160000m3 LNG 儲罐穹頂預制胎架CAD 放樣

姚凡強

中石化第十建設有限公司 山東青島 266500

廣西液化天然氣（LNG）項目160000m3儲罐穹頂鋼結構為球形拱頂網殼結構，是LNG 儲罐的主要組成部分之一，其曲率半徑為81644mm、底部直徑為82000mm，為大跨度鋼結構，由徑向梁、環向梁和中心環組成。其中，徑向梁共有96 根，環向梁分為7 圈，中心環1 個。徑向梁根據長度不同分為①、②、③三種梁，其中①梁24 根、②梁24 根、③梁48 根；環向梁由外到內分為L1（96 根）、L2（96根）、L3（96 根）、L4（96 根）、L5（96 根）、LR1（48 根）、LR2（24 根）。穹頂結構及分片圖見圖1。

目前國內大型LNG 儲罐穹頂的施工主要有兩種方法：一是采用單根梁直接在罐內進行組裝；二是先預制成片，后進行吊裝安裝。為響應公司“模塊化、標準化”施工的要求，廣西液化天然氣項目部采用第二種方法進行穹頂的施工，加大預制深度，減少后期安裝高空作業的危險性。

根據對其他LNG 項目的施工了解，穹頂預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（帶側翼，即一側增加環向梁）；第三種為24等片。根據青島LNG 項目的施工經驗，以及現場的實際情況，廣西LNG 項目采用第二種方法進行預制，最大化地加深預制深度。因此，穹頂預制胎架的尺寸直接決定著穹頂的預制尺寸和預制質量，需根據穹頂圖紙尺寸采用CAD 對胎架的尺寸進行精確放樣，來保證胎架尺寸的精準性。

以大穹頂片預制胎架為例來介紹胎架的尺寸放樣。大穹頂片組裝圖見圖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 穹頂大片組裝結構示意圖

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一定角度后確定，導致穹頂的徑向和橫向方向上均為圓弧形，預制胎架在放樣時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，因此通過穹頂梁的弧形結構截面圖，做半徑線和垂線確定胎架立柱點所在的相關切面圓；再通過將穹頂梁在切面上展開的方法，分別確定穹頂預制胎架的長度、立柱的具體位置，以及立柱的間距和高度，最終綜合所有數據得出整個預制胎架的尺寸。

根據圖2，穹頂片為對稱結構，則預制胎架也同樣為對稱結構。穹頂梁截面圖中的數據為中心位置處的數據，同一排立柱中，兩側對稱立柱的間距和高度相同。放樣的難點在于除中間立柱外，如何確定其余4 根立柱的位置和尺寸。

2 放樣步驟

2.1 穹頂結構繪制

（1）由于預制胎架是基于穹頂徑向梁進行放樣，因此根據圖紙尺寸，采用CAD 繪制穹頂徑向梁結構截面圖，其弧形曲率半徑為81644mm。

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

（3）根據其他LNG 項目的施工經驗，由于穹頂外側還有一層6mm 厚的蒙皮板需要進行焊接，外側需滿焊，焊接量大。為防止焊接導致穹頂變形，保證穹頂焊后的幾何尺寸，在徑向梁弧長不變的前提下，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，以此曲率半徑進行預制胎架的放樣。

（4）測量拱形內弦長為39876mm，此長度即為胎架的整體投影長度。

2.2 立柱位置的選擇

（1）穹頂梁結構圖繪制完成后，根據圖紙尺寸，標出每圈環向梁的位置。由于穹頂梁曲率半徑已變化，但徑向梁總體弧長不變，為保證環向梁位置焊后與實際圖紙相符，環向梁采用測量弧長的方法進行定位。

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

（3）7 個立柱點在徑向梁截面圖上標出后，以每個點向徑向梁弦長上引垂線，垂點之間的距離為立柱的間隔距離。

（4）立柱總數共設置9 個，由大端至小端編號依次為A、B、C、D、E、F、G、H、I。

2.3 預制胎架立柱位置放樣

（1）預制胎架位置是指穹頂片俯視圖中每個支柱的具體位置，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確定，每排立柱相互之間的距離也采用放樣進行確定。由于整個穹頂為球形拱頂結構，因此立柱位置應在立柱點所在的球形切面上。

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

圖3 胎架立柱位置總圖

（4）以每個立柱點所在的球形切面半徑畫圓，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就是同一排立柱各自所在的位置。

（5）由于拱頂的球形結構，每排的立柱點均在一條弧形線上。為便于胎架的制作，實際制作時立柱在同一直線上；繪制完成后，作中間一點的切線，并將其余4 條等分線分別延長至切線上，交點為立柱位置；將交點之間的距離標出，即為實際立柱之間的間距。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 個立柱點的位置在圖上標出。

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

2.4 穹頂胎架立柱高度放樣

（1）在穹頂徑向梁截面圖中，每個立柱點與弦長的垂線為中間立柱的高度。

（2）由于穹頂的球形結構，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的方法進行，將每個立柱點與弦長的垂線延長至與弦長平行的直徑上，此距離為立柱高度方向所在切面的半徑。

（3）測量每排立柱所在切面的半徑，然后各以此長度為半徑畫圓，在圓上取一點沿半徑向中心方向畫出中間支柱的高度，然后作此直線的垂線并與圓相交。以中間立柱高度為基準畫水平線與圓相交，然后根據上述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進行偏移。偏移位置為其余立柱的位置，每個立柱點垂點和與圓的交點之間的尺寸為該位置立柱的高度。以立柱F 為例：其立柱點與弦長的垂線（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 立柱的高度已經確定，胎架的兩端置于水平面上。但為便于現場進行穹頂仰臉焊接，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，并根據上述方法確定其余立柱的高度。

圖4 預制胎架俯視圖

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

3 結論

在廣西LNG 工程項目部的實際施工中，經測量，采用CAD 放樣制作的穹頂預制胎架，其立柱與穹頂梁的位置和尺寸偏差僅為0～2mm，完全滿足了穹頂的預制要求。預制后的幾何尺寸滿足設計技術要求，達到控制整體質量的目的，對現場施工具有良好的指導作用。