大型電子廠房重型機(jī)電管線快速安裝施工技術(shù)

劉占強(qiáng) ，李 龍 ，張國旭 ，郭曉娟 ，趙 蕾 ，李孟函

（1.中國建筑一局（集團(tuán)）有限公司華北公司，天津 300457；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院，北京 100097）

0 引言

大型鋼結(jié)構(gòu)電子廠房因建筑功能性要求，機(jī)電管線系統(tǒng)復(fù)雜，鋼結(jié)構(gòu)與機(jī)電管線交叉作業(yè)面多，且屋面檁條常無法滿足重型機(jī)電管線安裝荷載要求，高懸挑、大跨度的鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)致機(jī)電管線固定生根和安裝難度大。鋼結(jié)構(gòu)廠房施工過程中，前期深化設(shè)計(jì)階段就需確定管線安裝形式及固定方式。通過對江陰鋰離子電池生產(chǎn)項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)和機(jī)電管線進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，在不變動(dòng)原有鋼結(jié)構(gòu)主體框架的前提下，設(shè)計(jì)懸吊管廊和落地管廊，突破原有鋼結(jié)構(gòu)屋面及檁條受力荷載限制，不僅提高整體安全性及穩(wěn)定性，降低機(jī)電管線安裝施工難度，提升安裝效率，實(shí)現(xiàn)快速安裝，縮短工期，同時(shí)為后期電子廠房擴(kuò)容增建提供可行性。

1 工程概況

江陰鋰離子電池生產(chǎn)項(xiàng)目為大型鋼結(jié)構(gòu)電子廠房工程，占地面積12.8萬m2，總建筑面積8.8萬m2，包括組裝廠房、電芯廠房、動(dòng)力站、電芯庫等功能建筑（見圖1）。其中組裝廠房、電芯廠房各3萬m2，主體結(jié)構(gòu)為單層鋼結(jié)構(gòu)，建筑高度11.8m。

圖1 項(xiàng)目效果

項(xiàng)目機(jī)電系統(tǒng)體量大且管線復(fù)雜，機(jī)電管線安裝成為重中之重。因原設(shè)計(jì)方案屋面檁條無法滿足機(jī)電管線安裝荷載需求，從施工安全性及可操作性角度考慮，對鋼結(jié)構(gòu)和機(jī)電管線進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，在不變動(dòng)原有鋼結(jié)構(gòu)主框架的前提下，通過在鋼梁下設(shè)計(jì)懸吊管廊及在地面混凝土柱旁設(shè)計(jì)高強(qiáng)度落地管廊，突破原有鋼結(jié)構(gòu)屋面及檁條受力荷載限制，降低機(jī)電管線安裝施工難度，實(shí)現(xiàn)快速安裝，縮短工期，同時(shí)為后期電子廠房擴(kuò)容增建提供可行性。

2 工藝原理

在工程建設(shè)初期，對鋼結(jié)構(gòu)和機(jī)電管線進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)懸吊管廊及高強(qiáng)度落地管廊，解決鋼結(jié)構(gòu)廠房重型機(jī)電管線安裝困難的問題，突破原有鋼結(jié)構(gòu)屋面檁條受力荷載限制，解決大直徑管道安裝問題。管廊系統(tǒng)提供固定安裝受力面可作為工人安裝施工操作面，降低機(jī)電管線安裝施工難度，保證機(jī)電管線整體快速安裝。

3 施工工藝流程

施工工藝流程如圖2所示。

圖2 施工工藝流程

4 施工操作要點(diǎn)

4.1 原設(shè)計(jì)方案分析

鋼結(jié)構(gòu)電子廠房工程機(jī)電系統(tǒng)體量大且機(jī)電管線系統(tǒng)復(fù)雜，管道敷設(shè)安裝困難、風(fēng)險(xiǎn)大。廠房原計(jì)劃于屋面檁條上吊裝機(jī)電管線，但在設(shè)計(jì)說明中，明確表示（吊頂、噴淋、風(fēng)管、橋架等）荷載為1.2kN/m2，即120kg/m2，而屋面檁條最大承重為60kg/m2，因此僅靠屋面檁條不足以承擔(dān)機(jī)電管線和吊頂?shù)暮奢d。同時(shí)廠房屋面鋼框架最低處標(biāo)高為10.000m，機(jī)電管線吊裝固定于屋面檁條上吊桿過長，機(jī)電管線安裝難度大且增加風(fēng)險(xiǎn)隱患。機(jī)電管線體量大，系統(tǒng)復(fù)雜，吊架種類和數(shù)量多，會(huì)進(jìn)一步影響施工效率，降低施工質(zhì)量，影響機(jī)電管線安裝工期進(jìn)度。

廠房大型管道型號主要為DN600和DN700，原設(shè)計(jì)方案為吊桿吊裝。但由于無縫鋼管管徑較大，且管道系統(tǒng)為冷凍水系統(tǒng)，管道連同管道內(nèi)介質(zhì)流體重量每2m重量就達(dá)到1t，管道整體負(fù)荷較大，一般吊架無法承受，施工難度大且存在較高的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 懸吊管廊深化與施工圖設(shè)計(jì)

通過對原設(shè)計(jì)方案的綜合分析，在滿足機(jī)電管線施工要求的同時(shí)，不改變現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)體系的前提下設(shè)計(jì)更優(yōu)化的方案。在鋼結(jié)構(gòu)屋面梁下用吊柱吊掛吊梁與輔梁，然后在輔梁上敷設(shè)管道，直接將管道重量傳遞至屋面梁，相較在屋面面板上用膨脹螺栓固定管道吊架或在屋面檁條上固定管道吊架，所受強(qiáng)度限制大為減小，且可不受限制地敷設(shè)各種大管徑管道。懸吊管廊不僅滿足上部空間機(jī)電管線敷設(shè)要求，同時(shí)提供管廊下、吊頂上機(jī)電管線吊裝固定受力面，機(jī)電安裝施工豎向一分為二，同步進(jìn)行，方便機(jī)電管線快速安裝施工，便于后期對電子廠房機(jī)電管線進(jìn)行運(yùn)維檢修。

4.2.1 懸吊管廊平面布置

考慮到廠房屋面鋼框架最低處標(biāo)高為10.000m，房間吊頂標(biāo)高主要為4.000m及2.800m，設(shè)計(jì)懸吊管廊吊梁及檁條頂標(biāo)高為6.000m。通過懸吊管廊將廠房空間分割為兩部分，滿足上部空間機(jī)電管線敷設(shè)要求，同時(shí)滿足管廊下、吊頂上機(jī)電管線安裝需求。且考慮到管廊下吊頂及機(jī)電管線安裝需求，設(shè)計(jì)檁條布置間距為1.2m，如圖3所示。

圖3 懸吊管廊設(shè)計(jì)剖面

4.2.2 懸吊管廊規(guī)格型號選定

確定設(shè)計(jì)方案、標(biāo)高及排布后，通過核算確定懸吊管廊規(guī)格為：吊柱（H150×150×6×8），吊梁（H350×175×4.5×8），檁條（H150×150×6×8），材質(zhì)均為Q345B，滿足機(jī)電管線安裝敷設(shè)荷載要求。

4.3 高強(qiáng)度落地管廊深化與施工圖設(shè)計(jì)

4.3.1 平面布置

通過對原設(shè)計(jì)方案的綜合分析，在滿足機(jī)電管線施工要求的同時(shí)，不改變現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)更優(yōu)化的方案?？紤]到大直徑管道分為主干管和支管敷設(shè)，設(shè)計(jì)門形高強(qiáng)度落地管廊，根據(jù)敷設(shè)要求，鋼柱及鋼梁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為3.500m。設(shè)計(jì)縱橫交錯(cuò)呈網(wǎng)格狀排布的鋼梁，以及設(shè)置在鋼梁網(wǎng)格交叉處的鋼柱，每根鋼柱與網(wǎng)格交叉處的2根鋼梁分別固定連接；鋼梁分為縱向鋼梁層和橫向鋼梁層2層，同一層中的鋼梁上表面共面設(shè)置，2層鋼梁上下錯(cuò)開設(shè)置，分別為3.5m和4.8m。通過將鋼梁組合成縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)格后與鋼柱連接，并用抗壓強(qiáng)度較高的混凝土柱額外加強(qiáng)鋼柱，極大增強(qiáng)管廊承載能力，可承載大直徑管道敷設(shè)；本工法中，縱橫交錯(cuò)的2層鋼梁上下錯(cuò)開，不僅可承載平行于管廊的干管，還為從干管上引下的支管提供支撐位置，避免支管影響地面上人與設(shè)備的通行，方便管線安裝的同時(shí)保證后期運(yùn)維檢修（見圖4，5）。

圖4 高強(qiáng)度落地管廊設(shè)計(jì)效果

圖5 高強(qiáng)度落地管廊三維模型

4.3.2 規(guī)格型號選定

確定設(shè)計(jì)方案、標(biāo)高及排布后，通過核算確定高強(qiáng)度落地管廊規(guī)格為：鋼柱（HW300×300），鋼梁（HM390×300×10×16），材質(zhì)均為 Q235B，滿足機(jī)電管線安裝敷設(shè)荷載要求。

4.4 現(xiàn)場施工

4.4.1 懸吊管廊施工

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，編制施工方案，進(jìn)行現(xiàn)場施工，如圖6所示。施工流程為：測量放線→吊柱安裝→吊梁安裝→輔梁安裝→機(jī)電管線安裝。

圖6 懸吊管廊現(xiàn)場施工

1）測量放線 根據(jù)平面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)測放懸吊管廊平面軸網(wǎng)和高程控制點(diǎn)。

2）吊柱安裝 吊柱上端通過單剪板或雙剪板與屋面梁固定連接，然后用螺栓連接端板與吊梁。

3）吊梁安裝 吊梁通過吊柱下端帶有肋板的端板與其固定連接，然后用螺栓連接端板與吊梁。

4）輔梁安裝 輔梁與吊梁通過單剪板固定連接，然后用螺栓連接端板與輔梁。

5）機(jī)電管線安裝 機(jī)電管線地面預(yù)制分段加工連接，通過懸吊管廊上方固定支架下方固定吊架，將機(jī)電管線安裝施工面劃分為上下兩部分，同步施工進(jìn)行，保證機(jī)電管線快速安裝施工。

4.4.2 落地管廊施工

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，編制施工方案，進(jìn)行現(xiàn)場施工。施工流程為：測量放線→安裝鋼柱→安裝鋼梁→連接鋼梁與混凝土柱→安裝機(jī)電管線。

1）測量放線 根據(jù)平面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)測放落地管廊平面軸網(wǎng)和高程控制點(diǎn)。

2）鋼柱安裝 鋼柱下端焊接有端板，并通過端板錨固在現(xiàn)場基面上，現(xiàn)場基面為混凝土地面，端板通過化學(xué)錨栓錨固在現(xiàn)場基面上，鋼柱腹板每側(cè)設(shè)置2根化學(xué)螺栓，鋼柱與混凝土柱一一對應(yīng)、貼靠混凝土柱設(shè)置。

3）鋼梁安裝 鋼梁與鋼柱通過設(shè)置在鋼柱上的連接板固定連接，鋼柱的2塊翼緣板之間設(shè)置有與鋼梁的翼緣板一一對應(yīng)且共面的加勁板，然后用螺栓連接端板與鋼梁。

4）鋼梁與混凝土柱連接 鋼梁通過單剪板與混凝土固定連接，然后用螺栓連接端板與混凝土柱。

5）機(jī)電管線安裝 機(jī)電管線地面預(yù)制分段加工連接，通過落地管廊上橫向縱向鋼梁，大直徑管道干管支管同步安裝固定，保證機(jī)電管線快速安裝施工。

4.5 調(diào)試、驗(yàn)收

懸吊管廊及高強(qiáng)度落地管廊施工及相關(guān)區(qū)域機(jī)電管線安裝完畢后，進(jìn)行機(jī)電管線系統(tǒng)調(diào)試，調(diào)試合格且經(jīng)驗(yàn)收后方可投入使用。

5 效益分析

1）工期 懸吊管廊及高強(qiáng)度落地管廊的深化設(shè)計(jì)，可提高現(xiàn)場施工效率，實(shí)現(xiàn)管線快速安裝，滿足各節(jié)點(diǎn)工期要求，提高了履約效率及品質(zhì)，項(xiàng)目最高峰月產(chǎn)值達(dá)7 000萬元左右。

2）質(zhì)量和安全 在不影響原主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上滿足功能要求，管廊系統(tǒng)提供支撐面和操作面，提升機(jī)電管線安裝的安全性和質(zhì)量。

3）經(jīng)濟(jì)效益 提高建筑安全性及穩(wěn)定性，增加直接經(jīng)濟(jì)效益約500萬元。

4）社會(huì)效益 通過對各專業(yè)各系統(tǒng)綜合考慮，解決機(jī)電管線敷設(shè)吊裝困難等問題，贏得業(yè)主等社會(huì)各界的認(rèn)可和信賴，為行業(yè)技術(shù)進(jìn)步起到借鑒作用。本技術(shù)已獲國家專利兩項(xiàng)：一種用于大直徑管道的高強(qiáng)度管廊（ZL202021903509.4）；一種用于在室內(nèi)敷設(shè)管道的懸吊管廊（ZL202021901576.2）。

6 結(jié)語

本技術(shù)提供了一種大型鋼結(jié)構(gòu)電子廠房重型機(jī)電管線快速安裝的解決方法，通過對鋼結(jié)構(gòu)和機(jī)電管線進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)懸吊管廊和落地管廊，不僅提高整體安全性及穩(wěn)定性，提升機(jī)電管線安裝效率，縮短工期，同時(shí)為后期電子廠房擴(kuò)容增建提供可行性，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，可為類似工程提供借鑒。