工业建筑抽柱改造设计与施工技术浅析

刘旋

【摘要】本文作者结合工业厂房抽柱改造设计与施工的工程实例，主要介绍了工业建筑抽柱改造设计的施工工序、要求及安全控制方法等。

【关键词】工业建筑；抽柱设计；施工技术

引言

当前，大多数工业企业在考虑进一步扩大企业规模，需要对建筑用房进行改造时，一般都会想到通过抽除某些楼层的柱或墙来扩大使用空闯，这种方法就称为抽柱改造，它在目前的对工业建筑的改造中被应用得最为普遍。

一、工业建筑抽柱改造的环境分析

被改造的工业建筑一般都是既有建筑，具有稳定的承载结构体系。改造将破坏既有传力结构体系，通过新增结构构件再造承载结构体系。改造建筑现场空间有限，并受到工艺，设备的限制，再造结构体系的几何尺寸，形状必须适应环境建造，导致再造后的承载结构体系不能完全满足新设计结构标准，是非标准结构体系，包括结构形状、尺寸与支改造建筑实施过程的形状随时间变化，最终改造产品是确定性结构体系，可以按现行设计规范设计过程产品是时变性结构体系，必须按实施过程和时间，满足《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068--2001)的规定进行承载能力极限状态设计和必要时的正常使用状态验算，其设计验算结构按时问冻结法，将施工过程时变结构简化为最危险的几个状态的典型结构。

二、工业建筑抽柱改造设计

某工业厂房为两跨不等高厂房，因生产工艺革新，需要将中列立柱的12 m混凝土托架拓展为18 m跨。由于生产过程的连续性，改造要求少停产、不停产实施。显然，设计施工方案的原位施工性能至关重要，必须在满足企业生产工艺的前提下，综合考虑对原结构和生产的影响以及施工方便性，选择安全经济的结构设计与施工方案。

由于受现场条件限制，改造期间的工业建筑结构是随现场环境条件而逐渐变化、逐渐完善的时变结构，因此，厂房结构改造涉及改造最终产品的结构设计和施工过程设计。基于工业建筑改造环境条件，在调查研究现有结构状况基础上，本文分析研究了其设计施工技术，提出了原位制作18 m托架，然后抽柱的设计施工方案。下图2.1为该工业厂房的局部示意图。

图2.1 某厂房平面局部示意／mm

（1）抽柱后的18 m托架结构形式选择

现有12 m通道处，支撑屋架的为12m钢筋混凝土托架(图2.2)。原12 m托架不能拆除，所以设计利用原12 m托架改造为18 m钢筋混凝土与钢结构组合托架(图2.3)。

图2.2 12 m钢筋混凝土托架/m

图2.3 18 m钢筋混凝土与钢组合托架/m

（2） 18 m钢筋混凝土与钢组合托架设计

设计利用原12 m钢筋混凝土托架，通过外包钢的方式形成钢筋混凝土与钢组合18 m托架。18m托架理论计算模型为铰接杆系模型 (图2.3)。但由于该改造结构为型钢与原钢筋混凝土结构组合，支座制作现场实施，由此带来模型的不确定性，为控制由于模型不确定性带来的巨大风险，其设计采用最不利准则：设计模型=MAX{模型1，模型2，……模型n}。

三、施工工序要求与控制

3.1 施工工序要求

施工按照从下到上的顺序，依次进行基础加固。柱间支撑移位、柱扩截面加固、托换粱施工、柱切除等工序施工。托换梁施工是本工程的难点。由于托换梁是后加的，需待托换梁施工并能够完全承载时方可切除。施工托换梁时，梁纵筋、吊筋及预应力束均须穿过带抽立柱。由于穿孔钢筋较多，如一次性钻孔将对带抽立柱处截面造成较大的削弱。所以，在施工时采用分批跳跃穿孔植筋的方法，即按设计钢筋位置在柱侧面定位后，按每批3—4根进行穿孔植筋。钻孔时应跳孔进行，并立即穿过钢筋，钢筋穿孔后用植筋胶灌实，待植筋胶养护期满后再进行下一批植筋。托换梁纵筋穿过带抽立柱，两端钻孔植筋干相鄰的加固柱中。如果三根柱上相应的钢筋孔位不在一条直线上，则只能采用三根柱分别植筋并焊接的方法，必然影响托换梁的受力性能。本工程对钢筋孔进行了精确定位，实现了梁底纵筋连续无焊接。体外预应力施工要求比较高，施工时应严格遵守预应力张拉安全操作规程。此外该加固改造工程尚应注意以下几方面的要求：

(1)粱上钻孔采用取芯钻孔，孔径为60mm；

(2)粱上钻孔时应先测出粱内钢筋的位置，这样可以避免割断钢筋；

(3)张拉采用一端逐根张拉，群锚体系，张拉时应注意在粱两侧均匀张拉，这样才能避免出现偏心；

(4)工工序应该为先张拉钢绞线，然后再抽掉柱子。

3.2 抽柱改造施工控制

该工业厂房的建筑抽柱改造施工要严格按照施工工序要求，控制结构安全。

1、施工过程

(1)根据厂房改造的需要，首先要加固丙01线、丙04线立柱。

(2)做施工不完整托架及03线屋架临时支杆,如下图3.1所示。

图3.1制作不完整的18m托架

(3)截丙03上柱，完善托架，成带临时支杆托架，如下图3.2所示。

图3.2 带支杆的18m托架

(4)卸载拆除临时支杆，18 m托架承受荷载(图3.3)。

(5)拆除吊车梁后截丙03下柱。

(6)安装18m钢吊车梁。

图3.3 承载的18m托架

3.2 施工过程设计

施工过程设计计算模型如图3.4。采用前述设计施工方法，该项目施工完成后实测18m托架最大变形2mm，小于理论值5.9mm，达到钢结构工程施工质量验收规范要求。一年来的使用表明，该工业建筑抽柱改造效果较好。

图3.4 施工过程计算模型

四、结束语

工业建筑抽柱改造是集设计与施工一体的工程技术，需要从最终建筑产品设计和施工过程设计两个角度进行控制。在利用原有结构的基础上，选择可行的设计、施工方案。工业建筑抽柱改造施工过程是时变结构，选择最不利的结构状态、最不利荷载组合控制；工业建筑抽柱改造最终建筑产品设计，考虑现场制作的非标准支座类型，选择最大荷载效应的结构模型分析。

参考文献

[1]朱伯龙，刘祖华．建筑改造工程学[M].上海：同济大学出版社，1998．

[2]王光远．变结构力学[J]．土木工程学报，2000，33(6)．

[3]申跃奎等．某重型工业厂房的抽柱改造设计．建筑结构，2005，35(10).

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。