160000m3 LNG 儲(chǔ)罐穹頂預(yù)制胎架CAD 放樣

姚凡強(qiáng)

中石化第十建設(shè)有限公司 山東青島 266500

廣西液化天然氣（LNG）項(xiàng)目160000m3儲(chǔ)罐穹頂鋼結(jié)構(gòu)為球形拱頂網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，是LNG 儲(chǔ)罐的主要組成部分之一，其曲率半徑為81644mm、底部直徑為82000mm，為大跨度鋼結(jié)構(gòu)，由徑向梁、環(huán)向梁和中心環(huán)組成。其中，徑向梁共有96 根，環(huán)向梁分為7 圈，中心環(huán)1 個(gè)。徑向梁根據(jù)長(zhǎng)度不同分為①、②、③三種梁，其中①梁24 根、②梁24 根、③梁48 根；環(huán)向梁由外到內(nèi)分為L(zhǎng)1（96 根）、L2（96根）、L3（96 根）、L4（96 根）、L5（96 根）、LR1（48 根）、LR2（24 根）。穹頂結(jié)構(gòu)及分片圖見(jiàn)圖1。

目前國(guó)內(nèi)大型LNG 儲(chǔ)罐穹頂?shù)氖┕ぶ饕袃煞N方法：一是采用單根梁直接在罐內(nèi)進(jìn)行組裝；二是先預(yù)制成片，后進(jìn)行吊裝安裝。為響應(yīng)公司“模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化”施工的要求，廣西液化天然氣項(xiàng)目部采用第二種方法進(jìn)行穹頂?shù)氖┕?，加大預(yù)制深度，減少后期安裝高空作業(yè)的危險(xiǎn)性。

根據(jù)對(duì)其他LNG 項(xiàng)目的施工了解，穹頂預(yù)制基本分三種不同方法：第一種為12 大片，12 小片；第二種為12大片，12 小片（帶側(cè)翼，即一側(cè)增加環(huán)向梁）；第三種為24等片。根據(jù)青島LNG 項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)，以及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，廣西LNG 項(xiàng)目采用第二種方法進(jìn)行預(yù)制，最大化地加深預(yù)制深度。因此，穹頂預(yù)制胎架的尺寸直接決定著穹頂?shù)念A(yù)制尺寸和預(yù)制質(zhì)量，需根據(jù)穹頂圖紙尺寸采用CAD 對(duì)胎架的尺寸進(jìn)行精確放樣，來(lái)保證胎架尺寸的精準(zhǔn)性。

以大穹頂片預(yù)制胎架為例來(lái)介紹胎架的尺寸放樣。大穹頂片組裝圖見(jiàn)圖2。其中大穹頂片徑向梁包括①梁2根、②梁2 根、③梁1 根；環(huán)向梁L1（4 根）、L2（4 根）、L3（4根）、L4（4 根）、L5（4 根）、LR1（2 根）、LR2（1 根）。

圖2 穹頂大片組裝結(jié)構(gòu)示意圖

1 放樣原理

由于穹頂為球形拱頂，穹頂片除中間的徑向梁在水平位置上，其余4 根的位置均是在圓上旋轉(zhuǎn)一定角度后確定，導(dǎo)致穹頂?shù)膹较蚝蜋M向方向上均為圓弧形，預(yù)制胎架在放樣時(shí)必須與穹頂一樣徑向和橫向也為圓弧形。所有方向上弧線均可看作為圓弧，因此通過(guò)穹頂梁的弧形結(jié)構(gòu)截面圖，做半徑線和垂線確定胎架立柱點(diǎn)所在的相關(guān)切面圓；再通過(guò)將穹頂梁在切面上展開(kāi)的方法，分別確定穹頂預(yù)制胎架的長(zhǎng)度、立柱的具體位置，以及立柱的間距和高度，最終綜合所有數(shù)據(jù)得出整個(gè)預(yù)制胎架的尺寸。

根據(jù)圖2，穹頂片為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，則預(yù)制胎架也同樣為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。穹頂梁截面圖中的數(shù)據(jù)為中心位置處的數(shù)據(jù)，同一排立柱中，兩側(cè)對(duì)稱立柱的間距和高度相同。放樣的難點(diǎn)在于除中間立柱外，如何確定其余4 根立柱的位置和尺寸。

2 放樣步驟

2.1 穹頂結(jié)構(gòu)繪制

（1）由于預(yù)制胎架是基于穹頂徑向梁進(jìn)行放樣，因此根據(jù)圖紙尺寸，采用CAD 繪制穹頂徑向梁結(jié)構(gòu)截面圖，其弧形曲率半徑為81644mm。

（2）由于穹頂高度為10799mm，需將穹頂梁實(shí)際放平成為拱形進(jìn)行組裝，因此預(yù)制胎架為拱形胎架。

（3）根據(jù)其他LNG 項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)，由于穹頂外側(cè)還有一層6mm 厚的蒙皮板需要進(jìn)行焊接，外側(cè)需滿焊，焊接量大。為防止焊接導(dǎo)致穹頂變形，保證穹頂焊后的幾何尺寸，在徑向梁弧長(zhǎng)不變的前提下，需將穹頂拱高增大50mm。采用CAD 放樣得出拱高加大后的穹頂梁的曲率半徑為80075mm，以此曲率半徑進(jìn)行預(yù)制胎架的放樣。

（4）測(cè)量拱形內(nèi)弦長(zhǎng)為39876mm，此長(zhǎng)度即為胎架的整體投影長(zhǎng)度。

2.2 立柱位置的選擇

（1）穹頂梁結(jié)構(gòu)圖繪制完成后，根據(jù)圖紙尺寸，標(biāo)出每圈環(huán)向梁的位置。由于穹頂梁曲率半徑已變化，但徑向梁總體弧長(zhǎng)不變，為保證環(huán)向梁位置焊后與實(shí)際圖紙相符，環(huán)向梁采用測(cè)量弧長(zhǎng)的方法進(jìn)行定位。

（2）為便于環(huán)向梁安裝，選擇以每根徑向梁的中心距離環(huán)向梁800mm 的位置處各設(shè)置一個(gè)預(yù)制胎架立柱，共7 個(gè)；為保證后期穹頂仰臉焊接施工，需在穹頂梁兩端額外各設(shè)置一個(gè)立柱增加穹頂高度。

（3）7 個(gè)立柱點(diǎn)在徑向梁截面圖上標(biāo)出后，以每個(gè)點(diǎn)向徑向梁弦長(zhǎng)上引垂線，垂點(diǎn)之間的距離為立柱的間隔距離。

（4）立柱總數(shù)共設(shè)置9 個(gè)，由大端至小端編號(hào)依次為A、B、C、D、E、F、G、H、I。

2.3 預(yù)制胎架立柱位置放樣

（1）預(yù)制胎架位置是指穹頂片俯視圖中每個(gè)支柱的具體位置，共9 排立柱（兩端各1 排），由大端至小端，前7排(A—G)每排5 根支撐立柱，第8 排(H)3 根立柱，最后一排（I）2 根立柱。

（2）每排立柱之間的距離已經(jīng)確定，每排立柱相互之間的距離也采用放樣進(jìn)行確定。由于整個(gè)穹頂為球形拱頂結(jié)構(gòu)，因此立柱位置應(yīng)在立柱點(diǎn)所在的球形切面上。

（3）在穹頂截面圖中，從每排立柱點(diǎn)的位置向圓的中心線引垂線，測(cè)量出每個(gè)立柱點(diǎn)到中心線的距離。此距離為立柱點(diǎn)所在的切面半徑，依次將9 個(gè)立柱點(diǎn)所在切面的半徑在圖上標(biāo)出，具體如圖3 所示。

圖3 胎架立柱位置總圖

（4）以每個(gè)立柱點(diǎn)所在的球形切面半徑畫(huà)圓，并按圖紙徑向梁安裝方位將圓96 等分。由于穹頂片由5 根徑向梁組成，選取其中5 條等分線，這5 條等分線與圓的交點(diǎn)就是同一排立柱各自所在的位置。

（5）由于拱頂?shù)那蛐谓Y(jié)構(gòu)，每排的立柱點(diǎn)均在一條弧形線上。為便于胎架的制作，實(shí)際制作時(shí)立柱在同一直線上；繪制完成后，作中間一點(diǎn)的切線，并將其余4 條等分線分別延長(zhǎng)至切線上，交點(diǎn)為立柱位置；將交點(diǎn)之間的距離標(biāo)出，即為實(shí)際立柱之間的間距。以此類推，按照同樣的方法確定8 排立柱的位置（最外端立柱A 除外）。

（6）為保證穹頂片最外端成型后的弧度，此處的立柱位置采用弧線，按照上述第（4）條的方法將5 個(gè)立柱點(diǎn)的位置在圖上標(biāo)出。

（7）所有立柱位置確定完成后，根據(jù)每排立柱之間的間距，以及同一排立柱相互之間的間距，可以繪制出整個(gè)穹頂預(yù)制胎架的俯視圖。

2.4 穹頂胎架立柱高度放樣

（1）在穹頂徑向梁截面圖中，每個(gè)立柱點(diǎn)與弦長(zhǎng)的垂線為中間立柱的高度。

（2）由于穹頂?shù)那蛐谓Y(jié)構(gòu)，立柱的高度并成一弧形。因此其余立柱的高度放樣采用切面展開(kāi)的方法進(jìn)行，將每個(gè)立柱點(diǎn)與弦長(zhǎng)的垂線延長(zhǎng)至與弦長(zhǎng)平行的直徑上，此距離為立柱高度方向所在切面的半徑。

（3）測(cè)量每排立柱所在切面的半徑，然后各以此長(zhǎng)度為半徑畫(huà)圓，在圓上取一點(diǎn)沿半徑向中心方向畫(huà)出中間支柱的高度，然后作此直線的垂線并與圓相交。以中間立柱高度為基準(zhǔn)畫(huà)水平線與圓相交，然后根據(jù)上述2.3 第（5）條方法所繪制出的立柱間距，將中心柱所在的直線按間距距離分別向兩側(cè)進(jìn)行偏移。偏移位置為其余立柱的位置，每個(gè)立柱點(diǎn)垂點(diǎn)和與圓的交點(diǎn)之間的尺寸為該位置立柱的高度。以立柱F 為例：其立柱點(diǎn)與弦長(zhǎng)的垂線（即中間支柱高度）為2417mm，半徑為79971mm，相鄰立柱的間距分別為1188mm 和1199mm。根據(jù)此尺寸可確定其余4 根立柱的高度為2408mm 和2381mm。以此類推，可確定其他位置立柱的高度。

（4）放樣完成后，如圖4 中B、C、D、E、F、G、H 立柱的高度已經(jīng)確定，胎架的兩端置于水平面上。但為便于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行穹頂仰臉焊接，需增加所有立柱的高度，增加的高度為圖4 中A、I 中間位置立柱的高度，并根據(jù)上述方法確定其余立柱的高度。

圖4 預(yù)制胎架俯視圖

（5）所有立柱的位置和尺寸確定后，將尺寸在胎架圖上標(biāo)明。至此，穹頂預(yù)制胎架放樣全部完成。

3 結(jié)論

在廣西LNG 工程項(xiàng)目部的實(shí)際施工中，經(jīng)測(cè)量，采用CAD 放樣制作的穹頂預(yù)制胎架，其立柱與穹頂梁的位置和尺寸偏差僅為0～2mm，完全滿足了穹頂?shù)念A(yù)制要求。預(yù)制后的幾何尺寸滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求，達(dá)到控制整體質(zhì)量的目的，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工具有良好的指導(dǎo)作用。