許 可

海洋石油工程股份有限公司設(shè)計公司

成品支吊架在極寒地區(qū)LNG項目中的設(shè)計及應(yīng)用

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本文對極寒地區(qū)LNG項目中成品支吊架的使用原因、適用性、耐低溫、強度計算、設(shè)計流程進行說明，同時將成品支吊架及傳統(tǒng)焊接支吊架的經(jīng)濟性對比進行了比較，為后續(xù)國內(nèi)類似環(huán)境下類似項目提供了參考。

極寒地區(qū)；成品支吊架；支架強度；成本對比

1 概述

本文涉及項目位于北極極寒地區(qū)，嚴酷的低溫環(huán)境（-50℃），國內(nèi)支架安裝沒有類似低溫環(huán)境使用的先例。同時，由于項目工期緊張，為節(jié)省人力和工期，考慮使用成品支吊架方案應(yīng)運而生。

就整個電氣安裝施工方案而言，支吊架承擔著不可替代的作用，是電氣連接實現(xiàn)的橋梁，支吊架方式的不同決定了其承載能力、施工質(zhì)量及施工進度的差異，而安裝方法的不同也使安裝工程呈現(xiàn)出多樣性和靈活性。

在建的絕大部分LNG項目中，基本使用傳統(tǒng)支吊架。傳統(tǒng)支吊架是用角鋼、槽鋼等焊接制作成型，然后將其與鋼結(jié)構(gòu)焊接固定，形成支撐系統(tǒng)，這種方式取材方便，材料成本低。

隨著科技的進步和發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)項目建造標準要求逐漸提高、人工成本增加、清潔施工、項目快速推進等因素影響，成品支吊架隨之應(yīng)運而生并體現(xiàn)出出巨大的優(yōu)勢和市場前景。

2 成品支吊架的優(yōu)勢

成品支吊架一般為用外形為U型、內(nèi)含鎖緊鋸齒的冷彎高強槽鋼及其多種連接件快速組裝的支架，材質(zhì)分為不銹鋼、熱浸鋅和電鍍鋅，均為批量生產(chǎn)，產(chǎn)品均為標準件。主要優(yōu)點有：

(1)支架選型采用專業(yè)計算軟件，避免傳統(tǒng)支吊架選型時的盲目及全憑經(jīng)驗的老辦法。由于所有配件基本均為標準件，承載力、強度等參數(shù)基本根據(jù)材料已經(jīng)定型，計算速度快，結(jié)果可靠。

(2)所有連接件與槽鋼可實現(xiàn)拼裝構(gòu)件的剛性配合，精確定位，可方便的進行拆改和調(diào)整，后續(xù)更換，維護非常方便。

(3)各專業(yè)良好的兼容性，節(jié)省空間。充分利用空間，共架設(shè)計，可使各專業(yè)得以良好的協(xié)調(diào)

(4)施工效率高，是傳統(tǒng)焊接支架安裝效率的6倍，在符合管理規(guī)范的前提下，各專業(yè)和工種可以交叉作業(yè)，大大提高工效，縮短支吊架的安裝工期。

(5)清潔施工，現(xiàn)場無需焊接和鉆孔，最大程度降低現(xiàn)場動火焊接作業(yè)，提高了安全性。

(6)外形美觀，整齊。

3 耐低溫及強度驗證

本項目使用的成品支吊架是國際知名品牌，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，316L不銹鋼即支吊架本體可耐受-50℃低溫，對于射釘、斷口密封膠等均通過了低溫實驗，并取得低溫實驗證書。

對于支架強度除根據(jù)SNiP_2.01.07考慮靜態(tài)電纜自重、托架自重、支架自重、維修載荷（100kg）、雪載（本項目為2.8 kN/m2）、風載（X向0.1 kN/m，y向0.08 kN/m）、冰載（0.05kN/m2）等載荷外，也考慮了從國內(nèi)至北極的海運動態(tài)工況（船體加速度）。

因為本項目采用快速射釘作為固定點，射釘?shù)奶攸c是上下震動及抗拉性非常好，但是側(cè)向剪切力受力情況相比較傳統(tǒng)焊接式支架不理想。因此，海運工況不僅考慮船體加速度，還要對模塊層高，支架朝向、形式進行不同的計算以考慮加強方案。

加強方案主要有額外斜撐固定及間斷性使用焊接支架。

4 設(shè)計流程

(1)根據(jù)項目實際需求，設(shè)計托架路徑，出版相應(yīng)布置圖。

(2)結(jié)合托架路徑設(shè)計，進行電纜選型，布線設(shè)計，出版布線圖及電纜載荷計算。

(3)根據(jù)托架附近結(jié)構(gòu)特征，初步托架和電纜載荷設(shè)計支架形式。

(4)路徑完善后，根據(jù)電纜自重、托架自重、支架自重、維修載荷、雪載、風載（X向、冰載，復(fù)核支架載荷，確定支架形式，包括懸臂、橫擔長度及材質(zhì)。

(5)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點考慮是否有對尤其是防腐油漆或防火漆影響，確定支架固定形式，如射釘、梁夾或提前焊接連接片。

(6)根據(jù)支架載荷和支架安裝、固定形式，根據(jù)海運過程中的船體各方向加速度，針對不用位置、不同朝向、不同形式的支架做整體校核，對于薄弱處考慮額外斜撐固定及間斷性使用焊接支架方案。

(7)出版計算書及相應(yīng)圖紙。(8)出具材料使用清單。

5 施工方案注意事項

(1)成品支吊架由于結(jié)構(gòu)形式為拼接式，且為成品件，對于不同形式需要進行強度計算。相比于傳統(tǒng)支架，計算相對繁瑣，但在材料的使用上可以達到最優(yōu)。

(2)成品支吊架底座與結(jié)構(gòu)有不同的連接方式，一種為焊接式，部分廠家稱之為Grid系統(tǒng)，形式如圖：

(3)底座可提前與結(jié)構(gòu)進行焊接，而且可以根據(jù)項目實際情況，鋼結(jié)構(gòu)項目大量提前焊接，并統(tǒng)一進行防腐處理解決人工。

另外一種為射釘/梁夾連接，本項目使用的某廠家火藥射釘，此類連接方式可以完全避免焊接作業(yè)，根據(jù)需求使用，降低材料成本。但不推薦大面積使用，這是由于目前市面射釘類產(chǎn)品，橫向剪切受力較小，可適用于小范圍，且不存在震動的場合，如果需要大面積使用，最好與焊接式支架穿插安裝，已保證水平溫度。梁夾使用應(yīng)視是否影響結(jié)構(gòu)防腐或油漆系統(tǒng)等具體要求進行使用，但不推薦在存在水平震動區(qū)域使用。

6 結(jié)論

根據(jù)本項目使用支架數(shù)量，現(xiàn)將傳統(tǒng)支架及成品支吊架材料成本對比，經(jīng)對比，如按照現(xiàn)有20萬套支架（包括18萬套F形，2萬套門形）來統(tǒng)計，采用傳統(tǒng)支吊架的綜合經(jīng)濟成本約為1.62億元，采用成品支吊架的綜合經(jīng)濟成本約為1.79億元，相差約為1700萬元?？紤]到傳統(tǒng)支吊架的工序較多，流程復(fù)雜，有很多非可控因素以及大量施工輔料的損耗，本人認為最終兩種方式的總體費用會比較接近，但是=成品支吊架安裝施工周期卻大大減少，共計減少40萬人工時。無形中可節(jié)省大量的場地資源，如場地占用，吊車占用等資源。

成品支吊架作為新的支架種類，其多項性能優(yōu)于傳統(tǒng)支吊架系統(tǒng)，在石化、海洋平臺、陸地LNG以及極寒等惡劣環(huán)境下可考慮使用。