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1、钢烟囱倒装施工工法黄湘宁 沈小林二十三冶建设集团第一工程有限公司一、前言 近年来，我们公司承建的一些工程中，均有长筒、薄壁构件，如大屯铝厂电解二期烟气净 化回收系统就有一座高60m、重量约981的薄壁化工烟囱，位于厂区南边（与电解一期相连）东 西两栋电解厂房之间。烟囱整体为直段。外径5100mm，壁厚为8mm （高5060m处）和10mm （高4050 m处）、裙座及下段烟囱厚12mm （底部040m处）。烟囱共分23节组装，在钢制烟囱的 外面每隔2m设置一道由Z120X8煨制的角钢加强圈，并设有钢梯直至烟囱顶部。在烟囱内壁每 间隔2m设置一根相互垂直的16的槽钢支撑。本工程所安装烟囱若按常规
2、方法（顺装）进行安装存在以下几个问题：烟囱设备需架设大量 的脚手架，费用高、工期长；高空作业多，危险性大；筒体半径大，吊装高度极高，安装过程 中至少需要一台2501吊车配合安装，台班费用高。最后经过反复研究，结合现场条件，决定采 用倒装法安装，即先在基础上组装最上面两段烟囱，完成后，利用预制的桅杆作为桅杆，将上 节烟囱提升，再依次从上到下顺序组装烟囱，依次提升，最后使烟囱全部组装到位。实践证明 该方案实施效果良好。针对这种结构完全一致的薄壁烟囱的安装，我们设计了采用倒装安装工法，变高空作业为 地面作业。制作一件套筒式吊具、桅杆等即可完成多个结构一致的薄壁细筒钢结构的安装施工， 可避免在筒体因设
3、计安装高度较高而一般吊车无法完成的吊装任务，又可避免人员在高空施工 带来的施工投入与安全隐患，桅杆并可回收重复利用。二、本工法施工特点（1）倒装法施工，改高处作业为地面作业，有利于对进度、质量控制。（2）改善施工环境，减轻劳动强度，提高工效。（3）节约设备及周转材料，减少费用。（4）变高空作业为地面施工，大降低了施工过程的危险系数，保证了安全文明施工。（5）采用倒装法施工，制作的刚架及环形梁提升工具，使烟囱筒体在提升过程受力均匀，较 好的保护了烟囱设备，确保设备安装质量。（6）施工不受场地限制，特别是在一些大型机械无法进场或无法摆设大型吊车的场地施工。三、适用范围本工法适用于长筒、薄壁构件安装
4、，也可作为其它需要进行倒装法安装的设备、构件安装 的参考资料。四、工艺原理 倒装方法施工，顾名思义，是相对于常规正序安装的一种反序安装施工方法。是在特殊的情况下使用的一种更有效的施工工艺。工法中的烟囱主要由两个部分组成：裙座以及各段烟囱，烟囱的高度主要由各段烟囱拼接 形成。正装法的程序是：裙座一由下至上逐级吊装各段烟囱筒体一烟囱附属构件。势必造成施 工人员高空作业、危险性大。倒装法的程序是：烟囱上段筒体一提升一中部筒体一提升一下段 筒体一裙座一烟囱附属构件。主体施工全部地面作业，不仅安全、工效高，而且节省了吊车、 脚手架等费用。工法中烟囱的提升采用倒装方法特制的桅杆及环形梁吊装组件。环形梁共需
5、要两个，一个 与桅杆顶部直接固定，为吊装起吊的吊点同时起烟囱导向作用，使烟囱处于垂直状态吊装；另 一个环形梁安装在桅杆内部，与桅杆相对独立运动，作为起吊烟囱的支点，它直接承受烟囱重 力，为了保证下环形梁在吊装过程中不产生旋转，在下环形梁靠近桅杆四个立柱的相位外沿和 上环形梁上沿边制作限位装置，确保下环形梁在吊装过程中按设计的轨迹运动。上环形梁下底 面及下环形梁的上面均匀布置吊耳，两个环形梁之间采用滑轮组及钢丝绳连接。五、工艺流程及操作要点：烟囱安装工艺流程:吊装桅杆制作与安装组对平台铺设轨道及小车安装&=8mm段烟囱安装&= 10mm段烟囱安装6=12mm段烟囱安装烟囱裙座安装组对平台、轨道及
6、小车拆除烟囱与锚栓连接连接底座裙体与&= 12mm段烟囱烟囱附属构件安装与开孔吊装桅杆拆除操作方法及要点：吊装桅杆制作与安装1.烟囱倒装用桅杆设计与制作倒装法安装烟囱需要设计制作吊装桅杆，桅杆的立柱由四根325X10, 20号钢结构用无缝 钢管组成，柱高10米，上部用5=20和5=14的Q235-B钢板做成一个箱形环梁，梁与柱的连接采 用焊接，为了加强连接的可靠度，每根立柱与梁之间还设置加劲板，柱脚与基础埋件也是采用 加劲板焊接。桅杆内部制作安装一个与上部环形梁相同的环形梁，在靠近桅杆四个立柱的相位 上制作安装环形梁旋转及摆动限位装置。所有构件施工均应符合钢结构工程施工质量验收规 范(GB50
7、2052001)设计效果图如下图一所示。图一：桅杆设计效果图立柱的结构验算：立柱采用Q235-B, 20号钢的无缝钢管可得无缝钢管的各种参数：许用应力f=215N/mm2、 回转半径i=11.14cm横截面积A =98. 68cm2、立柱无缝钢管的高度H=10000mmnG/钢烟囱自重）=98TG=12T （钢丝绳及吊装环梁重量）2可得无缝钢管长细比入=10000/111.4=90根据入可查表得其稳定性系数a=0.614 每根钢柱的受压强度6=N/A =（ G +G）/4 / An12n=110/4X 103X 10/98.68X 102=27.789 N/mm2取无缝钢管设计许用应力的安全系
8、数人=1.836V6=f/K =215/3=71.6N/mm21故立柱抗压强度能满足无无缝钢管受力强度的要求验算立柱其稳定性：6=N/a*A= (G +G)/4 / aX An 1 2 n =(110/4X103X10)/(0.614X98.68X102) =45.259 N/mm26V6=f/K =215/3=71.6N/mm21 故该钢柱满足钢管受力稳定性的要求.2吊装桅杆的安装2.1先将制作好的下部环梁放在四个基础之间，再将桅杆立柱立于基础预埋件上，并且 找正点牢，校对四根钢柱水平、垂直度。2.2 联接柱间各横梁、及联杆，并焊接牢固。2.3吊起上环梁落于钢柱顶端点牢，校正环梁度水平度后焊
9、接形成整体。2.4由于在吊装的过程当中受力非常复杂，考虑不可避免因素的影响，在每根立柱的背 后还设置了一根斜撑，以加固其稳定性。2.5所有构件安装施工均应符合钢结构工程施工质量验收规范(GB502052001) 要求。2.6按设计计算出来的结果，设置最大提升高度限位开关位置。 3吊装前准备及各种吊具选择烟囱吊装主要依靠上、下环形梁受力作用，吊装时需要用滑轮组及钢丝绳联接上、下 环形梁，首先需要对滑车组、钢丝绳、卷扬机等吊装工具的正确选择，在安全的角度上考 虑经济适用。吊装用卷扬机及钢丝绳选择和验算： 查建筑施工手册(第二版)得：S =f0KQ (21-44)式中：S跑头拉力K-动力系数，选用1
10、0T电动卷扬机，查施工手册可得K=1.2Q吊装荷载，为构件重力及索具重力之和Q=( G G)/3=36.67T12f0跑头拉力计算系数，当绳索从定滑轮绕出时f0=(fl)Xfn /fn1,当 绳索从动滑轮绕出时f0=(fl)Xfn-l/fnl,其中n工作绳数，f滑 轮组系数，滚动轴承取1 . 02 ，青铜衬套取1 . 04 ，无青铜衬套取1 . 06 由于该吊装采用3组，12道轮数滑轮组，那么每组滑轮组的有效轮数n=12,其钢丝绳由定 滑轮拉出，故滑车组的倍率为i=12,其所承受的重量Q=36.67T根据S= f0KQ可得跑头拉力SS=(1.041)X1.0412/1.04121)X1.2X3
11、6.67=4.69T根据3组，12道轮数滑轮组，查钢结构施工手册得，滑车组的效率n=0.65,跑头拉力的 简易计算公式：S=Q/i*n=36.67F(12X0.65)=0.124X36.67 =4.701T 两个计算公式计算得出的结果基本相等，由此可证明以上计算结果是可靠的。每组滑车组根 据情况配套使用23个导向滑轮，所以卷扬机的拖动力应为：$卷扬机=SX1.43=527 T 所以，导向滑车的跑头拉力应为5.27吨;考虑施工过程中的风荷载及卷扬机启动的能以控 制到同步性，可能产生的实际跑头拉力会大于5.27T，故我们所选的10T单筒慢级卷扬机，能 满足施工各方面的要求。根据计算所得S=5.27
12、T,查钢结构施工手册表9-33，跑绳选用径为24D型号为一6X37+1 的钢丝绳。验算钢丝绳的破断拉力，查钢结构施工手册得：P破=5d2=500X242 =288000NS=5.27X103X10=52700N规范要求一般起重设备钢丝绳的安全系数K取565XS=5X52700=263500N P 5XS故钢丝绳的选用破能满足施工各方面的要求 4铺设组对平台及安装运输小车轨道烟囱安装在按设计预先制作好的混凝土基础上，在制作的混凝土基础均匀的布置有预埋螺 栓，不便于运用倒装方法在基础上组装烟囱筒体。因此，需要在基础上高出预埋地脚螺栓，在 吊装桅杆的范围内铺设钢平台。为了更好控制烟囱的安装质量，钢平
13、台表面应作调平处理。根据吊装需要，便于将制作好的筒体方便快捷的进入吊装桅杆内部进行倒装施工，从桅杆 外引入 2 根 43Kg/m 的轨道到钢平台上，轨道上表面标高应根据铺设的钢平台确定，两轨道的 中心线应与烟囱的中心重和，轨距根据制作好的平板小车轮距确定，最后再把制作好的平板小 车放置轨道上。5倒装法吊装烟囱 烟囱的提升是由吊装桅杆、三组滑车组及三台卷扬机等共同配合完成，卷扬机操作的同步 性要求较高，三台卷扬机应配备经考试合格的操作员进行操作，并作统一的指挥，要求卷扬机 操作同步。同时设置不平度限位，以便控制提升时由于卷扬机不同步而造成下环梁运行不平衡。在提升前，先将下梁的吊件组上的卡销拉向外
14、侧，使下梁内侧达到5.4米，下梁落于第一 节烟囱加强筋以下，将吊件组用M27的螺栓卡紧（如图三所示）。启动卷扬机，烟囱随下梁吊 件组上升，升到超过第二节烟囱筒体（本工程中每节拼装烟囱最高为4米）的高度，将运至吊 装现场的第二节烟囱筒体由小车运送至组装平台上，将提升的筒体下降与下节筒体相接，下节 筒体组对后，再将吊装桅杆下环形梁退出，将下环形梁降至第二节筒体的加强筋以下，运用螺 栓卡紧烟囱筒体，再提升烟囱。如此循环往复，逐段吊装第三节、第四节，直至最后一节。 将所有烟囱筒体安装完后，最后组装烟囱的裙体段。将裙体段烟囱运用平板车运送进吊装 桅杆内部后，运用手葫芦等工具吊起裙座段筒体，退出小车，拆除
15、轨道、钢平台，将裙座段筒 体安装在烟囱基础上，找平找正，其水平度的误差应控制在5mm,标高误差应控制在一3.0 Omm。最后紧固所有的地脚螺栓，下降烟囱筒体与裙体对接。最终即可完成烟囱安装工作。在 安装整个过程中注意控制烟囱的垂直度。烟囱在倒装方法安装提升过程中，上、下环形梁均设置导向装置（如图三所示）。下环形以 钢管柱为基准，设置导向轮及导向杆，导向轮与导向杆随下环形梁同时升降；上环形梁设置四 组导向轮，每组包含上下两个可以退出的导向轮，当筒体加强筋上升到导向轮位置后，运用人 为的方法退出下面的导向轮，让加强筋通过到上下导向轮之间时，送入下部的导向轮，退出上 部的导向轮，最终让筒体加强筋通过导向轮。具体操作如下图二现场施工吊装相片图所示。图二：倒装法安装烟囱现场图5.1烟囱抗倾覆分析烟囱在提升或静置时，烟囱处于平衡状态，当烟囱受风力作用，烟囱便存在倾覆的趋势, 若超过其平衡条件，烟囱便会倾覆。如右图，烟囱安装于8个支座上，假设在平衡条件下B面吹A方向风力F作用下，烟囱将朝A点倾翻，此时A点受力最大，B点受力最小。而在OO轴上的两个支腿受力与静置时相 同。-在静置或提升时，各支腿受垂直向下的力为LF=Fa= Fb=
