160000m3 LNG 储罐穹顶预制胎架CAD 放样

姚凡强

中石化第十建设有限公司 山东青岛 266500

广西液化天然气（LNG）项目160000m3储罐穹顶钢结构为球形拱顶网壳结构，是LNG 储罐的主要组成部分之一，其曲率半径为81644mm、底部直径为82000mm，为大跨度钢结构，由径向梁、环向梁和中心环组成。其中，径向梁共有96 根，环向梁分为7 圈，中心环1 个。径向梁根据长度不同分为①、②、③三种梁，其中①梁24 根、②梁24 根、③梁48 根；环向梁由外到内分为L1（96 根）、L2（96根）、L3（96 根）、L4（96 根）、L5（96 根）、LR1（48 根）、LR2（24 根）。穹顶结构及分片图见图1。

目前国内大型LNG 储罐穹顶的施工主要有两种方法：一是采用单根梁直接在罐内进行组装；二是先预制成片，后进行吊装安装。为响应公司“模块化、标准化”施工的要求，广西液化天然气项目部采用第二种方法进行穹顶的施工，加大预制深度，减少后期安装高空作业的危险性。

根据对其他LNG 项目的施工了解，穹顶预制基本分三种不同方法：第一种为12 大片，12 小片；第二种为12大片，12 小片（带侧翼，即一侧增加环向梁）；第三种为24等片。根据青岛LNG 项目的施工经验，以及现场的实际情况，广西LNG 项目采用第二种方法进行预制，最大化地加深预制深度。因此，穹顶预制胎架的尺寸直接决定着穹顶的预制尺寸和预制质量，需根据穹顶图纸尺寸采用CAD 对胎架的尺寸进行精确放样，来保证胎架尺寸的精准性。

以大穹顶片预制胎架为例来介绍胎架的尺寸放样。大穹顶片组装图见图2。其中大穹顶片径向梁包括①梁2根、②梁2 根、③梁1 根；环向梁L1（4 根）、L2（4 根）、L3（4根）、L4（4 根）、L5（4 根）、LR1（2 根）、LR2（1 根）。

图2 穹顶大片组装结构示意图

1 放样原理

由于穹顶为球形拱顶，穹顶片除中间的径向梁在水平位置上，其余4 根的位置均是在圆上旋转一定角度后确定，导致穹顶的径向和横向方向上均为圆弧形，预制胎架在放样时必须与穹顶一样径向和横向也为圆弧形。所有方向上弧线均可看作为圆弧，因此通过穹顶梁的弧形结构截面图，做半径线和垂线确定胎架立柱点所在的相关切面圆；再通过将穹顶梁在切面上展开的方法，分别确定穹顶预制胎架的长度、立柱的具体位置，以及立柱的间距和高度，最终综合所有数据得出整个预制胎架的尺寸。

根据图2，穹顶片为对称结构，则预制胎架也同样为对称结构。穹顶梁截面图中的数据为中心位置处的数据，同一排立柱中，两侧对称立柱的间距和高度相同。放样的难点在于除中间立柱外，如何确定其余4 根立柱的位置和尺寸。

2 放样步骤

2.1 穹顶结构绘制

（1）由于预制胎架是基于穹顶径向梁进行放样，因此根据图纸尺寸，采用CAD 绘制穹顶径向梁结构截面图，其弧形曲率半径为81644mm。

（2）由于穹顶高度为10799mm，需将穹顶梁实际放平成为拱形进行组装，因此预制胎架为拱形胎架。

（3）根据其他LNG 项目的施工经验，由于穹顶外侧还有一层6mm 厚的蒙皮板需要进行焊接，外侧需满焊，焊接量大。为防止焊接导致穹顶变形，保证穹顶焊后的几何尺寸，在径向梁弧长不变的前提下，需将穹顶拱高增大50mm。采用CAD 放样得出拱高加大后的穹顶梁的曲率半径为80075mm，以此曲率半径进行预制胎架的放样。

（4）测量拱形内弦长为39876mm，此长度即为胎架的整体投影长度。

2.2 立柱位置的选择

（1）穹顶梁结构图绘制完成后，根据图纸尺寸，标出每圈环向梁的位置。由于穹顶梁曲率半径已变化，但径向梁总体弧长不变，为保证环向梁位置焊后与实际图纸相符，环向梁采用测量弧长的方法进行定位。

（2）为便于环向梁安装，选择以每根径向梁的中心距离环向梁800mm 的位置处各设置一个预制胎架立柱，共7 个；为保证后期穹顶仰脸焊接施工，需在穹顶梁两端额外各设置一个立柱增加穹顶高度。

（3）7 个立柱点在径向梁截面图上标出后，以每个点向径向梁弦长上引垂线，垂点之间的距离为立柱的间隔距离。

（4）立柱总数共设置9 个，由大端至小端编号依次为A、B、C、D、E、F、G、H、I。

2.3 预制胎架立柱位置放样

（1）预制胎架位置是指穹顶片俯视图中每个支柱的具体位置，共9 排立柱（两端各1 排），由大端至小端，前7排(A—G)每排5 根支撑立柱，第8 排(H)3 根立柱，最后一排（I）2 根立柱。

（2）每排立柱之间的距离已经确定，每排立柱相互之间的距离也采用放样进行确定。由于整个穹顶为球形拱顶结构，因此立柱位置应在立柱点所在的球形切面上。

（3）在穹顶截面图中，从每排立柱点的位置向圆的中心线引垂线，测量出每个立柱点到中心线的距离。此距离为立柱点所在的切面半径，依次将9 个立柱点所在切面的半径在图上标出，具体如图3 所示。

图3 胎架立柱位置总图

（4）以每个立柱点所在的球形切面半径画圆，并按图纸径向梁安装方位将圆96 等分。由于穹顶片由5 根径向梁组成，选取其中5 条等分线，这5 条等分线与圆的交点就是同一排立柱各自所在的位置。

（5）由于拱顶的球形结构，每排的立柱点均在一条弧形线上。为便于胎架的制作，实际制作时立柱在同一直线上；绘制完成后，作中间一点的切线，并将其余4 条等分线分别延长至切线上，交点为立柱位置；将交点之间的距离标出，即为实际立柱之间的间距。以此类推，按照同样的方法确定8 排立柱的位置（最外端立柱A 除外）。

（6）为保证穹顶片最外端成型后的弧度，此处的立柱位置采用弧线，按照上述第（4）条的方法将5 个立柱点的位置在图上标出。

（7）所有立柱位置确定完成后，根据每排立柱之间的间距，以及同一排立柱相互之间的间距，可以绘制出整个穹顶预制胎架的俯视图。

2.4 穹顶胎架立柱高度放样

（1）在穹顶径向梁截面图中，每个立柱点与弦长的垂线为中间立柱的高度。

（2）由于穹顶的球形结构，立柱的高度并成一弧形。因此其余立柱的高度放样采用切面展开的方法进行，将每个立柱点与弦长的垂线延长至与弦长平行的直径上，此距离为立柱高度方向所在切面的半径。

（3）测量每排立柱所在切面的半径，然后各以此长度为半径画圆，在圆上取一点沿半径向中心方向画出中间支柱的高度，然后作此直线的垂线并与圆相交。以中间立柱高度为基准画水平线与圆相交，然后根据上述2.3 第（5）条方法所绘制出的立柱间距，将中心柱所在的直线按间距距离分别向两侧进行偏移。偏移位置为其余立柱的位置，每个立柱点垂点和与圆的交点之间的尺寸为该位置立柱的高度。以立柱F 为例：其立柱点与弦长的垂线（即中间支柱高度）为2417mm，半径为79971mm，相邻立柱的间距分别为1188mm 和1199mm。根据此尺寸可确定其余4 根立柱的高度为2408mm 和2381mm。以此类推，可确定其他位置立柱的高度。

（4）放样完成后，如图4 中B、C、D、E、F、G、H 立柱的高度已经确定，胎架的两端置于水平面上。但为便于现场进行穹顶仰脸焊接，需增加所有立柱的高度，增加的高度为图4 中A、I 中间位置立柱的高度，并根据上述方法确定其余立柱的高度。

图4 预制胎架俯视图

（5）所有立柱的位置和尺寸确定后，将尺寸在胎架图上标明。至此，穹顶预制胎架放样全部完成。

3 结论

在广西LNG 工程项目部的实际施工中，经测量，采用CAD 放样制作的穹顶预制胎架，其立柱与穹顶梁的位置和尺寸偏差仅为0～2mm，完全满足了穹顶的预制要求。预制后的几何尺寸满足设计技术要求，达到控制整体质量的目的，对现场施工具有良好的指导作用。