某轧钢厂房的托梁拔柱改造设计

邵 同 平

(中冶南方工程技术有限公司技术研究院，湖北 武汉 430223)

某轧钢厂房的托梁拔柱改造设计

邵 同 平

(中冶南方工程技术有限公司技术研究院，湖北 武汉 430223)

以某轧钢厂房托梁拔柱改造工程为例，通过现场调研及对原结构的检测评定，具体分析了该厂房的结构特点，提出了运用托梁拔柱进行加固设计的施工方法，并作了详细论述，为类似工程提供参考。

厂房，结构，托梁拔柱，改造

1 工程概况

拟托梁拔柱的厂房为某轧钢车间，建于1954年，整个轧钢车间由两跨组成，即加热炉间(○Б 跨～○Д跨，跨度9 m)和均热炉间(○Д 跨～○M跨，跨度32 m)，○Б列柱距为5 000 mm，○Д列柱距为15 000 mm，○M列柱距为5 000 mm，厂房平面尺寸为长×宽=180 m×41 m。两跨均设有吊车，其中加热炉间设一台起重量为10 t的软钩桥式吊车，均热炉间设有3台起重量均为10 t的夹钳桥式吊车。厂房主体承重结构○Д 跨～○M跨为钢结构(钢柱、钢屋架、钢吊车桁架)，而○Б 跨～○Д 跨为钢筋混凝土结构(预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土屋面梁、预制钢筋混凝土吊车梁)，采用天然地基、独立杯口基础，屋面围护结构均为预应力大型屋面板。为满足工艺生产需要，拟对○M 列○20 线的钢柱拔掉，因此必须进行加固设计。厂房的结构平面布置见图1，厂房的主排架见图2。

2 前期准备工作

2.1 现场调研、收集原有设计资料

现场调研是托梁拔柱设计很重要的一个环节，目的是收集原有建筑物的资料和总的感性认识。原有的工程资料主要包括设计资料和施工资料，设计资料包括各个专业的施工图、计算书和设计变更等；施工资料包括施工记录、验收记录和各种施工质量处理记录等。

本工程由于建造年代久远以及后续的一些改扩建项目的实施，使原有的建筑与最初的设计有了很大的区别，因此，现场调研的工作对于指导托梁拔柱的设计和施工方案的选择有相当大的意义。同时，调研发现，施工资料已经遗失，而设计资料基本保持完好，所以，仔细读懂图纸的设计意图就成了托梁拔柱设计成败的关键。

2.2 原有结构的检测和评定[1，2]

为了能及时发现结构较严重的损伤和缺陷，或者改变原有建筑物的使用功能，或者延长其使用寿命，在托梁拔柱设计前，都必须对原有的结构进行专门的检测和安全评定，为设计提供技术依据。

建设方委托了相关检测机构对现有建筑的施工质量及现状进行全面检测，结果表明：1)现有厂房在原设计基础上，做了局部的延长、吊车梁更换以及吊车型号变化，基本的承重结构形式没有大的变化；2)混凝土原设计标号为200号，现场采用回弹法对柱、梁、基础的混凝土强度进行测试，又用取芯法对柱的混凝土强度进行测试，并在测试的基础上进行了强度修正，得到的混凝土强度等级基本满足原设计要求；3)检测中未发现混凝土构件明显的裂缝、钢筋锈蚀、混凝土剥落，钢筋混凝土结构基本完好；4)钢结构构件防腐情况较好，未出现大面积的涂层脱落和明显返修，构件之间的连接未发现连接松动、脱落、开裂现象，构件的局部损伤对于整个结构体系影响不大；5)钢结构承重体系(钢框架系统、屋盖系统、吊车梁系统、围护结构)完备，整个厂房结构未观察到明显的不均匀沉降和倾斜。

检测结果评定：原有结构在使用多年及环境条件腐蚀下，部分构件存在现行规范允许内的偏差、缺陷和损伤，整个结构基本是适合继续承载以满足生产需要的，因此，可以适当延长其使用寿命。

3 托梁拔柱设计

3.1 厂房结构特点分析

由于均热炉间的厂房高度特别高(檐口标高为21.658 m)，吊车轮压大(最大轮压314 kN)，而整个厂房跨数为双跨(其中加热炉跨为低跨，均热炉间为高跨)，为使高跨有较大的横向刚度，设计时把钢柱与屋架的连接设计为刚接。从这个轧钢厂房平面图中可以看出，采用了分离式的柱网布置，列柱形成柱距很大的刚接主排架，其他行线为副刚架，为更好的承受水平荷载，这种平面布置的厂房排架结构在分析计算时，必须考虑空间工作计算才更符合实际情况和经济合理，为此，原有的屋盖结构布置了刚强的纵向支撑，以保证厂房结构的纵向稳定并足够传递纵向力。因此，列线的钢柱拔掉后，屋面结构有足够的刚度而不必加固。

经过计算，低跨(披跨)柱顶的抗侧刚度大于高跨刚架在低跨横梁连接处抗侧刚度的1/20，因此，披跨必须参与计算[3]。

从以上分析可知，该厂房的结构特点为不等高的抽柱的刚接钢排架结构。对于本次托梁拔柱项目的结构计算单元的选取参见图1的阴影部分，计算单元的计算简图见图3。

3.2 施工方法

该工程的托梁拔柱设计，按不揭屋盖的方案进行施工，该方法加固工作量最小、最方便且较经济，即在结构负荷状态下加固。由于在负荷状态下加固，对原有结构和连接在加固施工时的应力(或承载能力)应有所要求，以保证加固安全，要求原有结构构件的承载力富余20%或以上[4]；在负荷状态下加大角焊缝的厚度时，原有的焊缝在扣除焊接热影响区长度后的承载能力，应不小于

外荷载产生的内力；同时要求构件没有严重破坏(破损、变形、挠曲等)，也要有严格的施工技术方案措施和质量要求保证。

3.3 基础加固

为满足地基承载力要求及控制竖向不均匀沉降，经验算表明，基础底面积和配筋均不满足规范要求，为此，需加大基础底面积，宽度方向每边增加350 mm，长度方向每边增加500 mm，同时把基础底板的厚度增加150 mm。基础加固见图4。

3.4 钢排架柱加固

对于拔柱后按图3所示的计算简图，○M 列柱的总的抗侧刚度减小(柱数少了)了，因此，分配到○Б ，○Д 列柱的水平力就相应增加；同时对于○M 列柱，由于加固后，柱的刚度肯定要变化，因此，加固后计算单元的各排架柱的刚度比最好大致不变。按这个设计思路的计算表明，○Б 列柱不加固即能满足要求，○Д 列柱只加固上柱即能满足要求，而○M 列柱则要全截面加固才能满足要求，同时，这也印证了这种平面布置的框排架结构主排架的抵抗横向水平力的能力。

钢柱截面的加固要考虑到便于安装施工与防腐维护，尽量不要损坏原有结构，进行补强施工时，补强零件在柱长度范围内与横向加劲肋或缀材相碰处，一般应将加劲肋或缀材割去，待补强后再将其恢复[5]。

对柱脚的验算表面，柱脚不用补强即能满足设计要求。

如图5所示为○M 列○20 线的钢柱拔掉后，按不等高刚接框排架计算[6]，得到的○18 线钢柱下柱及上柱截面加固补强示意图。

3.5 托架加固

托架的设计至关重要，要求能够把屋面荷载向柱子安全可靠传递。如前所述，在○M 柱顶，钢柱与每榀屋架的连接均设计为刚接，在此节点上存在着较大的弯矩，当把○M 列○20线钢柱下柱截断，保留上柱并兼作托架的竖直腹杆后，弯矩同样无法消除，因此，设计托架时必须考虑把托架设计成空间桁架结构抗扭以抵抗这部分弯矩，同时在设计旁边的钢柱时，应考虑这部分弯矩产生的影响。如图6所示为托架示意图。

4 结语

该厂房通过用托梁拔柱的方法进行加固设计，完全满足了工艺调整后的运行要求，交付使用后，情况良好。采用托梁拔柱的设计方案，较之直接拆除，既节约投资，又缩短工期，达到了投资方的预期目的，受到业主好评，产生了很好的经济效益和社会效益。该项目的成功实施，能给此类工程提供一定借鉴，产生良好的社会效益。

[1] CECS 77∶96，钢结构加固技术规范[S].

[2] YB 9257-56，钢结构检测评定及加固技术规程[S].

[3] S09-78,冶金工业厂房钢筋混凝土柱设计规程[S].

[4] 赵熙元.建筑钢结构设计手册(下)[M].北京：冶金工业出版社,1995:389.

[5] 陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京:科学出版社，2005:450-457.

[6] 罗邦富,魏明钟,沈祖炎.钢结构设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,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，高级工程师

TU318

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