芬欧汇川（中国）二号纸机湿部屋顶改建，如何确保设备正常运行？

摘要

芬欧汇川（中国）有限公司二号纸机湿部屋顶改建项目，存在局部屋面老化、渗漏等问题，因此必须移除原有的屋面钢梁和屋面板，然后进行重新建设；由于二层车间内设有生产设备，并且在改造期间要确保设备能够正常运转，本文从原屋顶钢结构的拆除、新钢结构屋顶的安装施工、施工过程中设备的防护措施等方面，阐述了在设备正常运行的前提下，如何完成厂房钢结构屋顶的改造施工技术。

关键词

：钢结构屋顶； 改造；设备正常运行。

工程概况

依照客户指示，针对生产车间钢结构屋面（1至12轴/B至F轴，72米*30米）进行翻新，需将原有屋面钢梁与屋面板移除，并实施重新建设。该生产车间平面形状为矩形，平面范围约为长350米x宽70米，建筑包含两个楼层，底层高度7.70米，上层高度15.75米，屋面采用钢结构设计，屋檐边缘高度为23.45米。此区域建筑构造采用混凝土框架排架，屋面铺设钢桁架体系，二楼地面铺设厚度为三十厘米的C30预拌混凝土。

这项工程面临诸多挑战，首先时间非常仓促，拿到建设许可之后，整个项目从动工到交付用户手里，总共只有六十五天，其次场地条件比较特殊，夏天雨水频繁，还有不小的可能性遭遇台风袭击；再加上建筑内部温度高而且湿度也很大，第三，施工过程不能影响设备的正常运作，因为要满足客户生产的连续性要求。施工中存在若干难题，项目组因此着手研究，针对脚手架和设备防护架的搭建、旧屋顶的清除、新屋顶的设置这三个核心环节，开展多种方案的评估和比较，以此确保工程能够顺利推进。

图1  原屋顶现场实拍图

图2  原结构剖面图

室内防护脚手架及设备附加防护棚

2.1室内防护架搭设方案比选

在翻新屋顶期间，为了保障机械设备的稳固，必须对设备采取周全的稳固手段。这种稳固用的脚手架并不涉及钢结构的旧屋顶的清除和新建屋顶的铺设。由于建筑物内部既有设备数量庞大，管线交错，稳固架体的高度达到十三米，必须确保屋顶作业人员的人身安全以及楼层内设备的正常运作，项目部经过商议，打算使用扣件式钢管或承插型盘扣式钢管来搭建室内稳固用的脚手架。运用建筑信息模型软件对两种不同的脚手架搭建方案进行仿真实验，其方案对比评估结果参见表1。

图3  盘扣式脚手架搭设三维图

图4  扣件式脚手架搭设三维图

在对比研究了两种不同的架设计划之后，并且获得了上级管理机构与业主方的许可，决定采用扣件式钢管脚手架作为最终方案，依据经过专家们研讨确认的脚手架安全专项施工计划，车间将搭建高度为13米的满堂钢管式防护脚手架，钢管规格为直径48*3.0，计算时按2.5壁厚标准执行，立杆的横向与纵向间距设定为1.2米，扫地杆距离地面高度为0.2米，每步架的高度为1.8米。

图5  脚手架立杆平面布置图

2.2设备保护措施

在屋顶作业期间，要确保机器正常工作，必须做好机器的防雨、防火措施，同时也要防止物体坠落损坏机器。实地查看后，参考过往同类工程做法，选定如下应对方案：在室内支架顶端铺设钢板，用以阻挡施工时物料坠落，钢板之上再铺设防水防火布，以此保护外露设备免受雨水和火势影响；另外，对以下设备（白水回收装置，脱水装置，压力筛分设备，浆料研磨设备，物料疏解设备）的顶部加装专用防护棚。具体操作步骤包括：在机器顶部安装一块钢板和一块木板，接着在木板表面覆盖一层防水的防火材料。此外，为了确保机器能够正常运作，还必须建造供维修人员通行的专门路径。

图6  设备位置分布图

图7  设备防护架三维图

原屋顶拆除

室内防护脚手架安装完毕且通过验收之后，开展屋顶拆除作业。依照施工计划，以面层板、卷棉、系杆、耦撑、檩条、钢梁的次序实施拆除。在移除钢构件前，需检测构件的锈蚀状况，查看钢材外层的锈迹、掉皮、鼓包、涂层毁坏或色泽转变；尤其留意焊缝、螺栓接合部位、边角以及排水沟等积水的位置，借助无人机检测高空及不便抵达的区域。

为确保拆除作业安全稳定，项目部计划选用钢梁切割后分批吊装，或直接整体吊装，具体方案需经安全、费用、工期三个维度评估，相关对比数据详见表格二。

经过研究，原先顶部的最大型钢梁GL1的重量为3吨，将不均匀因素和钢索钩的重量计算在内，该构件的估算重量为4.75吨，项目部门决定使用400吨的汽车起重机来实施整体吊装，这台汽车起重机的工作范围是50米，吊臂的长度为75米，其单机的标准承载能力为12.9吨，实际负载比大约是36.82%，达到了吊装作业的标准。吊装前的各项准备活动完成后，应当先实施试吊操作，将重物提升至100到200毫米的高度，随即暂停提升，仔细查验吊索具的固定情况，确保一切正常之后，才能再次进行吊装作业。

图8  原屋顶钢结构拆除图

新屋顶结构施工

项目启动阶段，依据图纸所展示的构件排布方式、截面尺寸、关键节点做法以及各类相关参数和技术标准，必须严格遵循钢结构设计规范和图纸要求，运用Tekla软件开展钢结构的三维建模工作，对构件构造进行优化，然后呈报给建设方和设计方进行审核。建筑方依据生产设施状况、作业场地条件，同时兼顾物流需求、起吊性能及部署细节等，选定适宜的模块化部件。借助专用的钢结构精密设计绘图工具，完整呈现构件的总体形态，详细标注各组成部件的规格参数及装配要求，明确展示部件之间的组合方式，确保制造与施工人员能够依据图纸准确把握构造规范和设计理念，顺利实施工厂内的构件加工以及现场的整体组装。

图9  新屋顶钢结构深化图

新屋顶的钢结构主梁由三节不同横截面的H型钢材组成，这些钢材通过高强度的螺栓组合在一起，为了确保钢梁安装过程安全并且稳固，项目部门计划实施两种不同的方法，要么先吊装到位再进行连接，要么先连接好再整体吊起，通过对比安全程度、经济花费以及工程周期，具体内容参见表格三。

根据审查，新制的钢结构横梁先被运到南边的空旷地带进行组合，组合工作结束后再实施整体提升，使用了一台四百吨级的起重设备，其作业范围是五十米，臂架的伸展距离达到七十五米，这台设备单次的承载能力是十二点九吨，组合好的钢梁重量为七点零二吨，将分布不均因素和吊索具的重量纳入计算，得出构件的核算重量是九点七七五吨，实际载荷与额定载重的比例大约是七十五点七七%，符合提升作业的技术标准。钢结构屋顶吊装前，需依据钢结构深化模型，开展钢结构施工模拟预拼装，并实施全过程施工预演。在模拟预演环节，既要保证构件定位精准无误，又要能提前识别潜在问题，及时制定解决方案。此举旨在保障钢结构安装顺利进行，防止出现返工现象。钢结构施工模拟流程的示意图已呈现。

图10  新屋顶钢结构吊装模拟图

图11  新屋顶施工完成图

结语

钢结构厂房因其建设周期短、结构重量小、抗灾能力强、资源消耗低等优势，被广泛采用，在建筑行业持续发展的背景下，许多此类厂房需要实施更新换代工程。本文聚焦于设备安全运行前提下的厂房屋顶施工，从搭建室内作业平台及设备遮蔽设施、清除旧顶、安装新顶这三个环节展开探讨，旨在为同类工程提供借鉴思路。