莱钢特殊钢炼钢工程钢结构制作安装施工技术
1、工程概况
炼钢工程钢结构制作安装包括：炼钢主厂房钢结构和废钢配料厂房钢结构及工艺平台结构。钢结构特点：炼钢主厂房钢柱下柱采用双肢焊制H型钢组合，上柱采用焊接HT型钢组合，腹杆主要为T型钢，吊车梁、屋面梁、托架梁、墙皮柱主截面均采用焊制H型钢。主厂房结构构件截面大、长度较长，如柱子长×宽为：44.5×3.6m，最大单重69.7t，最大长度44.5m，翼缘板最大厚度为40mm；吊车梁长×宽为：24m×4.50m，最大件单重约52.5t，吊车梁翼缘板最大厚度为50mm；屋面梁长×宽为：30 m×2.2m，构件基本采用钢板拼装焊接，焊接变形控制难度大，构件截面大，制作精度要求高；柱脚为杯口式的承插基础，钢柱及屋面系统结构高度较高，安装难度大。钢构件制作安装总量约为15300t。 2、施工准备及施工场地布置 2.1施工准备 1）钢结构制作
（1）充分熟悉图纸，核对图纸上标注的数量和组装尺寸，检查构件之间有无矛盾之处，审查技术上是否合理，并对作业人员进行技术交底。
（2）项目经理部的统一安排，准备好制作场地和施工用电源以及各种机具。 （3）根据图纸作好材料的施工预算，对进场材料进行检验，材料应有合格证及质量证明书，有些材料应按预定尺寸供料，以减少损耗和拼装。
（4）工具准备：根据工艺和图纸要求准备好必要的工艺装备。如钢平台、胎具、夹具等。 2）钢结构安装
（1）审查施工用的图纸、资料，并做好图纸自审、会审记录。 （2）施工场地按运输与吊装要求回填，疏通施工道路。 （3）按计划运送施工所需用的构件到现场。
（4）落实各项安全措施。施工前对施工人员进行安全和质量技术交底。
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2.2场地布置 1）钢结构制作
由于工期很紧，考虑到实际情况需要，所有钢结构都在场外制作，运至安装现场后视实际情况进行拼装后，再进行吊装。钢结构制作场地布置10个大的制作场地，分别制作钢柱、吊车梁、屋面梁、墙皮系统等构件，工艺平台钢结构制作在厂房三大构件制作基本完成后进行。 2）钢结构安装
由于施工现场场地、道路条件的限制，现场无法大量堆放构件。构件进场根据现场安装进度及实际需求编号、分批进场。 2.3施工机械设备配备
主厂房结构安装选用1台200t履带吊为主吊机，2台150t履带吊为主吊机，两台50t汽车吊作为辅吊机，主要安装钢柱、吊车梁、屋面梁及屋面系统；另外配备3台50t汽车吊配合现场倒料、卸车以及小型构件的安装等工作。
设备机具配备表 名称 200t履带吊 150t履带吊 50t汽车吊 32吨门型吊 翼缘校直机 立式钻床 埋弧自动焊机 半自动切割机
3、主要钢结构制作施工方法 3.1钢柱制作
（1）钢柱上柱和下柱制作组装
数量 1台 2台 3台 12台 6台 5台 16台 12台 名称 空压机 剪板机 烘干箱 CO2气体保护焊机 交直流焊机 水准仪 经纬仪 数量 2台 4台 6台 3台 40台 2台 4台 2
钢柱制作分上柱和下柱进行，制作完成后进行拼装。考虑运输的难度较大，柱子拟分为两段制作出场，一般在柱牛腿上部标高+0.40米处分段。柱子分段连接形式按设计详图进行，HT型组合柱采用腹板与翼缘板水平错口对接或斜接。部分较长柱子因运输问题，需在柱牛腿下部2～3m处的位置分段，在工厂制作时留设拼装接口，腹板与翼缘板的对接焊缝部位相互错开200㎜以上，在柱子组装时预留拼接口，在腹板连接部位设置连接定位板，点焊住，配钻Φ20定位销孔，其下段柱平口，上段柱头腹板处为单面坡口，翼板处为双面坡口。
上柱、下柱和牛腿板插拼连接分双牛腿柱和单牛腿柱，连接前应按下图将上柱插入牛腿中的腹板切除，翼缘板开槽；双牛腿柱两下柱插入牛腿中的腹板开槽；单牛腿柱插入牛腿中的一侧下柱腹板开槽另一侧下柱插入牛腿中的腹板切除。
双牛腿柱插拼连接顺序：上、下柱准备，牛腿翼板、腹板准备→在下柱顶部，两下柱间和两侧装牛腿下翼板→在两下柱开槽处插入牛腿腹板→将上柱插在牛腿腹板上→插入上柱位置的牛腿上翼板，安装其它位置的牛腿上翼板(见下图一)→校正→焊接。
单牛腿柱插拼连接顺序：上、下柱准备，牛腿翼板、腹板准备→在下柱顶部，两下柱间和两侧装牛腿下翼板→安装上柱，将上柱宽翼缘板插入一侧下柱两翼缘间(下柱此处腹板已切除)→将牛腿腹板插入另一侧下柱腹板→安装上柱位置的牛腿上翼板，安装其它位置的牛腿上翼板(见下图二)→校正→焊接。
插拼连接要求：使牛腿腹板和下柱的两个H型钢上端面在同一个平面上；插入上柱到位后应使其中心、平面度和下柱一致，插到位后，先不焊接，从牛腿面测量上柱的钻孔及连接件距离是否正确，再和下柱进行焊接，要求两人同时对称施焊，并复核上下柱中心是否偏移，这时才可以安装牛腿上翼板，牛腿上翼板装上去后，复核其上的螺栓孔中心线与上下柱两个方向的中心是否一致，然后，先焊和上柱的焊缝，再焊其它焊缝，保证牛腿面刨平顶紧处的接触面积以及牛腿面在一个平面上，保证上下柱的中心、平面一致，并使焊缝内应力尽量减小。
钢柱制作时，以牛腿面作为上柱、下柱的钻孔、连接件及长度的测量定位基准面。牛腿面本身的钻孔定位，其中心应与上下柱一致。上、下柱两个方向的中心线必须一致，其偏差应符合规范要求。翼板、腹板的对接焊缝须错开20Omm以上。在
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牛腿下面，有几处不等厚度对接焊缝，要求两板中心必须在一个平面上。组装时，下柱的大面方向应留出焊缝收缩余量,且应采取对称焊接工艺。牛腿处是整个柱子制作的难点,钢柱拼装以牛腿面为基础，分别拉尺控制下段柱与上段柱尺寸，双牛腿以下牛腿面为基准，分别拉尺至柱底板和二牛腿面，牛腿面至柱底距离允差-5～0mm。两牛腿面之间距离允差＋2mm。
钢柱总装和组装采用手工电弧焊，焊接时要采取防止变形的措施，施焊后造成的变形，应采用火焰和锤击等方法进行矫正。
255°25C101010C刨平顶紧腹板开槽翼缘开槽上柱腹板切除部分上柱两翼缘开槽δ=20D10D4下柱腹板开槽7810610110δ=14C-C721031083δ=2010D-D
双牛腿柱，上、下柱及双牛腿组对插拼方案
图一
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4255°2A10A刨平顶紧腹板开槽δ=20上柱翼缘开槽下柱腹板开槽下柱腹板切除部分10B10B上柱两翼缘开槽51668101010δ=10δ=148A-A7210383δ=1610B-B单牛腿柱，上、下柱及牛腿组对插拼方案
图二 （2）H型钢组装焊接工艺
上柱、下柱制作组装均采用的是焊接H型钢，接料采用整块料拼接，对接板料的坡口加工，采用半自动切割机进行加工，表面用磨光机打磨，板料对接用埋弧自动焊机焊接，反面用碳弧气刨清根，坡口必须符合《建筑钢结构焊接规程》JGJ81—2002的规定，坡口焊接焊丝使用H08MnA，焊剂HJ431，焊接完毕后焊缝区域校平，消除焊接应力。
制作H翼缘板、腹板均采用半自动切割机进行下料，切割余量1.5㎜—3㎜, 翼缘板,腹板对接间隙≥2.0㎜, 翼缘板接头长度≥2倍的板宽,腹板接头长度一般≥600. H型钢的组装,现场制作H型钢焊接及组对胎具、自动焊机工作台，进行型钢组对及焊接。
H型钢焊接采用埋弧自动焊焊接，焊丝使用H08A，焊剂使用HJ431，焊缝高度hf=8㎜,焊缝收缩量0.5%—1‰,故此H型钢制作一般预留30㎜切割余量. H型钢焊接,两端设引弧板、引出板使用引弧板和引出板，引弧和引出板的焊缝长度为：埋弧焊大于50㎜；手弧焊及气体保护焊大于20㎜，引弧板、引出板不允许用锤击的方
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法去掉，用气割方法。
H型钢矫正，采用H型钢翼缘矫直机进行，局部用火焰矫正，H型钢制作须符合《钢结构施工质量验收规范》GB50205—2001的规定。 3.2吊车梁制作
钢吊车梁为焊接H型钢吊车梁材质选用Q345C，吊车梁长度为12m、24m，材料进场后，做好排料图，材料下料切割采用半自动切割，预留切割余量1.5㎜—3㎜, 焊丝H08MnA，纵向焊缝收缩量0.5%—1‰,板料对接坡口必须符合《建筑钢结构焊接规程》JGJ81—2002的规定，上翼缘与腹板的T型焊缝为完全熔透焊，下翼缘对接的拼接焊缝为一级焊缝，其余对接拼接焊为二级焊缝，腹板与翼缘板的板料对接焊缝部位不宜设在吊车梁中1/3的位置，且焊缝部位相互错开200㎜以上。腹板与翼缘板的板料对接焊接完成后，再进行腹板与翼缘板的组装，腹板与翼缘板板料对接焊缝、腹板与翼缘板的T型焊缝的焊接采用埋弧自动焊焊接，反面用碳弧气刨及角向磨光机进行清根，吊车梁焊接时设置引弧板、引出板，引弧板、引出板不允许用锤击的方法去掉，用气割方法。
吊车梁制作参照钢柱H型钢组装焊接工艺制作方法。吊车梁型钢的组对在制作现场二个H型钢组对胎架，吊车梁制作按设计规范要求不允许有下绕现象。 3.3屋面梁制作
主厂房为排架结构，屋盖系统由屋面梁、檩条及支撑体系组成，檩条下设隅撑，屋面梁为钢屋面梁，屋面檩条为焊接H型钢。钢屋面梁制作参照钢吊车梁H型钢组装焊接工艺制作方法。
（1）屋面梁、托架要注意按图纸要求进行起拱。
（2）托架制作需重点控制相邻屋架支点间的几何尺寸及屋面梁支座板的坡度。 （3）屋面梁按柱头梁、中间段制作拼装，然后分解成三段出厂。 4、构件运输
1、钢柱重量较大，且长度较长,柱子分上柱和下柱两节，每节长度为20m～25m，故选用18m长平板拖车进行构件运输,制作两个马凳,用导链进行进行封车。
2、构件运至安装现场后,用50t汽车吊配合卸车,构件摆放根据现场施工情况进场前确定。
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5、钢结构安装 5.1施工准备工作 （1）钢构件运输
1）柱、吊车梁钢构件重量大、超长，厂房柱最大单重69.7t，最大长度44.5m；吊车梁最大件单重52.5t，最大长度24m，高度4.50m，故选用超长平板拖车进行构件运输,制作两个马凳,用导链进行进行封车。
2）构件运至安装现场后,用100t汽车吊配合卸车。 （2）基础验收
因为是插入式杯口，且杯口较深，对基础的验收应认真进行，验收的主要内容有：纵、横向中心线，跨度、杯口、杯底尺寸及深度。验收完毕，结合每根柱子的制造长度，将实际需要的杯底二次找平层的标高反馈给土建单位浇筑杯底的二次找平层。在基础验收的同时，安装人员应配合测量工将基础的纵横中心线用红漆标放在杯口上，以便安装对中。
（3）钢构件安装施工安排
钢构件安装顺序：根据施工现场的实际情况及总体网络计划安排，主厂房钢构件安装分三个阶段并按照下列顺序进行：
第一阶段：
1）E列、F列 2-11线至2-22线 柱子系统 吊车梁系统。 2）G列、H列、J列2-1线至2-12线 柱子系统 吊车梁系统。 第二阶段：
1）G列、H列、J列2-12线至2-20线 柱子系统 吊车梁系统。 2）E列、F列 2-1线至2-11线 柱子系统 吊车梁系统。
3）E列、F列 2-11线至2-22线，G列、H列、J列2-1线至2-12线屋面系统。 4）工艺钢平台结构 第三阶段：
1）G列、H列、J列2-12线至2-20线，E列、F列 2-1线至2-11线屋面系统。 2）柱列线隔墙结构、山墙柱、墙皮系统。 5.2柱子安装
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（1）安装准备
1将每根柱子牛腿面至柱底板的实际制造长度准确地测量出来，根据构件尺○
寸，结合杯底验收的实际标高计算出各基础杯底二次找平层的实际标高，二次找平层的标高，应注意留出调整垫板的厚度，二次找平层必须保持高精度的水平和标高，它可以有效地控制柱子牛腿面的安装标高误差
2用红油漆将每根成品柱纵横两个方向（即大面和小面）的中心线标放在上柱○和下柱上。
3从牛腿面测量出各柱＋▽1．000标高点，用红油漆标注在下柱上。 ○
4上段柱在安装前，将连接板安装上，用定位销定位，待上下柱安装找正后进○
行等强度焊接，并按二级焊缝要求进行检验，检验合格后将定位板进行满焊确保其等强度。
（2）柱子吊装
根据构件重量及吊装半径，厂房柱的吊装机械选用200吨履带吊， 主厂房柱子分2段安装，一是在柱牛腿上+0.400处分段，二是在柱牛腿下部2～3m处分段，采取空中对接形式，上段柱在安装前，将连接板或定位板安装上，用定位销或定位板定位，待上下柱安装找正后进行等强度焊接，并按二级焊缝要求进行检验。
吊装起重情况表列如下： 序号 1 2 3 4 5 6
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吊装情况 下柱1（长33.5米，重56吨） 上柱（长14.0米，重14吨） 下柱2（长31.4米，重54.5吨） 吊车梁（最重52.5吨，长24米） 托架梁 屋面系统 吊车性能 200吨履带吊 200吨履带吊 200吨履带吊 200吨履带吊 200吨履带吊 150吨履带吊 臂长 51.8米 64米 51.8米 51.8米 51.8米 52.0米 回转半径 12米 14米 12米 12米 12米 14米 起吊能力 60.9吨 43.4吨 60.9吨 60.9吨 60.9吨 28.5吨
（3）柱子吊装吊点：吊点采用焊接吊耳、吊索绑扎、专用吊具等。钢柱一般采用一点正吊。吊点设置在柱牛腿两侧或柱顶处，吊钩通过钢柱重心线，钢柱易于起吊、对线、校正。用30㎜钢板制作吊鼻，并制作一件钢挂板，钢爬梯、吊鼻、挂板制作。钢丝绳选用：钢丝绳扣选用4股钢丝绳φ43mm。
将临时脚手架，直爬梯等固定在柱身上，这些临时设施固定完成，测量放线完毕，二次找平层达到后，就可以进行柱子的吊装工作。具体步骤如下：柱子垂直吊入杯口→初步对中→下楔子初步固定，→用千斤顶或楔子通过顶耳（必要时用吊车配合）对柱子中心及标高进行调整。
（4）柱子安装焊接顺序
柱子安装拼接节点的焊接顺序主要考虑避免截面两对称侧焊缝收缩不均衡而使柱发生偏斜，以控制好结构的外形尺寸，但同时要尽量减少焊接时的拘束度，以防止产生焊接裂纹。
H型柱的两翼缘板首先由两名焊工同时对称施焊，在翼缘板焊至1/3板厚以后，两名焊工同时移至腹板的坡口两侧，对称施焊至1/3板厚，再移至两翼缘板对称施焊，接着对称焊接腹板，如此顺序轮流施焊直至完成整个接头。
（5）柱子测量找正
上一节钢柱调整过程中、应在两个方向用两台经纬仪一台水准仪同时观察，调整完毕，四周用楔子最终固定、并焊上临时支腿→复测中心及表高，合格后交土建进行灌浆。
注意：上一节钢柱的定位轴线不允许使用下一节钢柱的定位轴线，应从控制网轴线引致高空，保证每节钢柱的安装标准，避免过大的积累误差。
在柱子调整过程中、指挥调整力度和方向必须专人负责，禁止乱指挥，以防止调歪、倾斜。 5.3吊车梁安装
（1）吊车梁的吊装条件及放线
柱子按设计安装完，杯口灌浆达到一定强度，牛腿下面的脚手架已搭设牢靠，通往脚手架的直爬梯也已装好。由专业人员，用经纬仪将吊车梁的纵向中心线投放在牛腿面上，中心线标志点应不致于被吊车梁盖住，同时还应便于测量尺寸。
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（2）吊车梁的安装
吊车梁安装于标27.25m、29.75的牛腿面上，上翼缘标高30.5米、33.0米、36.0米。单根吊车梁重量最大为52.5吨。为节约吊装费用，吊车梁的吊装工作需与厂房柱的吊装需衔接紧凑，当厂房柱吊装调整完毕后，吊车梁必须制作完毕，达到吊装条件。吊车梁吊装主吊机亦选用200吨履带吊。吊车梁吊装使用两个自制吊具，两对绳扣，吊装到位后、应先将其与牛腿连接的螺栓穿拧上，并将其与柱子临时固定后，方可摘钩，临时固定件不得与吊车梁本身焊接。 （3）吊车梁调整
调整应设专班人员，根据测量放线，用千斤顶和导链对横向中心进行调整，即梁与梁间的距离，尽量向设计尺寸靠，以便更多地使用标准夹板，一般调整四至五根梁后，可能要配制一块夹板，如此循环向下调整。调整完后，应及时割去临时拉撑，并按设计与柱子进行连接，割连工作应一头一头地进行，以防大梁倾翻，调整吊车梁应同时兼顾考虑梁腹板垂直度，梁面标高，梁端头高差，两梁端头上翼板面的错位，梁的落位尺寸。这几项因素中，以垂直度和梁端高差较为重要。但是对一根柱子牛脚上的两个梁的端板，离牛腿面横向中心的距离应尽量保持一致，以免人为造成偏心距，这一点也是必须保证的。当吊车梁与柱子的连接件标高不一致时，应以吊车梁为基准，对柱子上的连接件进行处理。
（4）辅助桁架及制动板安装
辅助桁架运至现场卸车后，应放平，严防扭曲，并尽快将其吊装到位，为防止其扭曲，应用Φ100竹杆对其中部15m范围内进行平面加固。辅助桁架直线度的调整须借助制动板和水平支撑进行，具体步骤如下：桁架吊装两端就位后，装水平支撑，当水平撑与吊车梁侧连接完毕，然后根据水平支撑上的螺栓孔对桁架下弦进行调整，调整可用千斤顶或导链进行。之后将其与支撑的螺栓连上，并将所有水平撑上螺栓丝扣打毛防松，对上弦的调整，应先将制动板吊放到位，然后以吊车梁的一边为基准，将制动板点焊在桁架上，以防制动板滑落，当制动板与梁的螺孔钻完，并将高强螺栓拧紧后再对辅助桁架上弦进行直线度的调整并重新点焊，调整完将其与制动桁架进行焊接。 5.4屋面系统安装
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吊装顺序：屋面梁→檩条→系杆→支撑→成品天窗。主吊机用200吨履带吊。 整个屋面系统安装，依照50t吊车拼装，履带吊在后面吊装这样一个流水作业顺序。其中屋面梁采用2点吊装，吊装前在地面一定要将其坡度调整好，吊装落位后，将其与柱子的连接板及螺栓连接好，然后进行屋面梁的连接，这里，所有对接焊为二级质量要求；吊装檩条等单杆构件，可采用子母绳扣，以提高工作效率，对屋面系统的安装质量，重点应控制下面几个项目：屋面梁的垂直度、檩条的平面度和间距。
5.5工艺钢结构安装方案
工艺钢结构主要有精炼炉钢平台、原料跨钢平台以及其它钢结构等。 1)工艺钢结构平台多为单层轧制型材钢结构平台，平台上铺有平台板，在走台处设有钢梯及栏杆。此类钢结构重量相对较轻，尺寸也较小，主要用焊接形式连接，少量采用螺栓联接。
2)安装前先预组装成片，再利用厂房内天车将组装好的构件吊到基础上进行安装。待主要构件安装调整完毕后，再实施焊接。主要结构横梁安装完毕后再铺设平台板，在铺设平台板时，完成相关设备的吊装。设备全部吊装就位后，完善钢结构平台。所有工作完成后，进行二次灌浆。
3)安装钢结构各横梁时，要对横梁的标高进行严格控制，安装时的实测标高不允许高出设计值。在进行焊接时，需要考虑焊接收缩的影响，预先留出收缩余量。在安装与设备安装有关梁时，更应注意标高的控制。以免设备标高误差过大，影响相关工艺设备的安装。 5.6高强螺栓安装
1)高强螺栓的验收和保管
（1)高强螺栓连接副(包括螺栓、螺母和垫圈)必须符合设计文件的规定，且有产品合格证，并按国家标准的规定验收。
（2)对不同批号的螺栓、其连接副不得混用。
（3)高强螺栓连接副在储放和运转中，应防止受潮、生锈、沾污碰伤或互混批号等情况的发生。
2)高强螺栓连接副的安装
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（1)磨擦面应保持干燥，不得在雨露天安装高强螺栓。
（2)高强度螺栓的安装应在结构构件校正合格调整后进行，其穿入方向应以施工方便为准，并力求一致。高强度螺栓连接副组装时，螺母带圆台面的一侧应朝向垫圈有倒角的一侧。对于大六角头高强度螺栓连接副组装时，螺栓头下垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头。
（3)安装高强度螺栓时，严禁强行穿入螺栓(如用锤敲打)。如不能自由穿入时，该孔应用铰刀进行修整，修整后孔的最大直径应不大于1.2倍螺栓直径。修孔时，为了防止铁屑落入板迭缝中，铰边前应将四周螺栓全部拧紧，使板迭密贴后再进行。严禁气割扩孔。
（4)安装高强度螺栓前，构件的磨擦面应保持干燥，不得在雨中作业。 （5)高强度螺栓在初拧、复拧和终拧时，连接处的螺栓应按一定顺序施拧，一般应由栓群中央顺序向外拧紧。
（6)高强度螺栓的初拧、复拧、终拧应在同一天完成。 3)高强度螺栓连接副的施工质量检查和验收 （1)大六角头高强度螺栓检查
用小锤(0.3kg)敲击法对高强度螺栓进行普查，以防漏拧。
对每个节点螺栓数的10%，但不少于一个进行扭矩检查。检查时先在螺杆端面和螺母上画一直线，然后将螺母拧松约60°，再用扭矩扳手重新拧紧，使两线重合，测得此时的扭矩应在0.9Tch～1.1Tch范围内。Tch按下式计算：
Tch=k×p×d
式中Tch——检查扭矩(N·m); p——高强度螺栓预拉力设计值(kN)。
如发现有不符合规定的，应再扩大检查10%，如仍有不合格者，则整个节点的高强度螺栓应重新拧紧。
扭矩检查应在螺栓终拧1h以后、24h之前完成。
（2)大六角头高强度螺栓施工质量应有下列原始检查验收记录。高强度螺栓连接副复验数据、抗滑移系数试验数据、初拧扭矩、终拧扭知、扭矩扳手检查数据和施工质量检查验收记录等。
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4)高强螺栓的油漆
（1)对于露天使用或接触腐蚀性气体的钢结构，在高强度螺栓拧紧检验验收合格后，连接处板缝应及时用腻子封闭。
（2)经检查合格后的高强度螺栓连接处，应按设计要求进行涂漆防 六、结束语
莱钢特殊钢炼钢工程钢结构总重量达15000吨，钢结构制作2012年7月25日开始，主要钢结构构件2013年12月30日基本制作完成。项目经理部专门制定了钢结构制作安装控制要点及质量通病防治措施，从材料下料、切割、组装、焊接各制作环节工序，项目经理部规定由工程技术部及质检站复查确认上道工序达到质量目标要求，才能进行下道工序作业，特别在组装、焊接及喷砂除锈涂装工序进行跟踪旁站检查。废钢配料钢柱2012年8 月25日开始吊装，主厂房钢柱2012年9月18日开始吊装，炼钢主厂房主要钢结构2013年1月30日安装完成。钢结构主要构件钢柱、吊车梁、屋面梁制作按制作工艺要求和工序进行过程控制，钢结构制作安装质量达到较好的水平。
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