大直径筒仓锥顶施工方法分析

王进良

中国电建集团河北工程有限公司，河北 石家庄 050000

筒仓建设和发展到现在已有两百多年，初期建造结构为钢筋混凝土筒仓，因施工技术以及使用要求的限制，直径都相对较小，大直径筒仓是随建造技术与设计技术的不断发展而出现的。20世纪80年代,法国南特尔糖厂成功建成一座总贮量达7万t的钢索预应力筒仓——南特尔预应力筒仓，该筒仓内径约为47.5m，高度为54m。法国同时代建设的布瓦里粮仓，筒仓直径接近53m，高度接近34m，贮量达到6万t。随着电力、粮食加工业、矿业等行业的不断发展，散装物料运输、贮存数量逐渐增多，在这种情况下，世界各地纷纷开始建造大容量钢筋混凝土筒仓，以满足日益扩大的社会需求。

预应力混凝土筒仓具有体积大、占地较少、运行费用较低、卸料顺畅、环境影响小、粉尘易控等优点，随着国家现有煤炭环保标准的提高和人们环保意识的增强，尤其是在电力工业、化学工业等以煤炭为原料的行业，钢筋混凝土大直径储煤筒仓逐渐成为行业发展的主流。同时，钢筋混凝土筒仓垂直高度、直径随着不断加大，对筒仓顶盖工程管理提出了更高的要求。筒仓顶部结构主要有锥壳、梁板结构、网架、球壳等多种形式。斜锥顶壳支撑体系问题一直是钢筋混凝土仓顶锥壳结构筒仓工程的难点和重点。文章所提施工方法主要针对大直径筒仓斜锥顶壳施工，简易优化，成本费用低，安全性可靠性高。以华电裕华热电筒仓项目和广西华谊工业气体岛项目卸储煤装置筒仓工程为例，应用该施工方法，优化施工资源，节约施工工期，取得了良好经济效益。

1 施工工艺原理

常规筒仓锥顶施工采用满堂脚手架、中心局部脚手架支撑平台或中心钢结构支撑平台等，常规施工方法仅中心支撑构造便较烦琐、施工周期长、占用资源多且高空作业暴露时间长、对结构核算要求高，主受力为中心支撑结构，如混凝土浇筑中控制不当，中心结构稳定性不够，极易在顶盖浇筑中模板变形，甚至发生事故。文章所提施工工艺方法主受力结构为悬挑辐射钢梁，中心塔吊标准节支撑为副受力结构，HW350型钢+Ф219钢管斜撑将支撑上部结构70%的重量，中心标准节支撑作为提高整体结构稳定性的支柱，整个平台单个构件最重为1.5t，由现场6t塔吊组合安装，钢平台施工完成后进行斜锥顶壳支模架搭设，随后进行斜锥顶壳浇筑，浇筑斜锥顶壳时先浇筑顶环梁的上部和天沟平台，其强度达到75%时，锥壳钢筋网下端已形成固定端，再浇筑斜锥顶壳，施工缝留置在阴角处。待筒仓顶盖施工完成后从顶板预留洞口处将锥壳临时支撑材料拆除。

筒仓顶壳施工技术具有非常完整的使用功能，采用中心柱周转使用、吊装和拆除，工业化、机械化程度较高，在相同规模电厂设计日趋标准化的今天，预计能周转用于6个同直径圆形筒壁，周转率较高，符合建筑行业绿色施工标准，目前已周转于3个同直径的圆形筒壁结构，降低了工程成本。作为一种新型施工工艺，该方法操作简单、方便，施工速度快，工程质量好，且混凝土表面平整光洁。

2 施工工艺流程及相关参数

2.1 工艺流程

该方法的工艺流程为筒仓仓壁砼施工（同时中心支撑节安装）→仓壁及仓顶环梁预埋钢板（辐射钢梁加工）→焊接中心钢平台→焊接中心钢平台→焊接辐射梁→搭设锥壳脚手架→斜锥壳施工→搭设56m层梁板脚手架→56m层梁板施工→脚手架拆除→钢平台拆除。

2.2 相关参数

（1）技术参数。项目筒仓直径为27m，壁厚为400mm，绝对标高3.7m（筏板顶）～13.3m为筒壁，13.3m～50.9m为仓壁。仓壁顶环梁尺寸为700mm×2000mm，仓顶为锥壳结构，与水平面夹角为42.68°，壳壁厚度350mm，壳顶为一半径为8m的封顶环梁。封顶环梁层为56.3m（绝对标高）结构层，横纵向各3道混凝土结构主梁，中间若干次梁。

（2）辐射钢梁参数。主梁型号为HW350×350×12×19，长度为12m，单仓有36根，沿仓顶环梁均布，一端焊接在环梁预留埋件上，另一端架在中心支撑平台并与平台梁焊接。斜撑梁型号为Ф219×6，长度为6m，主要设置在辐射梁近环梁端，用以支撑锥壳，距节点垂直高度为3m。

（3）中心支撑参数。中心支撑构件为12节16t塔吊标准节，主尺寸为2m×2m×3m，标准节立柱为L200×20的等边角钢，斜撑及横撑为L110×14等边角钢组成的支架结构，中心支撑顶部焊接由HW350×350×12×19型钢组合而成的4m×4m框架，以架设辐射梁。中心支撑每15m设置横撑与筒仓筒体连接，以保证中心支柱的稳定性，每层横撑为长12m的Ф219×6钢管，其一端焊接钢翼板与筒体顶紧，另一端设置可调节顶丝与中心支撑标准节连接，通过每层横撑使中心支撑与筒体形成整体。

（4）平台架体参数。在仓内+49.3m钢平台上，分别沿辐射梁方向以及环向进行钢管脚手架搭设，钢管的尺寸为Ф48×3.0，在搭设之前首先在型钢梁上焊接Ф25钢筋头（100mm长）作为限位。锥壳脚手架立杆沿钢梁方向间距1.2m，环向间距1m，当支撑脚手架的竖向受力杆未直接撑在型钢上时，采用18#槽钢设置次梁，次梁架在型钢翼缘上与翼缘焊接（部分次梁未设置处架体采用八字撑加强立杆），使立杆受力均匀传递至型钢上，水平杆步距为1.2m。56.3m层梁脚手架搭设立杆横纵间距为1m，水平杆步距为1.2m。板底立杆横纵间距为1m，水平杆步距为1.2m。

（5）平台荷载的确定。①恒荷载。仓顶锥壳（50.9～54.7m）砼量为139m³；锥顶小环梁（56.3m）砼量为34m³；仓顶梁（56.3m）砼量为62m³，仓顶板（56.3m）砼量为21m³，仓顶锥壳与56.3m平台模板量为712.8m³；仓顶锥壳的钢管脚手架重量为9.7t；梁板脚手架自重为8.6t。锥壳施工时的恒载为3208.6kN。梁板施工时单次最大恒载为1736.9kN。②活荷载。操作人员荷载为80kg×10人=8kN；振捣荷载为2kPa×1.5m×2m=6kN。③锥壳施工时为单次浇筑最大总施工荷载：∑N=3208.6+1.4×（6+8）=3228.2kN。将上述荷载数值输入计算钢结构软件，验算全部型钢是否满足现场荷载要求，计算结果显示所选用型钢结构支撑体系满足施工需要。

3 施工过程控制

（1）辐射平台钢梁的选用应符合《热轧H型钢和部分T型钢》（GB/T 11263—2017）的有关规定。脚手架所用钢管须符合现行国家标准《直缝电焊钢管》（GB/T 13793—2016）中所规定的Q235钢管要求，不得现场使用存在弯曲、严重锈蚀、变形及裂纹的钢材。

（2）主辐射钢梁选用HW350×350×12×19型钢，斜支撑选用φ219×6的钢管。钢平台上模板支撑架采用Φ48×3.0钢管。预埋件参考《16G362 钢筋混凝土结构预埋件》确定，选用厚12mm的钢板。

（3）中心支撑使用12节2m×2m×3m的16t塔吊标准节。

（4）模板支架钢管的尺寸和表面质量应符合以下规定：①钢管表面应平直和光滑,不应有错位、裂缝、分层、硬弯、结疤、毛刺、压痕和较深的划道；②钢管断面、外径、壁厚等偏差应符合目前规范《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130—2011）的相关要求。

4 支撑架及平台拆除

（1）脚手架拆除。脚手架的拆除需按《建筑施工脚手架安全技术统一标准》（GB 51210—2016）第9.0.8条，《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ 1621—2018）第7.4条执行。

（2）中心支撑平台的拆除作业。中心钢平台拆除需遵循先装后拆的施工工艺，充分利用孔洞口（顶板最大孔洞尺寸为2.1m×5.2m，辐射梁和支撑最大宽度为3m），对称拆卸辐射钢梁，采用塔吊机械配合人工拆除，且及时运走。拆除步骤如下：拆除槽钢次梁等一些平台辅配件；逐一对称拆除辐射主梁及斜支撑；采用塔吊加人工辅助拆除，最后拆除塔吊标准节。操作平台拆除属于高空作业拆除，危险性较大，应做好相关安全拆除措施：第一，作业人员需体检确定身体状况良好可从事高空作业，并做好技术、安全交底相关教育培训，作业时正确佩戴安全带；第二，筒仓壁及顶环梁施工完成后保留原有筒仓壁施工翻模三角架平台，作为钢平台安拆作业平台；第三，对主梁钢梁以及筒仓铁件连接处进行切割拆除，进行切割作业前将塔吊钢丝绳预先与型钢捆绑，使钢丝绳刚好处于紧绷状态，确保其拉力等于型钢自重，以免焊口隔断瞬间型钢产生较大晃动，焊口割除后由塔吊通过顶板洞口吊运型钢。

5 结论

对大直径非核心筒结构筒仓斜锥顶壳施工而言，采用型钢辐射梁加塔吊标准节作为锥顶施工操作平台，既满足施工要求也解决了仓顶结构重载施工支撑问题。该技术具有施工快、结构稳定性好、安全性能高等特点，值得进一步推广应用。