1000MW塔式炉钢结构的设计和施工方案.doc

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1、1000MW 塔式炉钢结构的设计和施工 关键词：塔式炉；钢结构；主钢架；设计；制造；安装 摘 要：主要介绍了塔式炉钢结构的特点。针对外高桥第三发电厂一号炉钢结 构的设计、制造和安装过程中遇到的技术问题进行了讨论，为今后同类项目的 钢结构工程提供参考。 1 前言 由上海锅炉厂有限公司制造的上海外高桥第三发电厂 21000MW 超超临界 机组的锅炉采用了 ALSTOM（德国）公司的塔式锅炉技术。作为配套内容，大型 塔式炉的钢结构在德方的技术支持下，由我公司完成技术设计工作。目前该项 目的主钢架、辅钢架及楼梯间部分的钢结构技术设计已基本完成，现场吊装已 基本完成了主钢架部分。大型塔式锅炉钢结构具有整

2、体结构复杂，单件构件尺 寸庞大，连接形式类型多样，制造及安装的难度较高等特点。本文将系统的回 顾并分析在工程中遇到的技术问题及相应的解决方法，为今后的相关工程提供 参考。 2 大型塔式炉钢结构的基本介绍 大型塔式锅炉钢结构为露天布置、独立式全钢结构，包括主钢架（含炉顶 钢架）、辅钢架（炉前平台、炉左右两侧平台）、楼梯间和空气预热器钢架。 在炉顶钢架上部设置有防雨轻型屋顶结构。参见图 1、2，锅炉侧视图和前视图。 主钢架和辅钢架总体占地宽度约 51 米，长度为 40 米，屋顶顶面标高约为 132 米，用钢量约为 11000 吨。辅钢架下部炉前平台与煤仓间共用 D 排立柱， 减小了锅炉岛的占地面积

3、。下部炉前平台的水平力均由主钢架的主梁和立柱承 受，煤仓间 D 排柱仅承受垂直荷载。空气预热器钢架为相对于主钢架独立的稳 定框架结构。其分为三个部分：中心部分用于支承从炉顶吊下来的烟道，两侧 部分用来支承空气预热器。其标高为 0.000 米到 39.300 米。 图 1. 锅炉侧视图 图 2. 锅炉前视图 2.1 主钢架和炉顶钢架 主钢架是锅炉的主要受力结构的一个筒式框架，其不但承受垂直荷载，也 是传递水平力的主要结构。筒式框架自己组成一个稳定结构，两侧辅钢架、炉 前辅钢架和钢平台依附在筒式框架上。只要将主钢架、炉顶平台、大板梁及其 桁架安装完毕，就可以开始吊装受热面。安装辅钢架平台和吊装受热

4、面可以同 时进行，对缩短安装周期带来益处。 主钢架的构件均为大规格箱型截面，主要包括：4 根主柱，20 个主梁和 40 个立面斜撑。主钢架五层主梁的梁面标高分别为 22.490 米、49.990 米、 70.490 米、100.490 米和 121.190 米。每层主梁及与其连接的主立柱和主斜撑 构成了主钢架的五个安装层。每层主梁所在平面同时也是辅钢架的五层刚性平 面。主梁需要承受锅炉悬吊荷载向下传递的内力和弯矩，锅炉的导向力通过刚 性梁的导向结构直接作用在主梁侧面，同时承受辅钢架平面的垂直和水平荷载， 辅钢架内的管道导向和限位、风荷载和地震荷载均需传递到刚性平面再到主梁， 最终由主钢架承载。

5、主梁也同时为平台通道，这时需要在上表面覆盖 5mm 厚花 纹钢板。 主梁和主斜撑的规格均为宽 900mm 的箱形截面。选定 900mm 的宽度既可以 获得适当高度的截面，也可以保证内部焊接加劲肋后保留约 450mm 宽度的人孔， 以方便内部焊接施工。 四根主立柱高度均为 121.200 米。其中在 0 到 106.500 米之间均为 2500*2500 的截面，板厚从 50mm 逐步过渡到 35mm。每根分为八个安装段，其分 段标高分别为：13.000 米、27.500 米、45.470 米、59.000 米、75.000 米、 94.000 米、106.500 米和 121.190 米。其分

6、段的主要依据是考虑安装起重能力 将每个分段重量控制在 100 吨以内。 前后墙 两侧墙 图 3. 主钢架立面 图 4. 主钢架模型图 炉顶大板梁铰接支承在 121.200 米标高的主梁上表面，大板梁顶标高为 127.560 米。两根大板梁间通过 9 根次梁以及 E 轴和 G 轴上的炉顶支撑桁架构 成了完整的框架体系，用于承受悬吊锅炉荷载。塔式炉的受热面采用悬挂式布 置将所有管束通过悬吊装置吊于炉顶；烟道自锅炉顶部引出，通过悬臂结构传 力至炉顶大板梁；在前后墙各布置了 4 排外部悬吊管，所有的集箱（除水冷壁 中间集箱外）均布置在前后墙，集箱均支吊在其所处位置的外部悬吊管和水冷 壁上，外部悬吊管和

7、水冷壁都悬挂在炉顶大板梁上；烟道自锅炉顶部引出，通 过悬臂结构传力至炉顶大板梁；锅炉范围内的四大管道和烟、风、煤粉管道部 分吊于锅炉主框架上，大部分吊于锅炉的辅助钢架上。 大板梁截面采用 型叠置截面，截面全高为 7250mm，其中上部截面高度 为 3750mm，下部截面高度为 3500mm。大板梁的两支座端板中心线间距为 31500mm。在炉前设有悬挂炉前平台吊杆的悬挑段，挑出长度为 7875mm，平面 内倾斜布置。在炉后设有悬挂炉后烟道的悬挑段，挑出长度为 8300mm。次梁采 用 型截面，截面高度约为 3000mm，长度均为 21480mm，两端分别连接于大板 梁上部之间。次梁的上表面与大

8、板梁上表面为同一标高。炉顶支撑桁架共两榀， 位于立面 E 和 G 内，左右两端分别连接于两根大板梁支座端板上。炉顶支撑桁 架支撑在两根大板梁之间以保证炉顶钢架的整体稳定性，形成稳定的框架结构。 大板梁和次梁均为锅炉受压件支吊梁，受热面吊杆穿过大板梁和次梁的上 翼缘。上翼缘盖有 70mm 厚的垫板，用来直接支承吊杆弹簧支座。塔式炉的炉顶 吊杆布置简单明了，大大方便了炉顶钢架的布置。 图 5. 炉顶钢架模型图 2.2 辅钢架 2.2.1 炉前平台钢结构 在 22.500 米和 50.000 标高处的平面分别为一榀平面桁架，一侧与同一标高处 的主钢架前侧主梁及 E/4.5 轴线和 E/7.3 轴线的

9、主柱相连，另一侧与同一标高 处的煤仓间 D 轴线上的主柱相连。与煤仓间柱子的连接采用滑动支座，应只控 制垂直方向的位移，而在水平方向可以自由移动。 从标高 70.500 米至 100.500 米之间的框架结构通过两个垂直拉杆悬吊于屋顶大 板梁前部悬臂端。这个结构由主吊杆、梁（在 100.500 米和 70.500 米标高处与 主梁连接）及垂直和水平支撑组成。 辅钢架炉前 D 排立面 辅钢架两侧立面（下部） 辅钢架两侧立面（上部） 图 6. 辅钢架炉前和炉侧立面布置图 2.2.2 左右两侧平台钢结构 下部结构为一个刚性框架。在 3.2 和 8.3 轴线立面上每侧有 6 个从地面到柱顶 标高约 7

10、0.500 米的柱子。在 22.500 米和 50.000 米标高处，每一侧每一层都有 6 根梁与这些柱连接，梁的另一端支撑在相应的主钢架的大梁或柱子上。 上部结构为每侧均有充分支撑的框架结构。在 3.2 和 8.3 轴线立面上每侧有 6 个主吊杆，并通过立面上的斜撑形成稳定的的立面框架。该立面框架在 121.200 米标高处通过两个斜拉杆连接于主钢架的主柱。上部辅钢架框架在两 层标高分别为 70.500 米和 100.500 米的刚性平面获得水平支撑，与主钢架的梁 和柱相连。 在 3.2 和 8.3 轴线立面上每侧有上部的 6 个主吊杆和下部的立柱。每个吊杆与 相应的立柱在约 70.500

11、米标高处连接。连接方式为水平方向互相限位，但垂直 方向可以相互自由移动。 2.2.3 后部烟道支撑结构。在约 93.170 米（梁顶面）标高处，设有一根箱型梁 用于烟道的水平限位。这根梁连接 E 轴线的两根主立柱之间。烟道的下部水平 限位梁为主钢架 49.990 米标高的主梁，不再单独设置限位梁。 2.2.4 辅钢架上的平台。主要的操作平台标高分别为：7.700 米、17.000 米、 22.500 米、31.000 米、39.300 米、45.500 米、53.000 米、56.900 米、70.500 米、74.600 米、78.400 米、82.000 米、85.500 米、89.600

12、 米、93.200 米、 100.400 米、107.200 米、112.900 米、118.200 米、121.200 米。这些平台需 要铺设 30mm 厚的格栅板。相应平台梁上表面的标高分别为平台标高降低 30mm。在燃烧器区域操作平台（约为 22.500 米至 56.900 米标高之间）以及约 118.200 米标高处与楼梯间相连的锅炉侧的平台栅格板上应加铺 5mm 厚花纹钢 板。 2.2.5 楼梯间和电梯井。 在锅炉两侧炉前（D 到 E 轴线之间）设有独立的楼梯间。楼梯间在 22.500 米、50.000 米、70.500 米、100.500 米和 118.200 米标高处设有与锅炉支

13、撑结 构之间的主要水平支撑。在每个停靠层均有梁与辅钢架立柱相连。在靠近集控 楼一侧，每台炉设置有两部电梯，电梯井与楼梯间合为一个独立的框架结构。 楼梯间、电梯井平台与辅钢架平台组成一个供锅炉维护、监督和检修用的通道 系统。 2.3 高强度螺栓 本工程的钢结构连接节点采用高强度螺栓连接。主钢架、空气预热器钢架 主构件的连接节点采用承压型连接，大六角高强度螺栓（A490M），螺栓直径为 M27、M30、M33 和 M36。辅钢架等平台钢结构的连接节点采用摩擦型连接，扭剪 型高强度螺栓，螺栓直径为 M20、M24。预计整台钢结构需要约 100000 套高强 度螺栓连接副。 2.3.1 大六角高强度螺

14、栓连接副参照国家标准 GB/T 12281231-1991、美国标准 ASTM A490M（材料）和 ANSI（技术条件）选用，具体材质如下： 螺栓直径为 M27：螺栓为 35GrMo，螺母为 35 号钢，垫圈为 45 号钢。 螺栓直径为 M30：螺栓为 35VB，螺母为 45 号钢，垫圈为 45 号钢。 螺栓直径为 M33：螺栓为 35VB，螺母为 45 号钢，垫圈为 45 号钢。 螺栓直径为 M36：螺栓为 42VB，螺母为 45 号钢，垫圈为 45 号钢。 2.3.2 大六角高强度螺栓施工的预拉力和施工扭矩的选取。 因为中国及美国标准对于施工预拉力的规定仅覆盖到 M30，因此对于 M33

15、 和 M36 规格的预拉力和施工扭矩需要根据螺栓的许用应力进行计算。首先由 A490M 标准的紧固轴力推算出紧固轴力为螺栓抗拉强度的 0.6861 倍。在此基础 上计算出预拉力，并选定 0.13 的施工扭矩系数计算出施工扭矩。计算结果如下： 螺栓直径为 M27，预拉力 320kN，施工扭矩（参考）1550Nm； 螺栓直径为 M30，预拉力 390kN，施工扭矩（参考）1900Nm； 螺栓直径为 M33，预拉力 500kN，施工扭矩（参考）2310Nm； 螺栓直径为 M36，预拉力 585kN，施工扭矩（参考）2950Nm； 2.4 规范的选用 本项目在设计中使用美国 AISC 规范。而且施工验

16、收标准对于现场的施工具 有重要的意义。在AISC 建筑和桥梁钢结构规程 中对于安装公差的规定作了 如下的描述： “本章定义的安装公差是由实践中长期使用的钢结构安装公差发展而来的。首次定义 安装公差是在本标准 1924 年版中第七章的“垂直测量”中。二战后，随着建筑材料类型和 用途的变化以及建筑师和业主对更精准公差不断扩大的需要，ASIC 于 1959 年 3 月 15 日版 本中采用了公差的新标准。经验证明这些公差是能够以经济有效的手段达到的 （economically obtained）。” 我们认为“能够以经济有效的手段”获得合理的公差要求才能指导钢结构 的安装工作。因此上海锅炉厂有限公司

17、建议在主钢架的施工验收过程中相应执 行最新版美国 AISC 系列规范。具体引用的规范及条文章节名称如下： AISC 建筑钢结构规范 2005 年 3 月 9 日版（AISC Specification for Structural Steel Buildings, March 9, 2005），第 M 章：工厂制造、现场安 装和质量控制（Chapter M: Fabrication, Erection and Quality Control）。 AISC 建筑和桥梁钢结构规程 2005 年 3 月 18 日版（AISC Code of Standard Practice for Steel B

18、uildings and Bridges, March 18, 2005）， 第 7 篇 钢结构现场安装（Section 7. Erection）。 对于上述规范中未作明确规定的项目，按照国家标准 GB50205-2001钢结 构施工质量验收规范以及行业标准 DL/T5047-95电力建设施工及验收技术 规范-锅炉机组篇的规定执行。 3 设计及施工过程中的技术难点及分析 3.1 地脚螺栓 本工程每个主钢架柱脚选用 8 根 M68 地脚螺栓。在工程初期我们曾考虑采 用常规的预埋双头螺栓配简易定位框架的形式。采用预埋螺栓存在定位误差较 大的问题，很有可能出现个别螺栓无法穿孔而造成必须进行扩孔的风险

19、。考虑 到主钢架单个柱脚的反力极大（极限工况组合荷载设计值达到 11000 吨），柱 底板厚度较大，起吊单件重量大，起吊后需要尽快就位等因素，需要使用较为 成熟的方案。 图 7. 柱脚结构简图 我们采用了地脚螺栓套筒的形式。每组地脚螺栓套管用角钢和槽钢焊接构 成框架组合。该框架可以在工厂内组合完毕，以保证每组套筒之间的相对位置 的准确，并且有利于避免在混凝土浇注过程中发生位置偏移。地脚螺栓框架的 顶标高在地脚螺栓套管盖板顶部（0.010 米）。混凝土浇注顶标高为0.000 米， 即地脚螺栓套管的盖板应高出混凝土上表面 10mm。地脚螺栓保护套管的 3mm 厚 盖板焊在套管上部，避免套管内进入污

20、渍和积水。安装公司在吊装柱脚前，先 切割掉保护套管的盖板，然后插入地脚螺栓开始安装柱脚。 经过认真的分析，我们发现这种形式有利于地脚螺栓在钢结构吊装前的保 存，有利于在钢柱就位后地脚螺栓位置的微调。该形式下的地脚螺栓不需要双 头螺栓，在下部锚固端焊接两片尾翼板即可。在拧紧地脚螺栓螺母时，尾翼板 挡在套筒内的挡块下用于阻止螺栓的上拔和转动。经过实际安装的过程看，该 形式效果较好完全满足了施工便利性和定位的精确度。最为重要的优点是，采 用该形式后大大增加了螺栓与基础混凝土之间的锚固表面积。因为在套筒内最 终灌注高质量的灌浆料，保证螺栓和套筒之间的可靠锚固，这时可以看作套筒 与螺栓形成一体再锚固于基

21、础混凝土内。这一点是预埋螺栓达不到的优点，从 而减小了地脚螺栓的长度。 3.2 柱底板 3.2.1 柱底板调平垫板 本工程的柱脚设计为钢结节点，因此柱底板在工厂内与主立柱焊接后出厂。 吊装时单件重量超过了 80 吨。在此情况下如何调平柱底板成为技术难题。常规 柱底板侧安装调平螺栓的方案不可行，使用锲块调节无法保证调整的有效性并 受到业主和安装公司的反对。因此我们采用了柱底板下安装调平垫板的方案。 调平垫板分为两部分，下调平垫板安装在混凝土基础上表面的 60mm 深的预 留孔内。下调平垫板采用三个调平螺栓与基础留孔底面牢固接触。在调平垫板 就位并调平后用灌浆料灌浆固定，并应保证灌浆后位置不会发生

22、变化。在柱脚 吊装前，调平垫板下的灌浆至少完成 7 天的养护期。上调平垫板在工厂内焊接 在柱底板下，对应于下调平垫板的位置。上下调平垫板的接触面均需要铣平。 该方案的难点在于现场保证下调平垫板上表面的水平度，以及柱轴线相对 于上调平垫板下表面的垂直度。根据实际安装后的验收结果，现有技术条件基 本可以保证立柱垂直度达到规范要求的公差范围。其优点是在起吊安装过程中 完全不需要再进行调平工作，在柱子就位后可以立即完成地脚螺栓的拧紧，吊 机可以尽快松钩。 3.2.2 柱底板的铣平 柱底板规格为 3500*3500，厚度为 150mm。柱底板的上表面需要铣平处理， 因为尺寸过大，最终采用了分段铣平，加工

23、的难度和工作量较大。采用前述的 调平方案后，柱底板下表面不需铣平，仅做常规处理。柱底板的下表面焊接上 调平垫板后，再整体铣平四块上调平垫板的底面即可。 在材料预估时，我们对于国产厚板的平整度估计过于乐观，当时根据德国 工程师的建议，我们预留了上下各 5mm 的铣平余量。当材料进厂后，测量结果 表明仅加工上表面 10mm 的余量也是不够的。最终在工艺部门的协助下，我们采 用先局部液压校平再铣平的方案才完成了单面铣平的工作。这个事情提醒我们 在选用大尺寸国产厚板时应充分考虑材料的平整度问题，在综合考虑机加工工 艺的基础上，选用适当的加工余量。 3.3 主立柱。 3.3.1 主立柱的材料 在设计初期

24、考虑全部使用 Q345B 材料。但是国内的材料标准受到加工工艺 水平的限制，厚板的许用应力随着厚度的增加相应折减。所以初步计算结果第 一、二分段柱子板厚达到 65mm。经过与供应部门的多次协商，我们可以选用国 产的 A572-Gr50 牌号的钢板。这样既保证了主要材料国产化，又达到了厚板材 料在计算时不进行许用应力折减。最终在 0 到 50.000 米之间采用了国产 A572- Gr50 钢板，板厚选用 50mm。除立柱以外，在其它关键部位也使用了有限的国产 A572-Gr50 钢板，如大板梁主体和第五层主钢架的 E、G 轴线立面内的主斜撑。 经过多次优化，我们限制了板厚规格种类。A572 板

25、材选用规格种类主要控制在 50、70 和 100mm 等几种，降低了材料采购的难度。 3.3.2 主立柱截面的选取 主立柱需要承受非常大的荷载，其截面的选取对主钢架的设计至关重要。 根据最终的整体结构分析结果，一根主立柱的基础荷载达到了静载 6300 吨、活 载 2400 吨、风载 4300 吨和地震荷载 2800 吨，最不利工况下的荷载组合为 11260 吨。每根立柱均需要受到 X 向和 Y 向的弯矩，且两个方向的内立组合基 本相同。这一特性决定了立柱的截面特性需要 X 向和 Y 向的惯性矩及抗弯模量 基本相同。正方形的箱形柱完全符合这一要求。当然，十字性截面也具有该特 性，但是不适于本项目

26、的超大型截面的要求。 确定了立柱的界面形式以后，根据初步计算，为了保证足够的惯性矩和抗 弯模量，并且将板厚控制在合理的范围（30mm 到 65mm 之间）内，最终计算确 定了 2500mm*2500mm 的截面。这样的截面确定后，考虑最长约 30 米的计算长度， 初步校核，构件强度和整体稳定性通过验算。但四块腹板的局部稳定性无法通 过验算，必须设置纵向加劲肋。 外高桥二期的同类构件选用了内贴 8 件 H 型钢作为加劲肋，H 型钢在翼缘 板两端与立柱之间采用角焊缝连接。这种形式的加劲肋仅用于提高立柱板的局 部稳定性。该加劲肋在高度方向不连续，不能传递垂直荷载。本工程中我们改 为腹板内壁焊接 8

27、个 T 型加劲肋，该加劲肋在高度方向连续。T 型钢的腹板下 端与立柱腹板之间采用开坡口 T 形焊。 由此加劲肋成为了立柱主体承载构件的一部分。在提高立柱板的局部稳定 性的同时，加劲肋也可以承受弯矩和垂直荷载。外高桥三期的立柱承载比二期 提高了约 20%，但第一层主立柱的截面规格、材质与外高桥二期相同。但是加 劲肋在高度方向的连续布置增加了加工难度和焊接工作量。 外高桥三期 外高桥二期 图 8. 主立柱加劲肋对比 图 9. 主立柱连接面和内部实物照片 3.3.3 主立柱的加工。 本项目中主立柱主要由冠达尔公司制作。由于冠达尔公司有较强的加工能 力以及外高桥二期的制作经验，总体的加工质量较好，没有

28、出现严重的质量问 题。目前发现的最主要的问题是每个分段的最终验收时，立柱长度普遍出现负 公差。因此在制造到第四层时出现了某根立柱的累积公差达到了约负 15mm。我 们认为主要原因是由于箱形截面的板厚较大，长度方向上的焊缝基本为坡口焊 或熔透焊，尤其是内壁加劲肋由原来的角焊缝改为了熔透焊，因此焊缝焊接后 的收缩量较大。除了上述主要原因外，每个分段之间的连接面铣平铣销量较大 也可能是原因之一。在以后的的制作中应在下料时充分考虑焊接收缩量的影响， 并且应在第三层制造时进行一次长度修正。 3.4 主梁和主斜撑 3.4.1 温度对于大型钢构件吊装的影响。 本工程的主钢架吊装开始于 2005 年 12 月

29、初。在 12 月 17 日第一层主梁和 斜撑吊装基本结束后，测量结果显示四根主梁的长度比图纸规定尺寸短了约 15mm 左右。这样就造成四根立柱向内侧倾斜。测量后业主及安装公司暂时停工 等待处理。我公司接到通知后首先核查工厂内的制作验收数据，数据表明出厂 时构件长度符合验收标准，偏差在3mm 以内。这时我们获知现场测量用的钢 卷尺出现了不统一。制造厂提供的钢卷尺复测该主梁尺寸时比安装公司的钢卷 尺测量结果长了约 5mm。由于两把尺均经过了质检部门的定期标定检测，按照 哪一把尺为准成了争论焦点。由于制造厂在加工时完全按照与提供现场的钢卷 尺同批次的尺进行加工。我们认为现场安装公司也应用制造厂提供的

30、尺进行测 量，这样可以尽量避免出现不统一的情况。在此基础上我们再次确认了现场测 量的时间。该次测量时现场天气有一次较大的降温，并且测量是在早晨的露天 条件下进行的，气温较低。比较出厂时，构件在气温较高的厂房内进行的验收。 因此两次测量的温差将近 20 摄氏度。鉴于该梁的单件长度约为 30 米，初步计 算温度降低引起的收缩量约为 8mm。至此，我们初步确定主梁的缩短原因主要 为钢卷尺不统一和温度等两方面原因。 图 10. 施工现场-2005 年 12 月 19 日主钢架第一层吊装情况 我们认为若严格按照标准操作，每次测量时均需要将钢卷尺的实测读数按 照标定的温度修正系数将读数修正到钢卷尺在常温（

31、20）下的测量值。该测 量值应为被测构件在现场气温下的标准长度。对于一般构件长度在 10m 以内时， 温差造成的长度变化基本可以忽略不计。因为这时的长度变化不会导致立柱等 垂直构件的垂直度超过验收标准。但是对于大型塔式锅炉钢结构的主钢架，构 件长度均在 26 到 38 米之间，这时不应该忽略温度的影响。对此我们要求在出 现极端低温或高温天气时，测量数据在经过钢卷尺的温度修正后，还相应将长 度再换算为 20时的构件长度。 但是在实际现场施工中，让安装公司将测量的每个数据都换算是不现实的。 就此我们对于工地现场的情况进行综合判断，认为即使是在主梁长度缩短的情 况下，主立柱的垂直度偏差仍在 1/10

32、00 以内，所以可以不作处理继续施工。同 时现场气温回升了约 10，我们建议业主在 12 月 20 日的午后再进行一次复测。 最终复测的结果显示测量数据比前次增加了约 10mm。当然该测量数据是来自于 哪一把钢卷尺、是否进行了钢卷尺温度修正等因素都不是十分清楚。因此我们 只能判断温度的提升较明显地增加了构件实际长度。 3.4.2 主斜撑连接问题的处理 根据德方的原设计，主斜撑与梁柱之间的连接板均采用一端与斜撑或梁柱 焊接，另一端螺栓连接。这样必须确保构件吊装时有 100%的螺栓孔穿孔率。若 出现较大的偏差，则整个螺栓孔群都无法穿孔，这是只有返厂重做了。超长的 箱形截面构件要求就位后误差在 1m

33、m 左右，目前的工艺水平的确无法保证。对 此，德方的解决方法是全部构件出厂前进行预拼装。如此巨大的构件的预拼装 意味着成本的大幅度增加、交货进度的推迟等等一系列的尖锐矛盾。在面对严 格的进度计划要求，业主方也认为工厂预拼装是不可行的。 外高桥二期施工技术总结论文集 第三卷 如何确保不进行预拼装情况下的斜撑节点板 100%穿孔率，我们会同各方多 次讨论。根据有关各方的协商初步建议将斜撑下端的两块节点板与梁柱之间连 接改为工地焊接。后来经过试验，该方法不可行。因为适逢冬季施工，再加上 焊完该焊缝之后整根长达 35 米的斜撑构件完全拉紧，这样导致焊接应力无法释 放，甚至出现了母材在焊缝附近被拉裂的情

34、况。 最终业主提出的一个现场配孔的方案保证了安装的顺利进行。根据该方案， 原计划现场焊接一端的节点板改为全螺栓连接。在出厂时连接板一侧的螺栓孔 先不钻。梁柱上预定位置的螺栓孔钻好。当斜撑吊装就位后，斜撑上端的螺栓 全部拧紧，斜撑下部用挡块将其定位。此时吊机可以松钩。然后斜撑下端的节 点板就位，现场在节点板上定位螺栓孔。节点板送回加工厂按照现场放样的位 置钻孔，之后第二次吊装就位用高强螺栓固定。由于各方的紧密配合，最多增 加二天时间就可以完成斜撑的安装，并且达到了节省预拼装、优良的穿孔率和 避免现场焊接的目的，也没有过多的增加吊机占用时间。 左端的连接板图中为焊接连接，后改为螺栓连接。 图 11

35、. 主斜撑示意图 3.5 炉顶钢架的安装程序 根据现场安装在起重能力方面的限制条件，炉顶钢架的单件起吊重量在 65 吨以内。塔式炉的基本安装程序如下： 大板梁下部构件的工字形截面构件，单件重量约 51 吨。现场吊装若需要将 两件拼装后同时起吊的话（起吊总重约 120 吨），除连接好其间的 5 块连接板 以及支座端板（150mm 厚度）以外，安装公司还应设置临时加固支撑。加固支 撑在吊装就位后拆除。之后需安装与 121.200 米标高处的主钢架大梁之间的加 固支撑，支撑截面不小于 H390*300。在炉顶钢架全部安装完成后拆除。 在大板梁支座端板与大板梁下部安装就位后，安装在轴线 E 和 G 上

36、的大板 梁支撑桁架（各一榀）与大板梁支座端板连接，使用高强度螺栓连接。此桁架 用于保证大板梁的整体稳定性。 炉顶大板梁的上部构件（每根大板梁三件）吊装就位并用高强度螺栓与支 座板和大板梁下部连接。在吊装上部的最后一根构件前，可能需要将大板梁支 座端板与大板梁下部构件的螺栓临时松开，使上部最后一根构件就位。安装上 下叠合面的时候先用销钉在相邻的若干区域穿孔定位。叠合面高强度螺栓的终 拧应按照从中间向两侧的顺序操作。其中大板梁上部构件与支座端板连接只需 要少量的临时螺栓，之后安装悬挑段时需要先拆除这些临时螺栓。 大板梁之间的九件次梁依次吊装就位。之后炉前和炉后的大板梁悬挑段吊 装就位。最后将烟道悬

37、吊梁吊装就位。 4 结束语 外高桥三期的锅炉钢结构的施工还在紧张地进行中，本文对于之前的设计 工作进行了一个初步的总结。通过近一年的工作，我们对塔式炉钢结构的认识 在逐步深入，理解了德国工程师在设计中的严谨和认真。他们在开始设计钢结 构时就将设备布置合理性、制造的可操作性性、施工的安全性都落实在设计中。 塔式炉钢结构的结构分离特性较为突出，这样保证了在设计初期集中精力于主 钢架，以保证整体工期的缩短。在明确了各部分钢结构的接口之后，可以实现 多人分布式设计。以上几点对于钢结构设计工作具有一定的借鉴意义。但我们 还需要在以后的同类工程中加强结构优化设计，使塔式炉钢结构更加适应中国 本地化的要求。

38、 参考文献： 1 GB 50017 2003 钢结构设计规范 2 JGJ 82 91 钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程 3 AISC Specification for Structural Steel Buildings, March 9, 2005 4 AISC Code of Standard Practice for Steel Buildings and Bridges, March 18, 2005 5 束连阶 陶大宁 大型钢结构厂房中的高强度螺栓施工 钢结构施工 2004 第 26 卷第一 期 6 刘伟钧 超临界机组锅炉安装技术总结 外高桥二期施工技术总结论文集 第三卷 2004 7 沙云峰 等 锅炉钢结构安装 外高桥二期施工技术总结论文集 第三卷 20047 8 陈绍蕃 钢结构 中国建筑工业出版社 1994 9 陈 骥 钢结构稳定理论与应用 科学技术文献出版社 1994 10 Alicino（德国），Design Guide for Waigaoqiao Plant Boiler Island Steel Structures 1999