抽柱换梁在旧厂房空间改造中的应用

徐宝民（抚顺新钢铁有限责任公司，辽宁　抚顺　113001）



抽柱换梁在旧厂房空间改造中的应用

徐宝民
（抚顺新钢铁有限责任公司，辽宁抚顺113001）

摘要：以某炼钢厂的改造建设为例，对设备更新所涉及的结构改造方法进行了分析，从设计与实施方面进行了论述，提出了投资少、工期短的改造方法，达到了新设备安装的工艺要求，解决了投资迅速见效与改造周期长之间矛盾的问题。

关键词：厂房改造，加固设计，抽柱换梁

0　引言

冶金企业为缩小整体的装备能力与现代化大型化的发展要求之间的差距，针对原有生产和装备情况，要提高产量又要节约投资，必须对公司的生产装备进行统一的提升改造。但原有厂房的结构形式不能满足改造的需要。怎样对旧厂房进行改造，满足新设备的安装要求，又不影响旧厂房的生产使用并最大程度地缩短投资周期成为设计必须解决的一大难题。旧厂房的纵横柱间距均不能满足新建装置要求，必需加大柱距，也就是说要拆除部分原旧厂排架柱。本文向大家介绍一种改造加固的方法——“抽柱换梁法”。

1　现状概述

某炼钢厂因厂区面积限制，升级改造建设必需在原有的旧厂房内进行。计划将原85 t/h加热炉改造为150 t/h的加热炉，加热钢坯尺寸从6 m增加到12.7 m。炉体宽度将增加1倍，长度增加2 m。原厂房柱距不能满足工艺要求，需要对原厂房结构进行修改。加热炉区域柱距由18 m改为27 m。厂房改造有两种方案，第一种保守方案为局部厂房拆除重建，第二种方案为“抽柱换梁”。厂房柱平面布置图见图1。

图1　厂房柱平面布置图

将需要抽除柱部位两侧端柱基础进行加固补强，重新设计制造大跨度钢梁，替换柱间原天车梁即为“抽柱换梁”方案。第一种方案“局部厂房拆除重建”安全可靠，没有风险。重建部分按照新设备的工艺要求进行设计保证能满足结构安全和生产需要，但设计施工周期长，拆除重建造价高。第二种方案“抽柱换梁”因旧厂房结构具有一定的不确定性，设计施工都具有一定的风险。但设计施工周期短、拆除加固造价低，加固后的结构仍能满足结构安全和生产需要。

2　可行方案论证及加固设计

产线改造工程要达到预期效果，必须抓住时机迅速实施及早见效。使投入的资金在最短的时间内得到回收，减少资金占用时间，降低资金成本。在经过技术经济论证后施工工期就是投资回收见效的关键。拆除重建方案虽然对旧厂房产线未产生过大影响但工期长，直接影响整体改造项目的投产时间。“抽柱换梁方案”虽有一定风险，但施工周期短将使改造的总工期大大提前。经决策层讨论最终放弃第一方案，而采用“抽柱换梁方案”。加固设计包括基础加固设计，27 m跨度天车梁设计，临时支撑结构设计。

原厂房的结构受力情况在抽柱后将发生一系列的变化，柱列整体侧向刚度将有所减弱，局部单柱荷载增加，在分析受力时，抽柱后两侧柱（端柱）刚度的变化应特别重视。因端柱承受的吊车梁荷载两侧不等，柱的内力（特别是端柱）分配已发生显著变化。

例如图2当抽去Ⓐ，Ⓑ列轴线上的柱时，此两列轴线上因排架柱数量减少其相对刚度必将降低，同时Ⓒ，Ⓓ，Ⓔ列轴线上排架柱的相对刚度将增加，原始的内力平衡被破坏，内力重新分配后Ⓒ，Ⓓ，Ⓔ列轴排架柱的内力将会增加，必需对此部分柱进行加固以保证厂房主体结构的稳定，这将产生额外的工程量。要避免这种情况的发生，就要在对Ⓐ，Ⓑ轴线上柱子进行加固时，既要满足强度要求，还要满足刚度的要求，要尽量弥补刚度的损失，避免扩大加固范围而加大工程量。加固柱子通常有两种方式：钢结构加固和钢筋混凝土加固。钢结构加固柱子强度增加效果显著，但刚度增加很小；而用钢筋混凝土加固时，新旧混凝土结合在一起，加固柱的强度和刚度都有显著提高。因此，对边柱的加固工程中，用钢筋混凝土结构加固将是至关重要的。图2中，先加固Ⓐ，Ⓑ列，线钢筋混凝土柱，将吊车梁牛腿以下柱表面凿毛，清洗干净，配置加强钢筋，用C35号的细石混凝土浇捣，外包钢板加固。牛腿以上短柱，因空间限制，采用四周包钢板，四周钢板埋入牛腿以下一定长度，加固完成。

图2　厂房排架示意图

3　抽柱方案实施

抽柱方案施工顺序为：吊车梁制作→原有吊车梁拆除→屋架临时支撑安装→原有立柱拆除→新吊车梁安装→临时设施拆除。

吊车梁及桁架制作：根据图纸，制作27 m吊车梁4根，制作18 m吊车梁2根，结构形式按施工图。

屋架临时支撑安装：需制作临时支撑3组，依据现有屋面系统测绘及荷载计算，并考虑静荷载及动荷载，结构形式如图3所示。

图3　临时支撑结构设计图

支撑柱制作时高度以实际测量高度为准。将H800×150×20× 20型钢插入上短柱预留孔洞中，两端坐于支撑柱上，结构形式见图3。上部柱保留最终移至更换的27 m梁上，此部分柱进行钢板整体包装加固。

支撑柱上部用30 mm钢板水平焊接在钢管顶部，下部做牛腿柱用32 t千斤顶4台将其顶起，用钢板塞实加固并焊接到底部，底部30 mm，2 m×2 m的钢板，用于加大柱的支撑平稳及承载力。

切除混凝土柱下柱，具体做法按混凝土施工图。切除后如节点所示，然后安装施工BH800×300×16×20加固钢梁，并按照节点做法与混凝土柱焊接，同样起到支撑混凝土上柱的作用。

加固前需测量确定所有标高及尺寸，对照设计图相关尺寸进行调整，保证安装顺利，满足使用要求。在支撑柱施工过程中，应注意检测屋面系统变形情况。同时在施工中需观察相应构件是否因沉降等原因造成受力构件接触面没有压实顶紧，如构件间有空隙，需通过插板填紧等方法使其之间顶紧，尤其是混凝土构件和钢构件接触受力面需保证紧密接触后再焊接。在原有结构上现场焊接时，应采取相应的焊接工艺措施确保焊接时原有结构的安全。现场应采取相应措施确保施工安全。

4　实施效果评价

“抽梁换柱”方案虽然施工难度较大，但在缩短工期及减少造价上面均优势显著。本改造工程如果采用“拆除重建”方案，大面积拆除老结构件、养护新基础、制作安装新的梁柱排架结构，形成新的屋面系统，工期至少60 d，工程投资约110万元，施工与生产交叉对厂房内的生产影响较大。采用“抽梁换柱”方案，不涉及原屋面结构，在基础加固过程中只需短时间限制行车满负荷运行，对生产基本无影响。结构预制场外进行，不影响工期，改造施工仅用15 d，总投资45万元。

“抽梁换柱”虽然近年来多有应用，但是由于旧厂房的原始条件各不相同，设计和施工遇到的不利的因素也有很大差别，结构设计必需采取相应的有针对性的方法去解决，用最适合自身情况的方式完成改造。

Application of demolishing column and underpinning beam in old workshop space transformation

Xu Baomin
（Fushun New Iron Co.，Ltd，Fushun 113001，China）

Abstract：Taking the steel mill transformation as an example，the paper analyzes the structural transformation methods owning to equipment renovation，carries out a discussion from aspects of design and implementation，puts forward transformation methods with merits of few investment and short construction duration.As a result，it meets new equipment installation technology demands and solves the contradictory between fast investment efficiency and long transformation duration.

Key words：workshop transformation，reinforcement design，demolishing column and underpinning beam

中图分类号：TU318

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）06-0041-02

收稿日期：2015-12-18

作者简介：徐宝民（1968-），男，工程师