化工行业钢结构厂房的制作

杨 杰，杨 锋，王 宇，徐海峰，杨 敖

1.上海建工（江苏）钢结构有限公司，江苏 南通 226100

2.南通理工学院，江苏 南通 226000

钢结构具有自重较轻、安装简单、成本低等优点。随着我国石油化工行业的迅速发展，对化工厂房生产工艺的要求越来越高，因此很多化工厂倾向于使用钢结构厂房。我国虽然早就开始使用钢结构厂房，但化工行业的钢结构厂房和其他产业所使用的钢结构厂房还是有一定的区别的，主要在于化工区域空气环境恶劣，污染较大，对钢结构有较大的腐蚀，因而对涂装的要求较高。另外，化工区域容易着火，而钢结构比一般的混凝土结构更怕火，在钢结构经过长时间的燃烧后，达到一定温度时，钢材承载能力会降低，导致厂房坍塌，因此需要采取一定的防火措施，如使用防火设计，喷涂防火涂料等。为了保证化工区域施工的有序进行，需要进行化工厂房的防水设计，主要有设置防雨棚、防水沟等方法。化工区域属于危险区域，容易发生爆炸，因而也需要进行防爆设计。

1 工程概况

某工程主要包括两个项目。项目一为新浦化学仓储（泰兴）有限公司40万m3轻烃仓储项目，总共有7个子项，包括管廊、原料罐区、压缩机棚、灌顶平台等，主要结构形式有型钢柱、型钢梁、十字柱、桁架等，钢结构合计吨位约5090t。项目二为新浦烯烃（泰兴）有限公司每年110万t轻烃综合利用项目，总共有32个子项，包括管廊、压缩机、框架等，主要结构形式有BH柱、型钢柱、格构柱、型钢梁、双腹梁、桁架、吊车梁等，钢结构合计吨位约5800t。该工程的两个项目子项众多，根据不同结构类型进行分类汇总，主要可分为管廊类、框架类以及厂房类。

2 管廊类钢结构整体制作

管廊即管道的走廊。化工及其相关类工厂中为了管道的运输方便，有时会将很多管道集中在一起，沿着某个化工处理装置或厂房外布置。管廊一般设置在离地面几米的高度并用支架支撑，因为外观像放置管道的走廊，故称管廊。此外，也有少数管廊位于地下。大型管廊装置管道主要由钢结构或钢筋混凝土结构的立柱、横梁以及桁架所构成，是连接各工艺装置的重要部分，其根据生产规模、生产特点、厂区面积等情况有不同的布置，管廊的高度及宽度则根据管道的布置而确定。

管廊中的主要结构包括钢柱、钢梁、桁架等。在案例项目中，制作难度最大的是大跨度桁架（见图1），其中对于跨度超过18m的桁架有起拱的要求。这两个项目中，最复杂的桁架总长将近42000mm，高度将近9000mm，为三层桁架。为了保证现场的安装质量，在制作时必须整体制作。

图1 大跨度桁架结构三维图

此桁架的制作思路是将结构中第1层及第3层作为小桁架，中间层腹杆全部作为散件。由于构件超长，第1层和第3层的小桁架再分为3段，3段之间上下弦杆相互错开1000mm，中间断开部分的连接腹杆同样作为散件（见图2）。

图2 桁架分段示意图

桁架具体制作流程如下：（1）桁架弦杆、腹杆零件放样。由于该项目中弦杆及腹板均为型钢，加工制作时按详图编制零件草图，弦杆在长度方向加30mm焊接收缩及起拱余量。（2）桁架制作组装。制作桁架时需按照跨度的1/400起拱，即中心起拱105mm，采用整体火焰矫正的方式起拱。（3）胎架准备整理。调整胎架，要求胎架的水平度控制在±1.0mm之内，且胎架有足够的强度和刚度，使用前应经质量管理部检验合格；在胎架上放样出桁架的拱度及上、下弦杆的位置线，要求上、下弦杆间加3mm余量。（4）单个小桁架制作。根据构件图纸，先制作小桁架，制作时，上、下弦杆间加3mm焊接收缩余量。以中间腹杆作为基准，向两边焊接其余腹杆，以保证弦杆余量两端头均分。（5）组装大桁架。将每层的3个小桁架组装在一起，在胎架上采用火焰矫正的方式，整体起拱。为保证现场桁架之间的螺栓连接，桁架与桁架之间必须采用对应的连接板配钻螺栓孔。（6）整体组装。根据整体布置图，将第1层及第3层桁架摆放在胎架上，中间档距加3mm余量，根据实际的档距切割中间腹杆的长度。

3 框架类和厂房类钢结构整体制作

在石油化工装置中，框架是一种比较常见的结构形式，包括反应器再生器框架及冷换框架等，主要用于承载反应器、换热器、容器及其管线等。框架中，主要结构有钢柱、钢梁、撑等。框架制作难度相对较大，牛腿众多，焊接量大。其中角柱由于有楼梯间，跨度小，不适宜两边均设置牛腿，需要两边配套制作。厂房作为化工行业最主要的结构，包括钢柱、钢梁、撑、屋面梁、吊车梁、檩条等。

4 格构柱具体制作流程

格构柱截面一般是由型钢或钢板设计而成的双轴对称或单轴对称的截面，格构柱用于框架柱和独立柱。格构体系构件由肢件和缀材组成，肢件主要承受轴向力，缀材主要抵抗侧向力（相对于肢体轴向而言）。格构柱缀材主要有缀条和缀板。

首先进行本体零件放样，因为该项目中格构柱本体为型钢，构件总长度超过25000mm，所以加工制作时按详图编制零件草图，本体在长度方向加50mm焊接收缩余量。然后进行格构柱制作组装，其组装包括如下步骤：（1）两根型钢本体下端翼缘开设坡口，安装并焊接柱底板及加劲板；（2）根据格构柱中间的开档，装配并焊接中间连接角钢；（3）装配并焊接柱子外侧牛腿、连接板、檩托及加劲板，并切割柱顶余量；（4）装配并焊接柱顶小柱子及女儿墙柱；（5）进行柱子总装、焊接。

5 涂装

两个项目油漆品牌、干膜厚度、面漆颜色均不一致，在过程中存在交叉涂装作业情况。另外，因为化工类结构有防火的要求，该项目中对于防火范围不需要做面漆，所以必须对构件编号加以区分，以便油漆班组施工，既保证工人能够清楚地辨别，又避免人为筛选出现遗漏，还能大大提高工作效率。

6 结束语

随着我国钢结构产业的发展，越来越多的行业了解钢结构的优势，钢结构的应用越来越广泛。在化工行业中，随着装置的投产使用，改造情况时有发生，钢结构比钢筋混凝土结构更加方便，安装简单且建设工期短，是绿色建筑最佳的结构形式。