刍议氧化铝厂的钢结构施工的探讨
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摘要：近年来，随着我国氧化铝行业技术有了长足的进步，现已得到国外同行的认可，是我国工作者辛勤劳动的结果。同时，也发现我国氧化铝生产与世界同行相比还是存在一定的差距，特别是在大型设备的可靠性、理念和许多生产细节等方面，本文重点介绍了钢结构的主要步骤进行了分析，探讨了利用不同的施工技术进行切合实际的安全施工，可为同类工程参考。
关键词：钢结构；施工；技术
中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号：
一、工程概况
某氧化铝厂主要生产装置蒸发站整体长59.75m，宽13.5m，高32.75m。框架上布置4台自蒸发器，6台管式降膜蒸发器为Ⅰ-Ⅵ效蒸发器，顶层设7吨悬挂吊车。结构为钢框架-中心支撑结构形式，无维护结构。蒸发站立面实体效果图，（见图1）。
图1厂房立面实体效果图
二、施工基本数据
此工程建筑结构安全等级为二级，结构抗震设防类别为丙类，框架抗震等级为四级，抗震设防烈度为7度(0. 15g)，场地类别为II类，基本风压为0. 45KN/m2，地面粗糙度类别为B类。钢框架计算采用STS及结构空间有限元分析软件SATWE (2010版)进行计算。
根据厂房柱网主要设备管式降膜蒸发器及自蒸发器布置，横向共3跨，柱距分别为5500,2500,6500；纵向共15跨主要柱距为3000, 5000，6000。厂房的竖向布置，根据工艺设备高度、设备检修空间、操作、人员通行确定。由于Ⅰ-Ⅵ效管式降膜蒸发器落在9.250层，厂房所承受主要荷载都集中在本层，以上各层荷载相对较小，所以在9.250层以上楼层在柱布置密集处局部抽柱，既能满足工艺要求，还能节省建设成本， (见图2)。
图2 厂房立面布置图
三、结构计算及分析
1．多工况荷载组合
管式降膜蒸发器和自蒸发器，其荷载值及在不同工程下产生的作用效应不同，而且相差很大。以V ,VI效管式降膜蒸发器为例。根据不同工况荷载分为操作荷载、试水荷载、事故荷载，见表1。
表1V、VI效管式降膜蒸发器荷载
在操作荷载是在正常生产情况下，设备或管道中各种液体或者固体物料的最大重量(设备自重除外)。试水荷载为设备充水实验设备、管道内的介质荷载，在进行水压实验时，设备及管道内全部液体重量，当某构件支撑多个容器时，仅考虑一台容器处于试水状态，其它容器为空载。偶然荷载是在正常生产期间不一定出现，一旦出现其值很大且持续时间很短。在生产中因操作时，可能导致设备容器内物料堆积，若不能及时处理，在一段时间内物料达到最大，这种荷载称为偶然荷载。经过多个现场生产管理经验，发生事故荷载几率很小，甚至几年都不发生，一旦发生都会在2个小时左右恢复正常，因此偶然荷载也称为事故荷载。
根据上述不同情况的性质，相应建立正常生产、试水实验、发生事故三个计算模型。各工况荷载下荷载组合。三种组合中应特别注意试水实验工况中设备内水重、发生事故工况设备料重分项系数，分别为1.1,1.0。在三个组合工况中只有正常生产工况组合考虑地震作用，因为在试水实验和发生事故与地震作用同时发生概率小，两种荷载不与地震作用同时考虑。当在抗震设防烈度为7度(0.1g)以上时，在试水实验或发生事故工况考虑地震作用会造成很大浪费，见表2
表2各工况下荷载组合
2.梁柱截面选择
厂房框架梁、柱施工时均采用热轧H型钢。H型截面钢构件不仅能减少钢结构制作工作量，而且在缩短工期，提高施工质量上有优势，可以避免因焊接导致的角变形、扭曲变形、挠曲变形等一系列问题。V , VI效管式降膜蒸发器最大静荷载较大分别为581.4t, 893.5t,蒸发器两个方向都落在框架梁上，为了增加柱截面弱轴承载力，其下框架柱采用两个热轧H型钢HN700×300组成十字形组合截面，材质为Q345B；VI效管式降膜蒸发器下框架梁按计算截面为H1200×300×20×25，与相邻框架梁HN800×300相差较多，由此产生刚度突变会引起应力集中;因梁截面较大在梁柱连接时实现“强柱弱梁”这一抗震目标需要比较复杂的措施，给设计带来一定的麻烦。为了避免上述问题，在施工时采用热轧H型钢HN800×300+析架形式组合结构梁，与相邻跨梁截面一致，不会产生刚度突变，梁柱连接节点容易处理，(见图3)
图3组合梁柱截面
3.支撑布置
为了提高框架的承载能力和侧向刚度，在框架中适当设置柱间支撑，并使结构在承受水平风荷载、地震作用时具备两道受力防线，第一道防线为柱间支撑，第二道防线为框架。厂房抗震等级为四级，高度不超过50米，根据抗震规范柱间支撑宜为中心支撑，对交叉支撑按拉杆比较经济，长细比按照150控制；在层高较低或考虑设备管道走向会设置人字支撑，人字撑的腹杆在大震受压屈服后，导致横梁在支撑处出现向下的不平衡集中力，可能引起横梁破坏和楼板下陷，并在横梁的两端出现塑性铰，考虑不平衡力后框架梁截面过大，采用人字撑和V型撑交替布置，这种布置比较实用，不会对横梁产生不平衡集中力，（见图4）。
图4人字撑和V型撑交替布置
柱间支撑应布置在荷载较大的柱间，缩短荷载传递路径；时宜同一柱间上下贯通，有利于结构刚度沿高度均匀变化。当条件受到限制时，应在紧邻柱间连续布置。厂房所承受荷载主要是由I -VI效管式降膜蒸发器产生的，布置时柱间支撑时主要考虑设备布置，设备成“一”字型排列，柱间支撑宜设置在两端设备下柱间，因考虑到VI效管式降膜蒸发器下有较多管道，支撑只能布置在紧邻柱间，厂房端部设置上柱支撑，屋面的横向水平支撑设置厂房两端以及设柱间支撑处，见图3。
表3新抗规实施前后对外露式柱脚锚栓计算
在16.500, 22.500楼面设有大洞口，对楼面水平刚度和对水平剪力传递有较大影响。设置水平支撑会影响自蒸发器检修，设计时在大洞口角部设置角撑。
从结果中可以看出，根据相应的柱脚地板厚度、加劲肋厚度也会增加。一般情况下厂房柱底实际弯矩和全截面屈服承载力相比小的多，直接影响锚栓直径，当钢柱界面大到一定程度时，设计成外露式柱脚是存在一定困难的，而且不经济，因实施之后，厂房采用外包式柱脚。
5.节点域处理
在地震作用下框架梁柱节点域验承载力不足，框架柱截面都是采用热轧H型钢，腹板相对较薄，很难满足承载力要求。在震作用下，钢框架的梁柱刚接节点易发生破坏，尤其是在弹塑性阶段，节点域剪切变形明显增大，钢框架节点域存在着不可忽视的剪切变形，对框架水平位移有1020%影响。节点域剪切变形对内力也有影响，一般在10%以内。如果框架有支撑时，节点域剪切变形将随支撑体系侧向刚度的增加而锐减。为满足强节点弱构件的设计原则，应对节点域进行处理，加强节点域强度和刚度，防止节点域失稳。
图5节点域处理方法示意图
处理有两种办法:其一为在节点域加斜加劲肋；在腹板侧面贴板或者柱腹板局部加厚，见图5.斜向加劲肋设置只考虑节点内侧受压的情况，没有考虑节点内侧受拉的情况，一般用在门式刚架结构。厂房柱均采热轧H型钢，腹板加厚施工难度大，影响施工速度。采用腹板侧面贴板来补强的办法施工难度小，同样能满足节点域承载力要求。补强板在上下边缘伸过横向加劲肋之外各150mm，加劲肋仅与补强板焊接，此焊缝应能传递该力的要求设计，补强板与加劲肋或柱翼缘用角焊缝连接，焊缝能传递补强板承担的剪力，补强板与板面采用塞焊与柱腹板连接成整体，塞焊点之间的距离为，为相连板件中板厚度的较小值。节点域补强板不得采用局部补强办法，应充满整个节
点域，满足节点域体积要求。
四、结束语
对钢结构安装施工技术进行分析，强调了按照流水段进行分段施工的重要性，对标准框架和特殊框架的施工工艺和技术进行了介绍，并且对特殊的钢结构按照钢结构材料的不同进行了安装技术的选择。测量和校正以及安全保障措施对于钢结构安装技术的实现有着重要的影响，因此也对其进行了浅要的探讨。
参考文献
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