4.3.2 钢挂篮安装就位状态

图6 仅主吊点受力起吊时的钢挂篮有限元分析结果

恒载（DL2）为钢挂篮结构自重和走道板自重；活载（LL）为施工人员自重，有限元分析时采用于挂篮下横杆施加5个1 kN的竖向集中荷载模拟。荷载组合为1.20×DL2＋1.40×LL（用于承载力校核）、DL2＋LL（用于变形校核）。边界条件为在上端勾头处节点约束所有平动约束，在下端节点施加z向约束（图7）。

图7 钢挂篮安装就位状态钢挂篮边界条件

根据有限元分析结果（图8）可见，钢挂篮安装就位状态时钢挂篮设计应力比最大为0.66，小于1.0，说明结构构件满足承载力要求且具有较大余量；钢挂篮最大变形为26.1 mm，小于容许挠度20 000/400＝50 mm，满足使用挠度要求。

图8 钢挂篮安装就位状态钢挂篮有限元分析结果

4.4 天沟受力分析

钢挂篮传至天沟（图9）的竖向作用力设计值为V＝6.5 kN，作用点至展开平台桁架距离3 m，则产生的最大弯矩为M＝19.5 kN·m。

图9 天沟截面示意

根据图9，直接承受剪力截面面积为Aw＝285 mm×5 mm，承担弯矩的最小抗弯截面模量为Wx＝6.453× 105mm3，则最大剪应力τ＝V/Aw＝6 500/（285×5）＝4.6 MPa＜fv＝180 MPa；最大正应力σ＝M/Wx＝19.5×106/（6.453×105）＝30.2 MPa＜fd＝310 MPa。

天沟满足承载力要求，且具有较大余量。