门式钢架模块化安装应用分析

门式钢架模块化安装应用分析

练森龙,周文景,刘文杰

精工工业建筑系统集团有限公司，广东佛山，528100

摘  要：门式钢架作为轻型工业厂房在工业建筑领域的重要组成部分，因其规模大、自重轻、安装周期快、回收利用率高等特点，在现代化建设中占工业建筑结构体系的70%以上；在我国的工业发展进程中，越来越多的被应用到工业生产中；本文针对钢结构轻钢工业厂房中常见的安装方式进行应用分析。

关键词：模块化安装；门式刚架；

Application analysis of modular installation of portal steel frame

Lian Senlong, Liu Wenjie，Zhou Wenjing

Abstract: As an important part of light industrial plants in the field of industrial buildings, portal steel frames account for more than 70% of the structural system of industrial buildings in modern construction because of their large scale, light weight, fast installation cycle and high recycling rate; In the process of industrial development in China, more and more are applied to industrial production; This paper analyzes the application of common installation methods in steel structure light steel industrial plants.

Key words: modular installation; Portal frame;

前  言：

门式钢架因自重轻、跨度大、抗震性能好、空间的使用效率高、施工周期短等优点，在工业建筑领域被广泛应用在各行各业，门式钢架类工业厂房已在现代化建设中成为工业建筑中的重要支柱。

钢结构工程的质量好坏，除了材料的性能要求，加工制作的质量要求外，施工技术也是其关键，在安装的过程中如何采用各种技术手段来完成钢结构的安装是其工业厂房的核心。门式钢架安装需要从质量、安全、工期及安装技术多方面考虑，结合工程特点制定最优的安装工艺及方法。

门式刚架模块化安装是对传统安装方式的一种创新，它打破了常规的散件、按部就班的安装方式，以模块化的方式进行整体的安装。对于钢结构日益发展的今天具有重要意义。

1.门式钢架安装对比

1.1常规安装与模块吊装方法

一、常规安装方法

➊预埋件安装完成并校正合格后进行钢柱的安装，钢柱（根据其轴线进行编号）安装从靠近山墙有柱间支撑的两榀钢架开始，以此为起点向一端或者两端进行安装。

➋钢柱安装完成后进行钢梁的安装，安装的同时进行檩条及其它支撑系统的安装。

➌安装完成一个稳定的框架体系后进行另一端或者两端钢柱安装（柱间支撑）→钢架梁（系杆、檩条及其它支撑系统）→围护系统安装。

常规安装方法施工流程示意

二、模块化安装方法

➊钢柱的安装与常规安装方法相同

➋钢柱安装完成并校正固定后在其两榀钢柱范围内进行场地清扫、抄平等工序，完成后吊机辅助进行地面钢梁及次结构拼装。

➌在地面上将两榀梁放置到位，即第n榀与第n+1榀（n为奇数），然后将系杆、檩条及其他次结构体系逐一安装就位，构成一个拼装好的模块结构体系（安装固定完成后对其整体进行原位垂直校正起吊安装）。

➍第n榀与第n+1榀（n为偶数）刚架间的次构件需另外安装，当安装完成一定数量的模块后便可开始对其进行安装，安装过程同传统次结构安装工艺。

模块化安装方法施工流程示意

2.安装过程的受力分析

模块化安装与常规的吊装方式有着明显的受力上的不同：模块化吊装时吊索与构件不在只是一个平面，而是呈空间状，所以模块化吊装过程中，檩条不再是不受力的状态，而是会承受来自钢梁的挤压而承受轴力，此时承受剪力的螺栓承载能力设计值是否满足要求；同时由于模块化吊装重量远大于常规吊装方式，在吊装过程中梁的下挠变形是否在可控范围内。针对以上两个问题，进行以下工况模拟分析。

2.1常规跨度及柱距工况分析

1、主要工况介绍

2、构件受力及变形分析

在吊装过程中，主要构件的受力图（钢梁最大拉力为14KN，檩条最大轴力为7KN）

在吊装过程中，主要构件位移图（位移最大为5.8mm）

2.2非常规跨度及柱距工况分析

1、主要工况介绍

2、构件受力及变形分析

在吊装过程中，主要构件位移图（位移最大为21.9mm）

2.3对比分析

因为在荷载相同的情况下，跨度、柱距与构件规格成正相关，所以通过对比2.1及2.3两种工况不难发现在模块化吊装过程中有以下几点规律：

1、构件的位移随着梁跨、柱距及重量的增大而明显增大，；

2、钢梁所受拉力随模块总重量增加而明显增大，檩条所受轴力也亦是如此；

3、檩条所受轴力以吊装模块中线呈对称式分布，最大轴力出现在距离吊点最近的檩条上。

由以上规律可知，采用模块化吊装时，对构件产生不利影响的因素为檩条所受轴力及构件的下挠。因此对这两种不利因素进行分析：

1、在模块化吊装过程中，屋面檩条由螺栓连接提前固定在了檩托板上，而常见的檩条固定所用螺栓及其受剪承载设计值如下表：

由上表可知，当采用2.2工况进行模拟所得檩条最大轴力时，单侧螺栓受剪承载力设计值满足其要求。

2、在吊装过程中所产生的形变为弹性形变，且按2.2工况进行模拟钢梁吊装过程变形也在允许范围内（L/400），在吊装卸载后，变形即恢复。

综上所述，模块化吊装所产生的影响不足以产生构件的不可逆破坏，故模块化吊装是一种切实可行的施工方法。

在吊装过程中，主要构件的受力图（钢梁最大拉力为76.7KN，檩条最大轴力为24.4KN）

3.传统安装与模块化安装的对比

3.1工期进度比较

1）传统安装：如采用传统的吊装，需要把单根构件一根一根的吊装到相应的安装位置进行安装，安装进度慢，要等前一工序完成后才能进行下一工序的施工。

2）模块化安装：将50%~60%原有需要高空作业的施工工序改为地面施工，部分施工过程在地面进行，工人不受安装空间的限制，大大提高了安装效率，且多点模块化安装的方式对工期的提升有很大帮助。

3.2安装质量比较

1）传统安装：大部分处于高空作业，由于受到高空风力及安装机械的影响，其结构的垂直度等不易保证，同时高空焊接需要对其采取必要的防风措施。在安装过程中往往节点未能完全成型，结构的整体受力不稳定会造成部分钢构件的拉扯或者撕裂，影响结构的质量。

2）模块化安装：采用地面安装的方式，减少钢结构安装过程中的变形；地面安装不受风力等其他因素的影响，同时在地面进行拼装，在安装的过程中最大限度处在质量控制和监测的范围内；减少了高空作业的盲区，降低了屋面梁及其次结构支承体系安装的难度系数，普通工人在地面即可完成构件的安装。

模块化安装更有利于检查施工质量（檩条的安装、螺丝的紧固程度等）。

3.3安全性比较

1）传统安装：高空作业量大，安全风险高，安装环境差，同时一台吊机在同一地点配合多个班组交叉作业，安全管理难度大；由于受到风力影响部分结构需要设置缆风绳，这样对周边的作业空间也会产生影响，高空作业多、高出坠落的风险就大大增加，需要设置大量的安全防护措施。

2）模块化安装：将原有高空作业改为地面施工，大大改善了高空作业的施工条件，高空作业的危险源减少，既降低了工人在施工过程中的危险系数又提高工人的生命安全；场地经过合理布置及规划，各阶段的安全施工不会相互受到影响，减轻现场的安全管理工作量，降低了安全风险的发生根源。

3.4经济性比较

1）传统安装：安装时会产生交叉作业，机械和人工都会随着作业工序的增加而增加，随着机械及人工的增加造成窝工的风险也就随之增加，造成成本资源的浪费，不经济。

2）模块化安装：在地面施工构件的安装无需使用登高车、吊车等机械配合，同时现场经过合理布置，产生交叉作业少，即提高了机械利用率，减少了使用登高车、吊机等一些起重设备的时间，又能有效的节约了成本。

综上可以看出采用模块化安装不仅仅是一种施工方法，在未来也是一种先进的施工技术，采用模块化安装从质量、安全、费用、工期等多方面都有很大优势。在费用控制上除了上述的机械、人工费用以外，还可以节省施工的各项措施费用，如高处作业等安全防护措施费用。

4.结语

随着科技的不断飞速发展，在现今的工业建筑领域，越来越多的工业建筑被广泛应用在生产生活中。传统的的普通安装方式随着现代科技的进步和发展，也在不断地被更新、取代。

模块化安装施工速度快，大部分工序都是在地面拼装完成。随着大型生产及吊装机械的投入使用，大型模块化安装技术也会被广泛应用于现代化的建设中，相信未来模块化安装在工业建筑领域有更广泛的前景。

参考文献

【1】建筑钢结构施工手册    中国设计出版社2002年

【2】钢结构技术总览【建筑篇】    中国设计出版社2003年

【3】钢结构工程施工质量验收规范    GB  50205-2001

【4】陈玮，徐岩鹤. 现代钢结构房屋建筑施工技术分析[J]. 居舍，2017，（06）：29

【5】门式刚架轻型房屋钢结构技术规范（GB 51022-2015）