钢结构模块化整体预制、运输、安装施工技术

1.钢结构模块化可行性分析

2.场地规划和模块划分

场地规划时向业主争取最大化，水、电及交通运输方便，利于场地整体硬化

或局部硬化，利于修建防排水设施，对周边生产生活影响小（主要考虑电焊、防腐防火涂料喷涂、加班照明、噪声等对周边社会影响）。模块划分则要根据SPMT轴线车和大型吊车的选型，结合结构受力特点与设计进行综合分析，特别是要考虑组合的性价比。结合本项目实际情况，综合分析后划分为四组模块，数据如表2-1：

表2-1：钢结构模块编号及重量表

图2：钢结构模块化预制和运输

3.临时承重基础的设计和施工

临时用的支撑基础和支撑梁是重要的承重结构，按模块装配部位的几何尺寸、精度进行放样定位，特别是防模块扭曲变形支撑结构和柱脚螺栓孔的定位，螺栓孔1：1与装置区正式装配图相同，可选用同模的定位板；混凝土地基基础的承重结构形式需要与原设计结构工程师交流，可以降低人、材、机的消耗；保证承重安全稳定的同时，还要为足够运输、转运场地条件进行合理优化。以工程模块数据为例，分析如下：

①地基承载力核算：承载模块的地基土层为全风化页岩，根据地勘 告，地基承载力特征值为200KPa（即20t/m2）；每组模块6个支柱，模块及支撑架加安全系数总重量按600t计算，每个基础上部承重为100t，而钢筋混凝土基础每个自重20t，那么复核每个基础的地基承载力要求为：P=（100+20）/（2.5*2.5）=120/6.25=19.2t/m2<20t/m2，满足要求。

②钢筋混凝土基础承载力核算：每个基础的承载力要求为：P=100/（1.2*1.2）=100/1.44=69.5t/m2<3500t/m2（C35强度），满足要求。

③运输支撑箱梁（设计和运输公司一起核算）需要每个模块在组对前设置，在混凝土基础上放置3根承重箱梁，每根需承重200t，箱型梁底部柱脚间用型钢临时连接加固。

图3-1：单个临时基础大样平面图

图3-2：钢结构临时基础平面布置图

4.模块运输前加固

运输支架横梁的加固：运输道路限制，模块高度、宽度和跨度影响，防变形同时保持模块车与钢结构框架整体稳定性，必须进行加固。此时就要考虑运输支架的两种形式，一种是采用吊车拎起来穿螺栓定位就位（平托式，图4-1）；另一种则是利用轴线车运输到位后直接采用降低轴线车高度来实现穿螺栓就位（顶举式，图4-2）。

图4-1：钢结构模块平托式就位

图4-2：钢结构框架模块顶举式就位

5.模块运输前核算和试验

安全可靠性是首要原则，配车装载、捆绑加固、承载力和稳定性，运输实施中，运用科学分析和理论计算相结合的方法，确保操作实施万无一失。

①稳定角验算：超宽和超高件运输的关键问题是稳定性，为确保稳定性，我们要进行4-2行纵向横向组合，模块框架重心落在平板车的承载区域中心为佳。

稳定角计算公式：稳定角tgα=L/HH—模块重心距离车组轮毂中心的距离L—重心在装载面的投影点距离装载面区域线的最小垂直距离（为进一步增加运输时的稳定性，可在运输车上表面放置配重块，增大稳定角。）

②风载荷计算：防止模块车侧翻，则重力抗倾覆力矩必须大于侧翻点的倾覆力矩。

以模块1为例进行计算：模块重G=422t，模块在车板上的重心高度H1=13744mm（整体重心高度-工装高度-车身高度），两列车板的最大宽度B=8000mm，模块1的外形尺寸为24000×8000×27600mm，模块1横向受风面积S横=27.6m*24m=662.4m2，计算时风速取小于8级，即风速为20.7m/s（一般六级，在此取大值），风压值为W=267.8N/m2，得出：风力f=W*S横=267.8N/m2*662.4m2=177390.72N。

侧翻点的倾覆力矩M侧翻点=177390.72N*13.744m=2438.05KN·m，重力抗倾覆力矩M重力=4220000N*4m=16880KN·m，安全系数=重力抗倾覆力矩M重力/侧翻点的倾覆力矩M侧翻点=6.9倍，因此，运输时，横向风力安全系数较大，是安全的。

经济适用性是成本控制必备选项，优化技术方案，采用最适合的运输方式，降低运输总费用，最大限度地减少运输成本。

可操作性是理论得以实现的，认真细致做好前期准备，对各种可能出现的风险进行科学评估，考虑到道路上转弯半径、路面宽度、周边井池障碍物、模块规格及重量等情况，进行路探、路试和补强，确保装载、公路运输作业能够顺利又高效的展开。

各项测量、试验为模块运输的安全性进行数据支持。

①道路和场坪进行运输路线全覆盖测量探勘和负荷承载动、静压试验，特别是大小转弯路口轴线车的回转半径复核以及路边虚铺和井池水沟部位的加固。

②轴线车通过轴线车架的有限元分析来增加或减少每轴的单元，正式运输前进行预就位顶升模块托举试验。

③根据不同规格和重量组合的模块数据，查轴线车性能表，确定地压力。如下表，最大模块运输时，产生的最大地压为6.5t/m2。为了确保运输的安全，取相应较高的安全系数，则运输道路路面的设计耐压能力应不小于10t/m2为佳。

运输车参数表

图5-1：吊车配种运输

图5-2：模块运输平面图及运输路线图

图5-4：千斤顶校正钢结构垂直度及就位

6.模块运输、吊装就位及组焊注意事项

6.1运输前全部路段已进行1.2倍最大运输载荷的预压试验，以道路无变形为合格；并协调道路封锁，运输时采用激光水平仪，监测运输时模块的垂直度和变形量。

6.2按照SH/T3557,要求轮距至路边1.5m，道路受限时，需在沿途至模块起吊位置的原有路边每侧加宽至规范要求，于原有路面等高整平压实。对沿途经道路两侧的井，用沙袋填实，车辆行走区域的井盖上方铺设30毫米厚钢板，面积不小于2m×2m，对沿途车辆行走轨迹必经地下管线的路面，采取铺设不低于20mm厚，长5m，宽2.2m的钢板进行加强。

6.3预运输，采用轴线运输车配套软件进行模拟，对车子行进轨迹进行全程监控，为正式运输提供保障，降低风险。

6.4模块预制场和运输道路等高，不得存在横坡纵坡，提前收听气象信息，选择风力小于4级以下。如遇途中风力大于4级，立即停止运输降低车板，关闭车辆支撑阀门，根据风向调整车板横向四点压力，同时四角系紧揽风绳，揽风绳系在预先准备的配重上或周边建筑物安全固定点，有应急预案。车辆行进过程中，车辆及模块四周要放置明显的标识，白天悬挂三角旗，夜间开启警示灯。

6.5吊装采用大型履带吊，配专用平衡梁，一次性吊装就位。

6.6定位组焊工作需要用数据说话，吊装前复核模块柱脚和框架柱顶的数据，并划线标红三角写数据在结构本体上，以测绘出每根柱的最佳组对点，并用专用工装卡具辅助才能使吊装顺利落钩。采用先中间钢柱后两边钢柱定位焊，调整好后再进行均匀对称整体开焊，以保证每根柱子的中心垂直度，保证焊接质量。

7.总结与思考