核电站汽轮机厂房钢结构施工技术要点研究

2022-01-07罗旭磊吴泽坤郝亚辉王栋胡琦

安徽建筑 2021年12期

罗旭磊，吴泽坤，郝亚辉，王栋，胡琦

（中国建筑第二工程局有限公司核电建设分公司，广东深圳 518034）

1 工程概况

三澳核电站汽轮机厂房横向单跨结构，跨度为58.1m，纵向长度为110.2m。根据工程设计，厂房共计0个轴线，轴距最大为14.5m，厂房钢结构包括框架柱、梁、屋架体系、桁车梁及平台体系。A列钢柱和G列钢柱柱底标高为-14.45m。柱顶标高为46.1m，柱长为60.5m，采用H型钢焊接制作。山墙抗风柱柱底标高为-14.5m，主顶标高为46.1m，钢柱最大长度63.4m。钢柱最大截面为2.8m，钢柱最大质量为68t。主屋架为双坡梯形钢屋架，上弦为焊接H型钢，下弦为热轧H型钢，屋架最大截面高度7.1m，跨度57.2m，屋架重量为45t。屋架之间采用垂直支撑与水平支撑连接，形成稳定的屋架支撑体系。桁架采用焊接H型钢，主桁架顶标高29.5m，截面高度2m，辅助桁架23.7m，截面高度1.5m。汽轮机厂房内其他平台均为钢结构平台，平台标高为-7.5m、1.47m、2.8m、4.3m、5.9m和10.65m。

2 核电站汽轮机厂房钢结构施工总体规划

2.1 钢结构吊装通道规划

由于该工程钢结构构件重量较大，属重型钢结构厂房，对吊装设备、吊装现场条件要求较高。经多方研究选型，结合现场吊装施工条件，确定该工程吊装施工技术方案：长度≤10.9m的钢结构构件现场安装制作，长度＞10.9m的钢结构构件在厂房外加工制作。通过该方式能够有效降低因厂房内加工制作钢构件造成的土建施工压力，降低了钢结构施工技术难度。结合该工程现场实际情况，常规主厂房内部、外部各设置3条吊装通道，即厂内吊装通道，厂内钢柱A～B轴、F～G轴各设置1条吊装运输通道；厂外吊装A轴、G轴设置1条吊装通道，通道标高为-0.5m。

2.2 施工分段与分区

结合该工程钢结构特点，为满足钢结构施工工期和施工安全要求，施工单位通过划分立面进行施工分段。

①工段施工A～G轴钢构件，主要为钢框架柱、钢梁、支撑构件安装，施工标高为-13.7m～10.6m。

②工段主要为钢框架柱、钢梁、桁车梁、制动梁、制动桁架及支撑构件安装，施工标高为10.6m～45.0m。

③工段主要为钢结构屋架系统安装，包括屋架、垂直支撑、水平支撑、屋面檩条和支撑构件安装。

2.3 吊装机械选型

结合该工程施工现场基础承载力和吊装重量要求，该工程最终选用160t、250t和400t履带吊进行吊装。160t和250t履带吊主要用于厂内钢构件吊装施工，400t履带吊主要用于山墙钢结构和屋架钢结构吊装。

3 核电站汽轮机厂房钢结构施工技术要点

3.1 框架柱梁吊装施工

该工程中，汽轮机厂房框架柱与框架梁结构截面尺寸大，质量大，最大钢柱重量为68t，最大钢柱截面2.8m，最大钢梁重量13t，钢梁截面1.8m。结合履带吊机械设备选型和吊装施工技术方案。框架柱分段吊装时，按吊装长度、吊装重量、分段吊装节点位置和避开厚板区域要求，将最大截面和重量的A～G轴钢框架柱分为4段，1～10山墙柱H型钢分为5段，可有效加快吊装安装进度。具体施工组织施工时，160t履带吊负责D～G轴第1～2节钢柱和钢梁安装、F～G轴1～2节钢柱、钢梁安装、A～G轴1～2节钢柱和钢梁安装。250t履带吊在负责A～D轴1～2节钢柱和钢梁安装、A～B轴1～2节钢柱和钢梁安装、G轴第2节以上钢柱梁安装、A轴2节以上钢柱、钢梁安装。400t履带吊负责D～G轴3～5节钢柱和钢梁安装、A～D轴3～5节钢柱钢梁安装和屋架安装。

钢柱吊装施工前，应全面清理厂房基础表面杂物，并对预埋螺栓位置、标高进行测量复核，经复核无误后，测放钢柱安装纵向、横向轴线，轴线应测放至钢柱底板外侧，以便于钢柱定位安装控制。柱身顶部与底部测量标记中心点位置，作为钢柱垂直度调整依据。待第1节钢柱吊装完成后，相应安装框架梁和支撑体系，尽快形成稳定的钢结构体系。钢梁吊装施工前，应加强钢梁编号和吊装方向控制，尤其是与次梁连接的主梁吊装时，应认真钢梁次梁连接件和固定螺栓孔孔位精度控制，确保钢梁吊装后准确安装到位。

3.2 桁架梁吊装施工

该工程中，汽轮机厂房内规划设计2台300t和200t桁车各1台，分别安装标高26.5m主桁架梁和22.1m桁架梁上。主桁架梁截面高度2.8m，辅桁架梁截面高度1.5m。施工顺序规划设计时，250t履带吊配合400t履带吊施工。250t履带吊负责G轴主桁架和辅桁架安装、A轴主桁架和辅桁架安装。400t履带吊负责G轴外2～3轴线至1～3轴线主桁架和辅桁架安装、A轴1～3轴间主桁架和辅桁架安装。

具体安装施工时，由于桁架车梁截面尺寸较大，桁架梁安装精度要求较高，要求施工单位重点加强桁架车辆安装精度控制。桁架安装时，严格按柱间支撑跨进安装，柱间支撑安装完成并形成稳定的刚度单元后，能够降低桁架安装对柱间支撑垂直度的影响。桁架安装定位以A～G轴为基准，避免使用钢柱轴中心线或钢柱边缘线为基准，防止因钢柱垂直度偏差造成误差累积。制动板与桁架使用高强螺栓连接和辅桁架焊接连接时，为降低焊接应力变化对桁架安装精度的影响，先使用高强螺栓固定桁架梁与制动板，并初拧到位后再焊接。

3.3 屋架安装

该工程汽轮机厂房屋架为双坡梯形钢屋架，单榀质量为45t，屋架长度57.2m，屋架高度为3.6m～6.7m，属超长、超宽屋架，施工难度大。考虑到现场实际情况，屋架委托专业厂家加工制作构件后运输至施工现场拼装。为便于运输和安装，屋架分为3段运输。屋架运输到现场后，由250t履带吊配合400t履带吊吊装施工。由400t履带吊安装2轴屋架到位后，继续安装3轴屋架，由250t履带吊安装2轴垂直支撑和2～3轴屋架上弦、下弦构件。400t履带吊继续安装其余垂直支撑及2～3轴屋架钢构件。400t履带吊安装4轴屋架。由250t履带吊安装3～4轴垂直支撑和上弦、下弦构件，400t履带吊安装其余垂直支撑和3～4轴屋盖构件。通过250t履带吊与400t履带吊配合吊装方式完成整个屋架吊装施工。

由于该工程屋架构件重量大、尺寸大，为确保吊装安全，该工程采用5点吊装法进行吊装施工（如下图所示），吊点设置综合考虑屋架构件挠度、吊装水平夹角、吊点受力等情况，遵循上弦受拉、下弦受压的吊装原则，上弦吊点4个，下弦吊点1个，上弦吊点均采用吊耳固定，下弦吊点采用钢丝绳绑扎，各吊点钢丝绳长度均经精确计算和试吊，确保屋架吊装受力均匀。屋架吊装时，第1榀屋架吊装就位后，立即固定1～2轴檩条，使屋架与山墙形成稳定受力体系。第2榀屋架起吊就位后，250t履带吊配合安装2～3轴垂直桁架，并校正屋架垂直度，固定屋架两端支座高强螺栓，安装檩条和水平支撑，经检查无误后继续安装屋架构件。

屋架吊装5点吊装示意图

3.4 超厚板焊接施工要点

该工程超厚板焊接施工主要是钢梁与上下翼缘板焊接施工。超厚板厚度8mm～80mm不等，采用二氧化碳气体保护焊焊接施工，12mm以下厚度采用手工电弧焊焊接。

由于该工程钢结构跨度和轴距较大，钢柱和钢梁连接均采用超厚板焊接连接方式，极易产生焊接变形和层状撕裂问题，需对超厚板进行焊前预热、层间保温和焊后消氢热处理，以保障超厚板焊接质量，防止出现焊接变形问题。针对该问题，工程严格按《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ 81-2002）要求进行超厚板焊前预热处理措施，并加强层面温度控制和焊后热处理，防止发生超厚板焊接应力集中变形问题。层间温度控制时，针对该工程高空作业环境和风影响的问题，为避免超厚板层间温度低于预热温度，保持焊接热输入量，将层间温度控制在175℃～200℃范围内，当层间温度＞200℃时，自然冷却至层间温度控制范围，并控制热输入量。当层间温度＜175℃时采取火焰加热方式提高层间温度。超厚板层间焊接完成后，借助红外线监控层间温度，并维持焊后消氢处理温度200℃～250℃。焊后消氢处理时，使用烤枪对焊后超厚板进行加热处理，加热时应均匀加热，防止产生温度梯度造成超厚板变形。超长焊缝焊后处理时，采用多个烤枪同时加热，焊缝加热后及时包裹防火岩棉，确保焊后处理温度保持在温度区间并维持1h，待焊缝冷却至自然温度。