某钢铁厂钢渣厂房改造设计

吴 磊

(上海梅山工业民用工程设计研究院有限公司,江苏 南京 210039)

某钢铁厂钢渣跨厂房，单层钢结构厂房，已使用近30年。厂房平面轴线尺寸为：长×宽=(144 m+60 m+24 m)×27 m，分三期建造而成。厂房柱距采用12 m，檐口标高24 m，吊车轨道顶标高15 m。一二期之间设变形缝，二三期之间不设变形缝。厂房内布置1台滚筒设备、5只热泼渣箱。厂房屋面钢结构腐蚀严重；成品通风天窗积灰腐蚀严重；吊车轨道梁变形严重。为解决房屋结构中存在的问题，满足安全生产要求，亟需将现有炼钢厂钢渣跨厂房进行改造，以满足房屋结构的强度、刚度、耐久性等要求，项目的实施是很有必要的。

1 现状及存在问题

钢渣跨厂房生产环境恶劣，生产时经常处于高温、高湿、多灰尘、腐蚀的状态。钢渣厂房内热泼渣箱和滚筒设施工作时产生大量的水蒸气，水蒸气内成分复杂，有SO2,CaO等，形成腐蚀性介质。长期以来，钢渣淬化时产生的高温蒸汽和腐蚀性气体对厂房钢结构系统造成严重腐蚀，其中屋架、天窗架情况尤为严重。最近在生产中经常发现屋架檩条等钢构件锈蚀碎片脱落，甚至有1 m长的杆件断裂坠落，造成安全险兆事故。

中冶建筑研究总院有限公司建筑工程检测中心，对渣跨隐患最严重的厂房屋架、天窗架及部分立柱进行了一次系统检测，其结论为渣跨厂房屋架、天窗架可靠性评定等级仅为四级，“不符合现行国家标准规范的可靠性要求，已严重影响整体安全”。检测报告简述如下：

1)屋架系统：21榀屋架中只有5榀屋架的强度及稳定性满足规范要求，部分屋架安全裕度严重不足，如11轴屋架安全裕度只有0.42，锈蚀导致的最大截面损失率达到64.3%。

2)天窗架系统：28榀天窗架只有6榀天窗架的强度及稳定性满足规范要求。1/11轴的天窗架锈蚀导致的最大截面损失率达88.6%，安全裕度只有0.17。

3)外墙彩钢板挂钩处锈蚀较严重。

4)排架柱系统：检测的四根立柱(排架柱)柱脚均出现严重锈蚀现象，监测范围内立柱脚最大截面损失率在20%～25%之间。其中个别立柱受生产车辆撞击已严重变形。

5)行车梁及轨道：上海金艺检测技术有限公司对钢渣厂房行车梁及轨道进行检测。检测数据显示，厂房吊车梁相对高差最大已达58 mm，等高差最大达42 mm，轨道跨距偏差最大已达22 mm。以上数据表明标高和间距偏差已经严重超标，对行车的安全使用构成严重影响。

6)吊车走道板及栏杆部分锈蚀较严重。

2 改造内容及目标

内容：更换全部梯形钢屋架、天窗架、檩条等屋面系统；更换全部外墙皮彩钢板；调整全部行车梁标高、轨道标高和间距；加固厂房立柱脚；更换部分走道板及其栏杆；行车梁及轨道纠偏；全部钢结构防腐。

目标：延长钢结构的耐久性，增加结构的安全性，满足原设计使用年限要求；提高钢结构的强度和刚度，满足安全生产要求。

3 改造措施及效果

本次改造设计，对传统的设计方法进行了改进，将梯形角钢屋架改为梯形钢管屋架，将成品通风天窗改为钢管普通天窗，将墙面采光带改为带雨披的气窗等(改造前见图1，改造后见图2)。

梯形钢屋架改造。现有厂房采用钢结构梯形钢屋架，采用角钢制作。屋架积灰较多，腐蚀严重，特别是屋架下弦积灰严重，腐蚀也最严重，需全部更换。由于现有屋面板已严重锈蚀，故现有厂房屋面彩钢板无法利旧，需全部更换。为防止角钢肢间蒸汽腐蚀、便于今后维护保养，同时为减少积灰，将现有梯形角钢钢屋架，改为梯形钢管屋架。为便于分段施工，新老屋架连接过渡，屋面坡度同原屋架面坡度，即1∶10；为便于屋架与保留的厂房柱连接，屋架外形尺寸同原屋架尺寸。封闭钢管有利于钢结构防腐蚀，用钢量较少。但制作节点连接要求较高。钢屋架制作前，需对保留的钢柱跨度进行补测，确保新老结构准确连接。

屋面檩条改造：现有厂房屋面檩条采用桁架式角钢组合檩条。为防止角钢肢蒸汽腐蚀，便于今后维护保养，将现有桁架式角钢组合檩条，改为H型钢檩条。屋面檩条制作简单，维护保养方便，但用钢量较大。

屋面通风天窗改造：现有屋面通风天窗采用成品纵向弧形角钢通风天窗。屋面通风天窗积灰较多，腐蚀严重，排风效果较差。为增加排风效果，减少天窗屋面积灰，将现有成品纵向弧形角钢通风天窗改为纵向普通圆钢管结构通风天窗。为保证出风量最大化，天窗不设任何窗扇或百叶窗。天窗防雨，采用屋面檐口外挑2 000 mm的办法解决。纵向普通圆钢管结构通风天窗通风效果较好，屋面天窗不易积灰，但外形不够美观。

柱系统改造：根据可靠性鉴定报告对所有柱脚补强，部分凿除钢柱底部包裹的素混凝土，深度约50 mm，采取贴焊加劲板补强，再用混凝土包裹至地面以上500 mm，既可以防止柱脚腐蚀，又可以防止车辆直接撞击钢柱。B/5轴柱南侧肢工字钢西翼缘局部碰撞严重变形(约2 m长)，先采取临时支撑措施，然后对加固区段的肢杆、缀杆逐一进行加固。其中有三根缀杆碰撞严重变形，按原规格型号进行替换。为确保安全，加固时，行车严禁工作。

墙架系统改造：外墙彩钢板锈蚀严重，全部拆除更新。现有厂房为了顺利将热泼渣箱生产时产生的蒸汽快速散发到厂房外，减少对钢结构厂房的腐蚀，不影响行车操作工的视线，将墙体0.000 m～6.000 m标高间敞开，便于车辆进出，进风面积最大化。6.000 m～11.150 m标高间彩钢板拆除，设φ4@40镀锌钢丝网，既满足热泼渣箱生产的安全，又进一步扩大了进风面积，有利于蒸汽快速散发。11.150 m～15.700 m标高间设彩钢板，15.700 m～18.400 m标高间，取消墙面采光带，通长设带雨披的气窗。墙面采光带积灰严重，起不到采光作用，拆除作为排风口用，墙面出风面积最大化便于蒸汽快速散发。为防止雨水影响行车的运行，在18.400 m,20.500 m标高处设2道雨披。

吊车梁及吊车桁架改造：吊车梁及吊车桁架轻微腐蚀，重新做防腐处理即可。吊车走道板及栏杆锈蚀严重，部分构件进行更换。

行车梁及轨道纠偏：根据检测报告，行车梁及轨道标高和间距偏差已经严重超标，对行车的安全使用构成严重影响。轨道中心跨距偏差，规范允许值10 mm，实测最大值22 mm。竖向高差：同跨间内同一跨截面吊车梁顶面高差，规范允许值支座处10 mm；其他处15 mm。实测最大值-42 mm。普遍超过规范允许值，必须进行纠偏处理。拟在行车梁底部增减钢垫板的做法调整行车梁的标高；同时将QU100钢轨及连接件拆除，轨道利旧，到工厂将钢轨调直调平，再安装，同时调整水平定位。纠偏改造时，不影响行车顶部至屋架底部的运行及检修的安全距离。但纠偏时牵涉到吊车梁、制动板、辅助桁架、水平桁架等构件，难度较大。

钢结构防腐油漆选型：热泼渣生产时，会产生大量的水蒸汽及SO2,CO2，CaO厂房内湿度大，酸性腐蚀较严重。钢结构除锈采用喷砂或抛丸，工厂机械除锈等级为Sa2.5，现场手工除锈等级St3，涂刷环氧富锌底漆2遍，厚度不小于60 μm；涂刷环氧云铁中间漆1遍，厚度不小于80 μm；丙烯酸聚氨酯面漆3遍，厚度不小于100 μm，总厚度不小于240 μm。

4 施工注意事项

1)屋面分段改造。钢渣厂房不能全部停产施工，要利用炉修间隙组织施工。因此屋面改造时，要结合炉修进行分段改造，同时要设置临时屋面，防止雨水直接淋在室内行车和电气设备上，保护厂房内的行车使用安全和电气设备安全。

2)行车梁调整及滑触线微调。根据炉修安排，72 h内需完成行车梁全线调整和滑触线微调，工作量大，提前方案制定和测量工作应准备充分，过程实施连续作业，资源投入多，风险较高。

3)行车正常作业与分段施工关系。需结合分段实施情况，部分屋盖系统拆除后，采取临时措施保证房屋整体稳定，保证行车走行安全。

5 结语

通过钢屋架及檩条的合理选型和防护，减少屋架的积灰量，使厂房的结构更加安全，更加合理。通过对厂房天窗和侧窗的改造，合理设置进出风口，增加厂房的排风量，使厂房内的气流更加顺畅，更加快速。通过采用钢管梯形屋架，合理选择钢结构防腐油漆类型，延长厂房的耐久性。钢渣厂房改造后，房屋的强度、刚度、通风、防腐等性能指标，均达到了预期的效果。