某軋鋼廠房的托梁拔柱改造設(shè)計(jì)

邵 同 平

(中冶南方工程技術(shù)有限公司技術(shù)研究院，湖北 武漢 430223)

某軋鋼廠房的托梁拔柱改造設(shè)計(jì)

邵 同 平

(中冶南方工程技術(shù)有限公司技術(shù)研究院，湖北 武漢 430223)

以某軋鋼廠房托梁拔柱改造工程為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及對(duì)原結(jié)構(gòu)的檢測(cè)評(píng)定，具體分析了該廠房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了運(yùn)用托梁拔柱進(jìn)行加固設(shè)計(jì)的施工方法，并作了詳細(xì)論述，為類似工程提供參考。

廠房，結(jié)構(gòu)，托梁拔柱，改造

1 工程概況

擬托梁拔柱的廠房為某軋鋼車間，建于1954年，整個(gè)軋鋼車間由兩跨組成，即加熱爐間(○Б 跨～○Д跨，跨度9 m)和均熱爐間(○Д 跨～○M跨，跨度32 m)，○Б列柱距為5 000 mm，○Д列柱距為15 000 mm，○M列柱距為5 000 mm，廠房平面尺寸為長(zhǎng)×寬=180 m×41 m。兩跨均設(shè)有吊車，其中加熱爐間設(shè)一臺(tái)起重量為10 t的軟鉤橋式吊車，均熱爐間設(shè)有3臺(tái)起重量均為10 t的夾鉗橋式吊車。廠房主體承重結(jié)構(gòu)○Д 跨～○M跨為鋼結(jié)構(gòu)(鋼柱、鋼屋架、鋼吊車桁架)，而○Б 跨～○Д 跨為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(預(yù)制鋼筋混凝土柱、預(yù)制鋼筋混凝土屋面梁、預(yù)制鋼筋混凝土吊車梁)，采用天然地基、獨(dú)立杯口基礎(chǔ)，屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)均為預(yù)應(yīng)力大型屋面板。為滿足工藝生產(chǎn)需要，擬對(duì)○M 列○20 線的鋼柱拔掉，因此必須進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。廠房的結(jié)構(gòu)平面布置見(jiàn)圖1，廠房的主排架見(jiàn)圖2。

2 前期準(zhǔn)備工作

2.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、收集原有設(shè)計(jì)資料

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研是托梁拔柱設(shè)計(jì)很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，目的是收集原有建筑物的資料和總的感性認(rèn)識(shí)。原有的工程資料主要包括設(shè)計(jì)資料和施工資料，設(shè)計(jì)資料包括各個(gè)專業(yè)的施工圖、計(jì)算書(shū)和設(shè)計(jì)變更等；施工資料包括施工記錄、驗(yàn)收記錄和各種施工質(zhì)量處理記錄等。

本工程由于建造年代久遠(yuǎn)以及后續(xù)的一些改擴(kuò)建項(xiàng)目的實(shí)施，使原有的建筑與最初的設(shè)計(jì)有了很大的區(qū)別，因此，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的工作對(duì)于指導(dǎo)托梁拔柱的設(shè)計(jì)和施工方案的選擇有相當(dāng)大的意義。同時(shí)，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，施工資料已經(jīng)遺失，而設(shè)計(jì)資料基本保持完好，所以，仔細(xì)讀懂圖紙的設(shè)計(jì)意圖就成了托梁拔柱設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。

2.2 原有結(jié)構(gòu)的檢測(cè)和評(píng)定[1，2]

為了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)較嚴(yán)重的損傷和缺陷，或者改變?cè)薪ㄖ锏氖褂霉δ?，或者延長(zhǎng)其使用壽命，在托梁拔柱設(shè)計(jì)前，都必須對(duì)原有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行專門的檢測(cè)和安全評(píng)定，為設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。

建設(shè)方委托了相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)現(xiàn)有建筑的施工質(zhì)量及現(xiàn)狀進(jìn)行全面檢測(cè)，結(jié)果表明：1)現(xiàn)有廠房在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，做了局部的延長(zhǎng)、吊車梁更換以及吊車型號(hào)變化，基本的承重結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有大的變化；2)混凝土原設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為200號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)采用回彈法對(duì)柱、梁、基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，又用取芯法對(duì)柱的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，并在測(cè)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行了強(qiáng)度修正，得到的混凝土強(qiáng)度等級(jí)基本滿足原設(shè)計(jì)要求；3)檢測(cè)中未發(fā)現(xiàn)混凝土構(gòu)件明顯的裂縫、鋼筋銹蝕、混凝土剝落，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本完好；4)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件防腐情況較好，未出現(xiàn)大面積的涂層脫落和明顯返修，構(gòu)件之間的連接未發(fā)現(xiàn)連接松動(dòng)、脫落、開(kāi)裂現(xiàn)象，構(gòu)件的局部損傷對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)體系影響不大；5)鋼結(jié)構(gòu)承重體系(鋼框架系統(tǒng)、屋蓋系統(tǒng)、吊車梁系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu))完備，整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)未觀察到明顯的不均勻沉降和傾斜。

檢測(cè)結(jié)果評(píng)定：原有結(jié)構(gòu)在使用多年及環(huán)境條件腐蝕下，部分構(gòu)件存在現(xiàn)行規(guī)范允許內(nèi)的偏差、缺陷和損傷，整個(gè)結(jié)構(gòu)基本是適合繼續(xù)承載以滿足生產(chǎn)需要的，因此，可以適當(dāng)延長(zhǎng)其使用壽命。

3 托梁拔柱設(shè)計(jì)

3.1 廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

由于均熱爐間的廠房高度特別高(檐口標(biāo)高為21.658 m)，吊車輪壓大(最大輪壓314 kN)，而整個(gè)廠房跨數(shù)為雙跨(其中加熱爐跨為低跨，均熱爐間為高跨)，為使高跨有較大的橫向剛度，設(shè)計(jì)時(shí)把鋼柱與屋架的連接設(shè)計(jì)為剛接。從這個(gè)軋鋼廠房平面圖中可以看出，采用了分離式的柱網(wǎng)布置，列柱形成柱距很大的剛接主排架，其他行線為副剛架，為更好的承受水平荷載，這種平面布置的廠房排架結(jié)構(gòu)在分析計(jì)算時(shí)，必須考慮空間工作計(jì)算才更符合實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)合理，為此，原有的屋蓋結(jié)構(gòu)布置了剛強(qiáng)的縱向支撐，以保證廠房結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定并足夠傳遞縱向力。因此，列線的鋼柱拔掉后，屋面結(jié)構(gòu)有足夠的剛度而不必加固。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，低跨(披跨)柱頂?shù)目箓?cè)剛度大于高跨剛架在低跨橫梁連接處抗側(cè)剛度的1/20，因此，披跨必須參與計(jì)算[3]。

從以上分析可知，該廠房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為不等高的抽柱的剛接鋼排架結(jié)構(gòu)。對(duì)于本次托梁拔柱項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)計(jì)算單元的選取參見(jiàn)圖1的陰影部分，計(jì)算單元的計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3。

3.2 施工方法

該工程的托梁拔柱設(shè)計(jì)，按不揭屋蓋的方案進(jìn)行施工，該方法加固工作量最小、最方便且較經(jīng)濟(jì)，即在結(jié)構(gòu)負(fù)荷狀態(tài)下加固。由于在負(fù)荷狀態(tài)下加固，對(duì)原有結(jié)構(gòu)和連接在加固施工時(shí)的應(yīng)力(或承載能力)應(yīng)有所要求，以保證加固安全，要求原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力富余20%或以上[4]；在負(fù)荷狀態(tài)下加大角焊縫的厚度時(shí)，原有的焊縫在扣除焊接熱影響區(qū)長(zhǎng)度后的承載能力，應(yīng)不小于

外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力；同時(shí)要求構(gòu)件沒(méi)有嚴(yán)重破壞(破損、變形、撓曲等)，也要有嚴(yán)格的施工技術(shù)方案措施和質(zhì)量要求保證。

3.3 基礎(chǔ)加固

為滿足地基承載力要求及控制豎向不均勻沉降，經(jīng)驗(yàn)算表明，基礎(chǔ)底面積和配筋均不滿足規(guī)范要求，為此，需加大基礎(chǔ)底面積，寬度方向每邊增加350 mm，長(zhǎng)度方向每邊增加500 mm，同時(shí)把基礎(chǔ)底板的厚度增加150 mm?；A(chǔ)加固見(jiàn)圖4。

3.4 鋼排架柱加固

對(duì)于拔柱后按圖3所示的計(jì)算簡(jiǎn)圖，○M 列柱的總的抗側(cè)剛度減小(柱數(shù)少了)了，因此，分配到○Б ，○Д 列柱的水平力就相應(yīng)增加；同時(shí)對(duì)于○M 列柱，由于加固后，柱的剛度肯定要變化，因此，加固后計(jì)算單元的各排架柱的剛度比最好大致不變。按這個(gè)設(shè)計(jì)思路的計(jì)算表明，○Б 列柱不加固即能滿足要求，○Д 列柱只加固上柱即能滿足要求，而○M 列柱則要全截面加固才能滿足要求，同時(shí)，這也印證了這種平面布置的框排架結(jié)構(gòu)主排架的抵抗橫向水平力的能力。

鋼柱截面的加固要考慮到便于安裝施工與防腐維護(hù)，盡量不要損壞原有結(jié)構(gòu)，進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)施工時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)零件在柱長(zhǎng)度范圍內(nèi)與橫向加勁肋或綴材相碰處，一般應(yīng)將加勁肋或綴材割去，待補(bǔ)強(qiáng)后再將其恢復(fù)[5]。

對(duì)柱腳的驗(yàn)算表面，柱腳不用補(bǔ)強(qiáng)即能滿足設(shè)計(jì)要求。

如圖5所示為○M 列○20 線的鋼柱拔掉后，按不等高剛接框排架計(jì)算[6]，得到的○18 線鋼柱下柱及上柱截面加固補(bǔ)強(qiáng)示意圖。

3.5 托架加固

托架的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，要求能夠把屋面荷載向柱子安全可靠傳遞。如前所述，在○M 柱頂，鋼柱與每榀屋架的連接均設(shè)計(jì)為剛接，在此節(jié)點(diǎn)上存在著較大的彎矩，當(dāng)把○M 列○20線鋼柱下柱截?cái)?，保留上柱并兼作托架的豎直腹桿后，彎矩同樣無(wú)法消除，因此，設(shè)計(jì)托架時(shí)必須考慮把托架設(shè)計(jì)成空間桁架結(jié)構(gòu)抗扭以抵抗這部分彎矩，同時(shí)在設(shè)計(jì)旁邊的鋼柱時(shí)，應(yīng)考慮這部分彎矩產(chǎn)生的影響。如圖6所示為托架示意圖。

4 結(jié)語(yǔ)

該廠房通過(guò)用托梁拔柱的方法進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，完全滿足了工藝調(diào)整后的運(yùn)行要求，交付使用后，情況良好。采用托梁拔柱的設(shè)計(jì)方案，較之直接拆除，既節(jié)約投資，又縮短工期，達(dá)到了投資方的預(yù)期目的，受到業(yè)主好評(píng)，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，能給此類工程提供一定借鑒，產(chǎn)生良好的社會(huì)效益。

[1] CECS 77∶96，鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[S].

[2] YB 9257-56，鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)評(píng)定及加固技術(shù)規(guī)程[S].

[3] S09-78,冶金工業(yè)廠房鋼筋混凝土柱設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[4] 趙熙元.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)(下)[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1995:389.

[5] 陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京:科學(xué)出版社，2005:450-457.

[6] 羅邦富,魏明鐘,沈祖炎.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1989:118-126.

The supporting beam and removing column transformation design of a steel rolling plant

SHAO Tong-ping

(TheTechnicalResearchInstitute,MCCSouthernEngineeringTechnologyLimitedCompany,Wuhan430223,China)

Taking a steel rolling plant supporting beam and removing column transformation project as an example, through the field investigation and detection and evaluation to original structure, analyzed in detail the structure characteristics of plant, put forward the construction method using the supporting beam and removing column to strengthen design, and discussed in detail, provided reference for similar engineering.

plant, structure, supporting beam and removing column, transformation

1009-6825(2014)28-0027-03

2014-07-28

邵同平(1972- )，男，高級(jí)工程師

TU318

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