某化工装置主厂房的改造设计

朱银鹰 杨卫凯 中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院 吉林 132002

技术改造

某化工装置主厂房的改造设计

朱银鹰*杨卫凯 中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院 吉林 132002

介绍在原有高层钢筋混凝土工业厂房内增加大型设备支撑结构的方案及构造处理方法。

支撑结构方案构造处理

1 工程概况

某化工装置扩建工程于2007年设计并施工。其中，主装置厂房是该工程的主要建筑物。建筑面积5357 m2，7层，高度32.5 m，主体结构为钢筋混凝土框架结构，桩基础。主体结构施工于2007年末完成并开始设备安装，2008年4月设备安装基本结束，准备试车前的外方审查，审查中发现安装在第5层，标高18.5 m的大型设备K101的安装标高低了2.8 m，将直接影响工艺流程，造成装置不能顺利开车。该设备操作重接近100 t，属于塔类高耸设备。支撑结构抬高2.8 m，难度大，结构安全不易保证，工艺流程上解决不但需要增加设备，而且增加运行成本，经过综合分析比较，决定由结构专业采取措施来解决。

2 结构设计方案的确定

确定结构设计方案的关键在于保证结构受力明确、安全合理，节点处理简单、可靠和施工方便。原有设备所在位置的梁柱布置见图1。

图1 ▽18.480梁平面模板图

大型高耸设备的支撑结构，一般采用钢筋混凝土结构更合理，因为混凝土结构的稳定性非常好，但由于该设备已经就位，支撑结构如果采用混凝土结构，土建施工和设备安装都存在很多问题，很难实现。如果在原有K101设备支撑梁上起2.8 m钢框架，来支撑近100 t重的设备，也存在问题，首先是梁上起钢柱，柱脚节点不能保证刚性连接，钢结构虽然强度很高，能够满足承载力要求，但钢结构的稳定性很差，尤其是支撑这种重要的设备，采用钢支架，结构安全无法保证。经过反复研究论证，决定采取混凝土与钢结构混合结构，来承担设备荷载，既利用K101设备所在跨内的四个混凝土框架柱，在标高21.3 m处设置钢结构支撑平台，K101设备直接支撑在标高21.3 m钢梁上。见图2。

图2 ▽21.300钢梁平面布置图

该处理方案的特点:受力明确而且直接，设备荷载通过最短的路径传递给柱子;充分利用混凝土框架柱的优势，既受压能力强，稳定性好，也充分利用了钢结构的优势，抗弯承载能力强，施工和设备安装方便。同时通过设置水平支撑解决了钢结构稳定性差的问题。该方案的最大难点就是节点的设计和施工。

3 结构计算

增加一个结构标准层，钢梁按照交叉梁系布置，使设备荷载尽量均匀地传递到四个框架柱上，钢梁与混凝土柱的连接节点很难做到刚接，计算时将钢梁与混凝土柱的连接节点设置为铰接，通过SATWE结构分析软件计算，原有框架梁柱完全满足承载力和变形要求。但由于在标高21.3 m处增加了一个结构层，致使框架柱在标高18.5～21.3 m之间形成了短柱，短柱及新增节点的核心区不能满足抗震规范的构造要求，需要进行抗震加固。

4 节点及短柱加固设计

节点的设计结合短柱的加固同时考虑，采用湿式外包钢加固法，在柱四角包L100×12角钢，角钢穿过短柱下部节点的楼板，在紧贴梁底的位置设置扁钢箍，角钢上部包至新增钢梁与混凝土柱连接节点上部500 mm，整个包角钢范围内设置扁钢箍，间距300 mm左右，在节点范围适当加密，以提高短柱及节点核心区的抗震承载能力。新增钢梁与混凝土柱的连接节点处，用16 mm厚的钢板，钢板两侧与包柱的角钢焊接，钢板中部用M20化学螺栓，交错布置，与混凝土柱连接，钢与混凝土之间采用环氧树脂胶灌注，使之达到型钢与混凝土整体工作，共同受力。见图3和图4。

图3 ▽18.480－21.760柱加固节点图

K101设备荷载传递到钢梁梁端，产生的梁端支座反力设计值达到460kN，如此大的剪力，完全依靠化学螺栓和结构胶来承担，显然是不合适的，存在安全隐患，于是在钢梁三分之一跨度位置下设置斜支撑，支撑的下端落在标高18.5m框架梁柱交汇处，支撑的设置减小了梁的跨度，降低了钢梁的截面高度，同时将竖向力直接传递到原有钢筋混凝土框架的节点上，大大降低了新增的钢梁与混凝土柱的连接节点的负担，从而使结构更加安全可靠。见图5(a)、(b)。

图4 1－1剖面图

图5 C、D轴立面图

5 施工要求

改造加固的效果很大程度取决于选材和施工质量，其性能均应符合《钢筋混凝土结构加固设计规范》GB 50367－2006要求，且具有各种性能试验合格证，并按规范要求做相应的检验。①要求选择A级胶;②选用8.8级化学螺栓;③抗拉强度设计值为490 MPa;④抗剪强度设计值为290 MPa。

对施工提出严格要求:首先应对原混凝土表面进行处理，对混凝土表面存在的缺陷清理至密实部位，并将钢与混凝土接触表面凿毛，柱四角打磨成半径≥7 mm的圆角，清除混凝土表面的浮块、粉末，并用压力空气吹扫干净，在型钢骨架焊接完成后进行注胶，胶缝的厚度应控制在3～5 mm，加固后的型钢和混凝土表面挂Φ2.5@25×25钢丝网，再喷抹50 mm厚M10水泥砂浆，作为加固结构的防护层，同时起到钢结构的防火和防腐的作用。

6 结语

改造工程于2008年7月施工完成，同年装置按原计划顺利开车，安全稳定运行至今。结构改造方案的实施为装置顺利开车提供了保障。

该工程改造加固方法较为简便，施工周期短，对原结构破坏很小，改造痕迹不明显，满足了工艺要求，结构性能和使用效果很好。

1 GB 50367－2006，混凝土结构加固设计规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2006．

(Translated by Zhuo Hong)

Reconstruction and Reinforcement Design for Main Unit Building of a Chemical Plant

Zhu Yinying，et al
(PetroChina Northeast Refining＆Chemical Engineering Co．Ltd．Jilin Design Institute Jilin 132002)

The scheme and structure treatment methods for adding large equipment supporting structuresinanexistinghigh-levelreinforcedconcrete industrial building are presented in this paper．

supporting structureschemestructure treatment

*朱银鹰:国家一级注册结构师，高级工程师。1989年毕业于吉林建筑工程学院工民建专业。从事结构设计工作，联系电话:(0432) 63959404，E－mail:jly_zyy0292@petrochina.com.cn。

2011－08－15)