1、355大大型型冷冷热热源源机机房房整整体体式式钢钢结结构构平平台台管管道道支支撑撑系系统统施施工工工工法法1 1前前言言近年来建筑行业取得了突飞猛进的发展，特别是大型公建项目（如机场、高铁站、商业综合体等），建筑体量越来越大。大型公建项目多采用集中式冷热源机房，有利于节约建筑资源，方便后期运行管理。这使得空调水管道规格、总载荷超出常规项目，因此设计可靠的管道支撑系统是保证系统运行的关键。常规项目冷热源机房管道支架通过简单的载荷计算之后选取型钢，根据现行图集现场组对焊接完成，施工难度相对简单。新郑机场项目冷热源机房管道为 DN2000 至 DN500，施工长度达3000m，管道规格和数量之大，其2、支撑体系无现行规范及图集可以参考。项目通过深化设计及严格的载荷计算，确定了钢结构平台管道支撑系统。此管道支撑系统经工厂模块化预制，现场全程无焊接组对拼装完成，节省了大量焊接设备、焊接材料及焊接劳动力，相比传统支架提高了稳定性及可靠性，加快了施工进度；有效保障了作业环境和作业效率，使整个机房布局简洁美观；同时钢结构平台支撑系统还可作为后期施工管道运输的平台，解决了超大规格管道整体安装的难题。2 2工工法法特特XX集团有限公司通过对郑州新郑国际机场二期建设项目航站楼动力中心及武汉天河机场三期扩建工程航站楼工程制冷站管道支撑系统的施工探索及实践，总结形成了大型冷热源机房整体式钢结构平台管道支撑系统施3、工经验，形成本工法。点点2.0.1 钢平台定位精确：钢结构平台支撑系统运用 BIM 技术进行深化设计，实现管道的精确定位，有利于载荷的精确计算及钢框架结构选型。2.0.2 承载力大，结构稳定：经过严格荷载计算，采用钢结构形式，工厂化预制完成，高强度螺栓连接，相比传统管道支架稳定性及可靠性更强，有效的保障了空调水管系统冬季采暖，夏季制冷的正常运行。2.0.3 安装简便：采用工厂模块化预制，采用螺栓连接，现场全程无焊接组对拼装，拼装速度快，施工效率高。2.0.4 简洁美观，维修方便：采用大跨度钢框架结构，使整个冷热源机房整体布置简洁美观，为后期运行维护及设备检修提供便利通道。2.0.5 一专多能：4、钢平台管道支架安装完成后，可以作为后续管道运输的平台，解决了超大规格管道整体运输及安装就位的难题。3 3适适用用范范围围本工法可广泛应用于大型公建项目（如机场、高铁站、商业综合体等）的冷热源机房管道安装工程。4 4工工艺艺原原理理356本工法运用 BIM 技术进行管道综合排布定位，分析主要管道排布情况，选择钢结构平台支撑系统设置部位，生成钢结构平台支撑系统模型图。对钢平台模型进行受力计算，确定型钢类型及规格，绘制钢平台各加工模块详图。经原设计单位审核后交生产厂家加工生产，各单元模块运至现场后，按照图纸进行现场组对拼装。5 5施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程图 55、.1 施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1BIM 机电综合排布根据图纸设计，运用 BIM 技术进行机电综合排布，精确定位机电各管线位置，生成平面图。图 5.2.1 管线综合平面图3575.2.2钢平台初步模型设计分析综合排布图，根据管道标高、管道规格尺寸、自重、管道充水后重量、温差产生的轴向变形等载荷选择钢结构平台管道支撑系统重点设置部位。一般设置一个或多个独立的钢平台。图 5.2.2-1 钢平台设置部位平面图图 5.2.2-2 钢平台与管道 3D 模型图图 5.2.2-3 钢平台 3D 模型图5.2.3钢平台模型载荷计算1 管道自重：螺旋焊缝钢管理论重量计算方法：m1=0.02466S（6、D-S）/m式中：S：管材壁厚D：管材外径2 充水重量螺旋焊缝钢管中水的理论重量计算方法：m2=r10/m钢结构平台管道支撑系统 2钢结构平台管道支撑系统 13583 总载荷计算螺旋焊缝钢管理论荷载之和为：Q=（m1+m2）9.8 KN/m例如：冷却水供回水螺旋缝焊管 152413 的质量为m1=0.0246613（1524-13）=484.4/m。冷却水供回水螺旋缝焊管 152413 中水的质量m2=3.141.511410=1792.3/m。则冷却水供回水螺旋缝焊管 152413 重量为Q=（484.4+1792.3）9.8=22.31KN/m。4 轴向弹性力计算固定支吊架的轴向弹性力：F7、x=Kx(f*X)式中：Kx：轴向刚度，N/mmX：轴向变形量f：计算系数，当预变形，f=1/2，当不进行预变形时，f=15.2.4 钢平台受力分析运用 PKPM2010 软件对钢平台进行受力分析，确定钢平台构件类型、规格尺寸和各连接节点。1PKPM 建模依据 Revit 模型中钢平台的模型，在 PKPM 中进行钢平台布置，估算梁柱类型及截面尺寸。图 5.2.4-1 估算梁柱类型及截面尺寸2 将管道荷载输入到模型中图 5.2.4-2 管道荷载输入模型3593 PKPM 结构计算与结构分析依据钢平台工程情况填写计算所需要的总信息、材料信息、荷载信息和设计信息等，生成SATWE 数据文件，进行计算8、分析。计算的主要结果包含：图 5.2.4-5 梁截面设计弯矩包络图图 5.2.4-6 梁截面设计剪力包络图图 5.2.4-7 弹性挠度简图360图 5.2.4-8 钢构件应力比简图5.2.5 钢平台模块化详图设计采用中国建筑按科学研究院编制的钢结构 CAD 设计软件-STS（2011 年 4 月版）进行钢平台施工图纸设计。设计内容包含图纸目录，设计总说明，柱脚锚栓布置图及平面布置图，钢平台平面布置图及柱脚节点大样图，梁柱节点大样图，标准焊接大样图等。1 柱脚锚栓布置图绘制：图 5.2.5-1 柱脚锚栓平面布置图2 柱脚节点平面布置图绘制图 5.2.5-2 柱脚锚栓平面布置图3613 节点平面布9、置图绘制：图 5.2.5-3 节点平面布置图4 柱脚节点大样图绘制：图 5.2.5-4 柱脚节点大样5 梁柱节点大样图绘制：图 5.2.5-5 梁柱节点大样5.2.6 原设计单位审核钢结构平台管道支撑系统设计图纸应经原设计单位审核批准。5.2.7 钢平台工厂模块化预制362钢平台生产厂家按照绘制的钢结构平台支撑系统图纸进行模块化加工生产。钢构件制作完出厂时，随机提交产品合格证明，包含：变更施工图的文件；钢材、连接材料及涂装材料质量证明书和试验报告；梁柱制作质量检查验收记录；预拼装记录；构件及零配件发运清单等。图 5.2.6 钢平台工厂模块化预制5.2.8 钢结构平台管道支撑系统安装1 进场验收10、钢构件运至现场后，需要按照设计图纸、随机文件、发货清单等检查钢构件的数量和质量是否符合要求。2 地脚螺栓安装安装流程：预埋件进场验收按图纸尺寸进行测量放线固定角钢绑扎复测标高、轴线就位预埋件复检、验收混凝土浇筑测量校正完毕后复检记录测量数据。图 5.2.8-1 主要轴线控制图3 预埋件测量定位测量员根据图纸定位用全站仪、经纬仪，从测量基线网上引出柱基中心控制线和标高控制线，此控制线经检查复测，确认无误后方可使用。利用土建施工在混凝土柱模板上弹设的定位墨线标识，作为对锚栓埋设的测量控制基准。在定位套板上精确弹放出轴线控制标识，并选定位套板轴线上的四个角点作为标高控制点，分步对预埋锚栓进行测量。411、 预埋件安装1）根据弹好的锚栓位置、标高控制线，对预埋锚栓分区进行依次施工；2）采用钢模具（按预埋尺寸已钻孔）套好地脚螺栓，根据各柱头已打好的轴线点和标高点进行粗定位；3）将角钢锚栓固定架与周围柱头钢筋等不产生移动的进行焊接固定；4）取下钢模具,确定地脚螺栓不发生移动；5）混凝土浇注时，不允许用脚踏或铁锹、斗车等物体碰到地脚螺栓，以免影响地脚螺栓预埋精度和损伤螺牙；3636）混凝土浇注完成后，柱面应大致找平，不允许石子、柱筋等外露，以防钢构安装时垫片安放不稳；7）螺栓预埋好后，再复测其轴线是否有偏差并调整好，经监理工程师认可后浇注砼。在砼浇注时，应随时观察螺栓动态，以防地脚螺栓被震动，如有异常12、应及时调整；图 5.2.8-2 锚栓固定示意图5 钢柱的吊装就位1）吊装前的准备工作就绪后，首先进行试吊，吊起底端高度至地面 200300mm 时应停吊，检查索具牢固和吊车的稳定性。确认无误后，将柱子旋转至基础顶上方，指挥吊车缓慢下降，当柱底距离基础位置 40100mm 时，调整柱底与基础两基准线达到准确位置，指挥吊车下降就位，然后初拧全部基础螺栓螺母，临时将柱子加固，保证安全方可摘除吊钩。2）钢柱起吊时不得在地面上拖拉。为避免吊起的柱子自由摆动，应在柱底上部用揽风绳绑好。钢柱柱脚套入地脚螺栓，为防止其损伤螺纹，应用铁皮卷成筒套到螺栓上，钢柱就位后，取去套筒，拧上螺栓。图 5.2.8-3 钢柱13、的吊装就位6 钢梁的吊装就位钢梁起吊时，必须保证受力均匀，起吊平稳，禁止钢梁起吊歪斜，端部设置缆风绳。钢梁安装就位后，不得立即松钩，待钢梁校正，两端与钢柱用螺栓连接好后，才能松钩，校正钢梁，控制好垂直度、轴线尺寸、节间距。364图 5.2.8-4 钢梁的吊装就位5.2.9 超大规格管道钢平台上整体运输螺旋焊缝钢管标准生产长度为 12m，钢平台轴线距离最大跨度为 9m，为了加快施工进度，节省人工和机械费用，管道可以借助钢平台，利用卷扬机、滚杠等辅助工具，在钢平台上进行整体转运，然后在进行安装就位。图 5.2.9-1 超大规格管道钢平台上整体转运5.3.1 劳动力组织表 5.3.1-1 劳动力组织14、序序 号号工工种种人数人数主要工作内容主要工作内容1钢结构工程师1负责安装过程中的技术工作，施工质量的控制，技术交底，施工验收报点，沟通协调等事宜。2测量工程师1负责现场安装过程中预埋件定位的测量、放线，负责钢架就位标高、位置的复测等事宜及相关技术资料的收集。3质检工程师1负责钢平台安装过程中质量检查，质量事故处理，质量报告事宜。4安全工程师1负责现场安装的安全监督、检查工作5施工员1负责安装过程中机械设备及劳动力调配、施工安全监督检查等工作。6机电员1负责现场机械设备维护及用电螺旋焊缝钢管长 12 米利用DN125 无缝钢管作为滚杠前端使用卷扬机牵引管道进行转运3657电焊工10负责安装过程15、中的焊接具体操作8铆工20负责钢平台安装工艺的具体操作9普工4负责现场日常清理10起重工20负责钢梁、钢柱、超大规格管道吊装就位工作11叉车司机2负责钢梁、钢柱等转运13合计62 人6 6材料与设备材料与设备6.0.1 材料性能要求表 6.0.1-1 主要材料使用表序号序号材料名称材料名称规格规格主要技术指标主要技术指标备注备注1钢柱B400X300X14X14Q345B箱型柱2主梁H440X300X11X18H390X300X10X16H350X175X7X11Q345BH 型钢梁3次梁H390X300X10X16Q345BH 型钢梁4钢支撑H300X150X6X9Q345BH 型钢梁5柱脚16、螺栓M24 锚栓Q235B/6高强螺栓M20 性能等级为 10.9 级Q235B抗滑移系数分别为0.507防火涂料耐火等级防火涂层8钢丝绳Q235B/6.0.2 机具设备表 6.0.2-1 机具设备一览表序号序号名名称称规格型号规格型号单位单位数量数量备注备注进场时间进场时间1吊车GNQY-698(10T)台2钢架吊装根据计划2吊装带10t12m根4钢架吊装根据计划3空气压缩机W-0.8/12.5台1根据计划4防火涂料搅拌机F15台1涂料搅拌根据计划5手拉葫芦HSZ3t-5m个4钢架拼装、移动牵引根据计划6弓形卸扣3t个8钢架吊装根据计划7经纬仪DJ2台2测量定位根据计划8CO2 焊机Otc-17、600台4焊接作业根据计划9千斤顶5t台4钢架拼装调整、调整小车方向时将钢架顶起。根据计划10钢卷尺50m把4长度测量根据计划11手动扳手各型号把15螺栓紧固根据计划12磨光机tws6700台2钢结构件打磨根据计划13揽风绳2010m根2钢结构件就位根据计划14对讲机/台若干联络根据计划15手提电钻/台1钻孔根据计划3667 7质量控制质量控制7.0.1 钢结构制作与安装必须符合钢结构工程施工规范GB50755-2012。7.0.2 所用钢结构及连接材料必须具有材料力学(机械)性能化学成分合格证明。7.0.3 现场安装焊接焊缝两侧 3050mm 范围暂不涂刷油漆，施焊完毕后应进行质量检查，经合18、格认可并填写质检证明后，方可进行涂装。7.0.4 钢结构的安装必须按施工组织设计进行，先安装柱和梁，并使之保持稳定，在逐次组装其它构件，再最终固定并必须保证结构的稳定，不得强行安装导致结构或构件永久塑性变形。7.0.5 钢结构单元及逐次安装过程中，应及时调整消除累计偏差，使总安装偏差最小以符合设计要求。任何安装孔均不得随意割扩，不得更改螺栓直径。7.0.6 钢柱安装前，应对全部柱基位置、标高、轴线、地脚锚栓位置、伸出长度进行检查并验收合格7.0.7 柱子在安装完毕后必须将锚栓垫板与柱底板焊牢，锚栓垫板及螺母必须进行点焊，点焊不得损伤锚栓母材。8 8安全措施安全措施8.0.1 工程开工前，对所有19、参加本工程施工人员进行安全生产教育，组织学习钢结构工程施工安全技术规程等有关规范和法规，并结合本工程，制定详细的安全生产措施。8.0.2 对特殊工种，如起重、电焊、机动车司机、电工等，需培训考试合格后，持证上岗。8.0.3 吊装前须检查吊装索及吊钩，不得提升超过吊臂所能吊起的规定重量；检查吊车外伸支架立面是否具备足够强，构件及绳索之间应设橡皮垫等保护层。8.0.4 起吊中所有吊装工作必须使用缆线；吊装时，严禁人员立于起吊物下方；钢构件吊装须使用特定吊带,以免造成刮伤。8.0.5 结构的吊装，构件应尽可能在地面组装，并搭设进行临时固定、高强度螺栓连接等工序的高空安全设施。8.0.6 现场施工用电20、执行一机、一闸、一漏电保护的“三级”保护措施；其电箱设门、设锁、编号、注明责任人；机械设备必须执行工作接地和重复接地的保护措施；电箱内所配置的电闸、漏电、熔丝荷载必须与设备额定电流相等。不使用偏大或偏小额定电流的电熔丝，严禁使用金属丝代替电熔丝。8.0.7 易燃易爆物品存放管理：施工材料的存放、保管，要符合防火安全要求，库房采用阻燃材料搭设，易燃易爆物品设专库存放保管，库房保持通风，用电符合防火规定，指定防火负责人，配备消防器材，严格防火措施，确保施工安全。9 9环保措施环保措施9.0.1 教育施工人员养成良好的卫生习惯，不随地乱丢垃圾、杂物，保持工作和生活环境的整洁，施工中产生的建筑垃圾和生21、活垃圾，应当分类、定点堆放、定时清理。9.0.2 对钢平台安装施工噪声的控制，选用噪声和振动符合城市环境噪声标准的施工机械，同时采用低噪音施工工艺和方法。9.0.3 钢梁、钢柱转运过程中，下垫枕木，并避免夜间施工。9.0.4 合理安排作业时间，将噪音较大的工序放在白天进行，在夜间避免进行噪音较大的工作1010效益分析效益分析10.0.1 社会效益367大型冷热源机房整体式钢结构平台管道支撑系统施工工法的研究和应用，使得郑州新郑国际机场二期建设项目航站楼动力中心管道安装工程保质、保量，提前完成节点目标。为类似工程施工提供了很好的指导作用及借鉴意义。10.0.2 经济效益郑州新郑国际机场二期建设项22、目航站楼动力中心东西长 148.9 米，南北宽 57.8 米，标高 10米，9 台离心式冷水机组，水泵 43 台，换热器 7 台，DN400 至 DN1500 空调水管 3000 余米，DN1300冷冻水主管道 300m，DN1500 空调水主管道 1000m，系统充水后质量达 3000 吨。通过本工法的综合应用顺利完成超大规格管道支架的设置及超大规格管道的安装就位。极大的提高了施工效率，有效节省工期和成本。在郑州新郑机场二期扩建工程 T2 航站楼工程动力中心管道安装施工过程中，节约焊接人工费用合计15.7 万元，占比5.7%；节约焊接材料及设备费用20.4 万元，占比 10.3%。钢平台管道23、支架的模块化组装及超大规格管道的整体运输安装就位，使得动力中心管道安装工程工期缩短 11d，取得了良好的经济效益。1111应用实例应用实例11.0.1 应用实例工程名称：郑州新郑国际机场二期建设项目航站楼动力中心。工程地点：河南省郑州市开竣工时间：2015 年 1 月 10 日2015 年 4 月 10 日动力中心钢结构平台支撑系统：动力中心钢结构平台管道支撑系统安装 150 吨。11.0.2 应用效果：郑州新郑国际机场二期建设项目航站楼动力中心东西长 148.9 米，南北宽 57.8 米，标高 10米，9 台离心式冷水机组，水泵 43 台，换热器 7 台，DN400 至 DN1500 空调水24、管 3000 余米，DN1300冷冻水主管道 300m，DN1500 空调水主管道 1000m，系统充水后质量达 3000 吨。通过本工法的综合应用顺利完成超大规格管道支撑系统的设置及超大规格管道的安装就位。极大的提高了施工效率，有效节省工期和成本。在郑州新郑机场二期扩建工程 T2 航站楼工程动力中心管道安装施工过程中，节约焊接人工费用合计 15.7 万元，占比 5.7%；节约焊接材料及设备费用 20.4 万元，占比 10.3%。钢平台管道支撑系统的模块化组装及超大规格管道的整体运输安装就位，使得动力中心管道安装工程工期缩短 11d，取得了良好的经济效益。1212应用实例应用实例12.0.1 25、应用实例工程名称：武汉天河机场三期扩建工程航站楼工程制冷站。工程地点：湖北省武汉市开竣工时间：2016 年 7 月 10 日2016 年 10 月 10 日制冷站钢结构平台支撑系统：动力中心钢结构平台管道支撑系统安装 130 吨。12.0.2 应用效果：武汉天河机场三期建设项目旅客航站区工程制冷站 9 台离心式冷水机组，水泵 31 台，换热器 11 台，DN400 至 DN1300 空调水管 4000 余米，DN1300 冷却水主管道 360m，DN900 空调水主管道 1000m，系统充水后质量达 2500 吨。通过本工法的综合应用顺利完成超大规格管道支架的设置及超大规格管道的安装就位。极大的提高了施工效率，有效节省工期和成本。在河机场三期建设项目旅客航站区工程制冷站工程管道安装施工过程中，节约焊接人工费用合计 13.3 万元，占比 4.6%；节约焊接材料及设备费用 18.9 万元，占比 9.7%。钢平台管道支撑系统的模块化组装及超大规格管道的整体运输安装就位，使得动力中心管道安装工程工期缩短 15d，取得了良好的经济效益