周垚 邢焕森

摘要：最近这几年，国家致力于发展建筑工业化。钢结构由于先天具备装配式建造的特点而得到大力推广，模块化钢结构建筑相对于传统钢结构具有更高的工业化水平，并具有生产周期更短、成本较低、劳动强度低、质量高、绿色环保等优点，预期将成为建筑业发展的一大趋势。

关键词：石油化工装置；模块化；钢结构设计

引言

随着全球化进程，能源的紧缺以及人工成本的增长，未来工程项目必向着工业化、标准化发展，石油化工装置模块将是未来工程项目发展的必然趋势。

1钢结构概述

经过多年的发展，建筑技术也取得了飞速的进步，各种新型建筑结构在工程建设中被广泛采用，并取得了显著成效。其中，钢结构凭借着其强度高、重量轻、整体刚性高等优势，在包括石油化工装置在内的众多领域受到了广泛重视，甚至已经成为了这些领域最基本的建筑结构。考虑到钢结构会对整体工程的安全和进度等方面产生重要影响，所以其在生产中的质量就变地极为重要。鉴于此，我们有必要对钢结构框架的安装工艺及其质量加强管控，以保证工程质量和进度不受影响。本文以石油化工装置中的钢结构框架安装为例，对其施工特点、安装工艺原理进行了分析，并在此基础上对安装技术进行了探讨，希望对石油化工装置的安装施工工作能够产生借鉴。

2模块单元形式

2.1墙体承重模块

墙体承重模块由承重墙体、楼板、天花板组成。重力荷载可通过每一片纵墙直接传至下面的模块最后传至基础。横向荷载由支撑、蒙皮承受，或单独的抗侧力系统，如框架或核心筒等承受。该结构体系的优点是避免了四个角柱传递重力荷载，使上下模块单元的角柱连接方式较为简单，但应保证由于整体抗弯引起的承重墙体的抗拉和抗压承载力要求和整体稳定性。各纵向承重墙通常采用密排柱，用于低层建筑时，承重墙体的竖向龙骨可以采用C型钢，用于多层和高层建筑时宜采用矩形钢管。横向填充墙一般开有较大门窗洞口，由带有支撑的托梁或墙体立柱组成。楼面板和天花板一般放置在C型钢托梁上，托梁的跨度方向平行于模块单元的短边。角柱一般由热轧角钢或方钢管组成，作用是提供吊点和提高结构稳定性。为使建筑内部模块布局更加灵活，可通过合并多个模块单元来实现大的内部空间。此时需对墙体承重模块的侧向墙体进行局部开孔设计，并对开孔附近设置附加边梁或支柱进行补强。

2.2角柱支承模块

角柱支撑模块类似于传统的框架结构，由四根角柱和角柱间的纵向边梁组成。模块梁柱构件一般为热轧钢构件，如方钢管截面角柱和槽钢边梁。角柱支承模块的优点在于可做成开敞式，组合形成较大的内部空间。由于模块间连接节点一般较弱，为了提高模块单元的抗侧能力，可以在模块内部增加支撑或钢板剪力墙，根据结构的不同形式和功能需求，形成框架支撑、框架剪力墙模块单元。支撑和剪力墙大大增加了模块单元的抗侧刚度。

2.3非承重模块

非承重模块一般用于具有特定建筑功能的房间，例如厕所、浴室、厨房、阳台和设备室等，模块本身只承受自重，不承担其他荷载，需要依靠其他结构构件的支撑，如嵌入到其他承重结构中或置于楼板构件上等。厕所、厨房和浴室一般在送到现场时是配备齐全的，包括水暖、电气、配套家具和装饰。这些模块单元主要用于办公楼、旅馆、学生公寓以及酒店等的建造和扩建中，在英国已有较为广泛的应用。此外，还有一些特殊模块单元，如电梯、楼梯模块等。电梯模块为上下表面开敞，四面由刚度较大的墙板组成。楼梯模块也为上下表面开敞的模块单元，包括楼梯梯段和中间休息平台和楼层平台。它们一般与常规公寓模块（卧室、客厅等）一起使用组成模块化住宅公寓楼，平台都由纵向墙体支承，并根据需要设置额外的支撑构件，这种结构形式一般用于全模块化建筑中。

3石油化工裝置模块化钢结构设计

3.1框架分段确定

（1）根据现有吊车及场地布置情况确定分段重量。锦化机租用630t（SCC6300型）三一履带吊进行脱气仓吊装，根据吊车工况表以及施工场地布置，脱气仓吊装只能选用塔式超起工况，并在管廊基础中间位置行走站位才能满足脱气仓的吊装要求。

相同情况脱气仓框架吊装也只能选择塔式超起工况，在管廊基础中间位置行走站位，根据吊装安全规程，以顶部框架吊装制图演算后确定最佳吊装工况，吊装半径R=32m；主臂长度72m，塔臂长度48m；额定载荷Q=108t，因此每段框架联合吊钩、吊索、吊耳的吊装总重量必须小于98t。

（2）根据脱气仓分段情况确定框架的分段。脱气仓框架和脱气仓必须交错吊装，这就需要保证两个问题，首先是必须先框架吊装后脱气仓吊装，始终是设备穿入脱气仓框架，因为框架平台可以保证设备安装人员有足够的空间控制脱气仓穿入框架，而大型框架高空落位时无法控制其精确套入脱气仓；二是脱气仓框架每段框架的底层平台保证在每段脱气仓设备组对接口的顶部，在安装框架时不需要让框架套入设备减小施工难度。

（3）根据以上两条要求，将钢结构分为四段吊装，第Ⅰ段高10.55m，底标高58.95m，顶标高69.5m，重68t；第Ⅱ段高5.6m，底标高69.5m，顶标高75.1m，重47t；第Ⅲ段高8.4m，底标高75.1m，顶标高83.5m，重67.7t；第Ⅳ段高6.1m，底标高83.5m，顶标高89.6m，重63.3t，符合吊装安全规程。

3.2吊装平稳保证

分段吊装组对最重要的是确定重心位置来保证吊装过程平稳，而且框架本身的结构和平台格栅布置在四个方向并不是均匀对称的，重心计算难度相当大，必须确定了每段框架的重心位置，才能保证顺利安装。

3.3高空组对安全保证

为减少个专业的高空作业，在框架地面预制时即安装完钢结构本体劳动保护和平台格栅，并搭设好脚手架，挂好防护网。

3.4框架高空组对

框架六根立柱组对，需要水平移动或旋转框架，但高空作业场地狭窄，这就需要吊装作业时始终保持框架的安装方向，使用两根溜索时刻调整能解决此类问题，但是要保证框架水平移动与下端立柱衔接难度非常大，这就需要两方面的技术措施来保证。首先确保吊车站位和作业半径的准确，根据图纸、吊车工况表、安装位置实际尺寸联合演算，并在场地实际测量，现场号线控制吊车站位，并严格控制吊臂仰角角度，确保各项数据符合吊装方案要求。再就是通过特殊卡具保证立柱组对，经过分析确定在框架（不含楼梯间）四对立柱内侧两面翼缘板位置安装龙门板（地面预制时即安装完），在框架落位至条形卡具联接范围内时即安装条形卡具，靠自身重力使框架在四个水平方向受力从而使以条形卡具作为导轨顺利完成定位，再通过销子等工具完成立柱精组对。

结语

模块化钢结构设计是工业装置模块化的重要环节，其中，合理的模块划分，准确的结构计算，以及恰当的节点选择与设计是钢结构模块顺利实施的基础，也是项目安全性、经济性和适用性有效实现的保证。结构设计人员不仅要具有扎实的结构设计能力，更应具有相应的钢结构加工、安装的经验，重视专业间的协调配合，只有这样才能满足于工业装置模块化设计的要求，确保工业工程项目的顺利进行。

参考文献

[1]梁田甜.石油化工装置模块化钢结构设计[J].低温建筑技术，2015（4）：41-44.

[2]朱勇.试论石油化工工程模块化趋势[J].化工设计，2013，23（5）：24-26.

[3]郭弘翔.钢结构模块化设计初探[J].建筑设计管理，2013（5）：65-67.

（作者单位：中海油石化工程有限公司）