某环保能源钢结构工程施工关键技术

谢贻军，童林浪，黄立夏，唐旭 （长江精工钢结构（集团）股份有限公司，安徽 六安 237161）

0 引言

环保能源项目建设是近年来国家大力发展的一项改善环境及节能新举措。项目主要由卸料平台、垃圾池、焚烧间、净化间和控制室构成。由于工艺要求，一般建筑高度高、跨度大，结构体系采用混凝土框架、钢结构格构柱及网架或者桁架等形式。此类项目格构柱超长超宽，网架安装条件复杂，给项目安装造成了较大困难，因此本文结合某环保能源钢结构工程施工重难点及相关技术进行探讨。

1 工程概况

某环保能源项目占地面积约15hm²（232余亩），采用国内一流机械炉排炉工艺，设计能力为日处理生活垃圾4200吨，配置6台700吨/天的焚烧炉，年发电量4亿 kW·h，项目总建筑面积为154945m，总计分两个区，以主控室为轴分为一区和二区，每个区主要功能为卸料间、垃圾间、焚烧间以及烟气净化间4个功能区，其中卸料间及垃圾池区域主要为单层钢筋混凝土框架+屋面网架，焚烧间和烟气净化间主体为单层格构钢柱+屋面网架结构，主控机房为5层混凝土结构。

图1 建筑效果图

图2 结构示意图

卸料大厅垃圾车辆通过坡道进入8m层的卸料平台，建筑高度为22.21m；屋面结构为螺栓球网架，上弦支承到混凝土柱顶，结构跨度30.6m。垃圾池单层建筑高度为42.02m，采用混凝土框架柱，轨顶32m设置有三台的20t抓斗吊；屋面为焊接球网架，上弦支承柱顶高度41.6m；结构跨度35.45m。焚烧间建筑高度为50.82m，主钢架由11根格构主钢柱和2根抗风柱及水平联系析架组成；屋面为螺栓球网架，局部焊接球，下弦较支座支撑到非对称的11根钢柱顶；柱顶标高45.9m，网架平面尺寸94m×43.6m，网架自身最大高度3.5m。烟气净化间单层建筑高度为47.18m，钢架由10根格构柱和8根抗风柱及水平析架组成，屋面为螺栓球网架，局部焊接球，平面尺寸77.05m×57.5m，跨度49.65m，下弦支座柱顶标高42.5m，并在网架下弦设置有通常1台3t悬挂吊。

格构柱主要由500×18/14四肢，腹杆中168×8，140×8及HN250×125×6×9，柱肩梁t=14mm，t=20mm钢板组合而成。网架钢管材质为Q235B，杆件规格由6O×3.5、114×4.0、159×6.0、159×8.0、180×14等；螺栓球材质45号钢，规格从BS100～BS240；焊接球材质Q235B，规格中280×8、350×12、450×14、500×22等。

2 工程实施重难点分析

2.1 施工场地狭小，施工组织困难

一、二区焚烧厂房对称布置，中间区域被汽机厂房、烟囱及主控厂房混凝土框架隔断；加上卸料大厅、垃圾池、焚烧间以及烟气净化间4个功能区连续布置，长轴位置方向没有施工场地，只有短轴端跨方向有两条施工通道，其造成中间区域垃圾池、焚烧间和烟气净化间按常规方法施工屋盖网架困难极大。

2.2 交叉工序多，拼装场地有限，安装不连续

由于焚烧间和烟气净化间格构钢柱需随锅炉钢架进度吊装，屋面网架需按照下部三台锅炉和设备顺序安装完成后方可实施；加上卸料大厅、垃圾池屋面网架也需混凝土框架到顶后才能安装，故造成现场土建、锅炉、设备等多工序交叉作业。同时由于焚烧厂房外圈的渗滤液处理池、办公辅房的同步施工，焚烧厂房四周拼装场地有限，造成屋面网架拼装无场地，分片吊装不连续的现状。

2.3 高空作业风险大，安装精度要求高

由于屋面网架跨度大，最大跨度为49.65m；单根格构柱长45.9m，主肢宽度为4.0m，最大单重约80t；格构柱超长、超宽，且重量大，格构柱的制作采用成套的工艺和技术，确保构件加工精度和质量。

表1 格构柱及网架安装

3 施工关键技术

由重难点分析可知，本工程重点在于格构柱制作、运输方案及现场的安装方案及屋面网架的安装方案确定以及相关技术质量控制。格构柱采用250t履带吊进行四节柱安装，并采用顺时针与逆时针交替安装，降低安装误差，并结合柱间系杆提高格构柱安装稳定性。钢柱对接均为全熔透焊缝；现场高空对接，搭设防风棚，多层多道对称焊接，确保焊接质量。屋面垃圾池网架由于空间狭小采用利用吊车进行滑移的方式，其余采用大吊机分块安装。

3.1 超长超宽格构柱制作

工程单根格构柱长45.9m，主肢宽度为 4.0m，最大单重约 80t；格构柱超长、超宽，且重量大，格构柱的制作采用成套的工艺和技术，确保构件加工精度和质量。

格构柱加工分为肩梁段、标准段及柱脚段分段制作，对于牛腿、肩梁处需要开槽焊，严格控制焊缝间隙和坡口尺寸，确保钢柱的牛腿、肩梁等集中传力位置全熔透焊缝质量。钢柱四肢圆管和斜腹杆加工工艺是关键，通过焊接工艺控制直线度和变形；格构柱整体组拼采用定制工装工法，钢柱设置吊耳，拼装胎架考虑翻身工艺，确保格构柱组拼过程中焊缝能够全方位焊接。

图3 格构柱制作

3.2 单层超高厂房钢柱安装

工程单层钢柱顶标高45.9m，钢柱分成4段，选用大型施工机械250t履带吊分层分段吊装；每层钢柱配套安装及抗风桁架走道连梁，确保结构稳定。安装过程中严格测控钢柱分段和整体垂直精度，确保焊接质量和控制焊接收缩变形。钢柱对接设置吊耳和连接耳板，吊装设置需要考虑起吊工艺和重心，方便高空对接安装；钢柱对接焊制定合理的焊接工艺及工序控制变形，采用对称多层多道焊接工艺，严格控制焊接电流和速度；焊接时要求搭设操作平台及防风篷来保证焊接操作的安全性。

图4 格构柱安装

3.3 屋面网架利用行车滑移技术

垃圾池屋顶网架平面尺寸100m×35m，上弦支撑，柱顶标高 41.5～42.7m单坡屋面，焊接球节点，网架总重约150t。网架下方为垃圾池，支座高，无法进吊车也不便于搭设脚手架高空散拼平台，故拼装、吊装难度大。采用在行车安装完成后，在行车上搭设网架支撑架，充分利用行车能够自由移动的特点和优势，每侧采用1个卷扬机作为牵引设备，采用汽车吊地面拼装，利用履带吊将单片网架吊装至支撑架，滑移至安装位置。该片网架滑移就位后，拼装下一片网架，拼装完成后，采用相同方法，将网架滑移就位。并对各施工阶段进行模拟分析，找出薄弱环节并进行加固处理。该技术解决起重机械无法吊装到位的困难，上部钢结构和其余工种可同步施工，利用吊车作为平台大大降低了措施费并提高了网架安装质量。

表2 垃圾池网架安装

图5 垃圾池网架分块滑移

3.4 深化设计建模及BIM技术的应用

项目主要以我司自主开发的精筑BIM+智慧项目全生命周期管理平台为基础，其融合物联网，云计算及GIS等技术，实现工程全生命周期协同化资料管理，可视化实施进度管理，智能化项目预警，移动化信息互联，构件质量可追溯性等，利用信息化手段改造传统施工管理模式，提供实时、高效率、高精度的信息化管理，有效降低项目运营成本。

图6 精工BIM管理平台

3.4.1 碰撞检查

以×steel软件为BIM系统的应用基础，在施工深化阶段实现传统图纸无法高效率解决的“错/漏/碰/缺”问题，及时地进行更正，并利用BIM技术中的碰撞检测可以三维/直观显示问题，并根据构件ID码精准定位和显示，提高制作和施工质量。

图7 格构柱节点碰撞示意

3.4.2 可视化交底

BIM技术是建筑行业从二维平面到三维立体的革命，展示在人眼前的是一个“真实”建筑，所见即所得，可以看到未来建造完成后的真实状态。本项目在技术交底过程中增加了可视化交底，业主和施工方可以看到竣工后的建筑效果，从整体到单体，从单体到细节，都能够真实的呈现，方便彼此之间的交流沟通，减少彼此的误解和不明确问题。对于业主方，可以更细致地了解设计模型是否符合业主要求。

图8 三维交底模型

3.4.3 漫游体验

利用BIM技术建立虚拟人物了解整个建筑空间及发现设计是否符合人体工学，同时可以更好地掌握施工关键工序及检验施工方案是否合理。

当然本项目主要是在施工阶段应用BIM技术，实际客户可以从前期规划、设计阶段等均可采用BIM技术从而有效提高各个环节的工作质量。

4 结语

环保能源项目由于具有鲜明的行业特征，结构系统一般采用格构柱及网架体系或者桁架结构系统，同时内部复杂的处理工艺及相关设备，给设计和施工都带来了一定的挑战。本项目采用的超长超宽格构柱制作、运输及安装技术及利用吊车作为滑移平台的安装技术及BIM技术的给项目的高质量的实施提供前提保证，也为类似项目的制作、安装提供了一定的参考价值。