增大截面加固法某调度中心改造中的应用

□□ 孙文倩，孙 超 (.中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 70054；.中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 70054)

引言

随着煤矿智能化建设的开展，调度中心作为煤矿管控的核心，其在煤矿生产中的功能也发生了相应的变化，从初期的监控和调度管理已转变为煤矿统一指挥和资源统一调度的场所[1]。通过调度中心可以实现对煤矿生产信息的集中展示和各业务间生产管理信息的共享联动，也可实现业务间的资源统一调配和生产运营管理的集中统一[2]。基于其功能的转变对调度中心的空间布局和结构布置等也提出新的要求。现阶段大部分煤矿均涉及智能化升级改造建设，对于原调度中心的改造即是其中的重要部分，在原有建筑结构的基础上，通过改造尽可能增加内部空间，提高建筑利用率和提升办公舒适度，同时适应超大屏幕以及调度工位等设施的合理布置。

抽柱加固技术在框架结构的改造中已有了大量成功应用和实践。焦德贵等[3]通过选型、受力分析和复核等手段合理选择加固方案，成功增大了办公楼框架柱距跨度，具有一定的代表性。朱志永等[4]对某框架结构办公楼进行了抽柱改造，并对柱和梁进行了加固设计，更好地利用了建筑空间。综上所述，抽柱加固技术在煤矿调度中心的改造中具有适应性和可行性。结合某煤矿的调度中心工程情况，对其进行改造设计。

1 工程概况

某煤矿调度中心为地上建筑，无地下室，框架结构，总建筑面积为2 400 m2，建筑层数为2层。一层层高为4.2 m，布置有调度室(两层通高)、数据中心、运维中心和茶吧；二层层高为4.2 m，布置有调度会议室、办公室。该工程采用钢筋混凝土框架结构，二层中厅采用大跨度井字梁结构布置。结构为现浇钢筋混凝土楼和屋面，围护结构采用240厚非承重烧结空心砖，基础设计等级为丙级，地基采用天然地基，基础形式采用独立基础。

该工程结构的安全等级为一级，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别为乙类，框架抗震等级为二级[5-6]。原二层活动室改造为调度会议室，功能变更前后建筑平面布置对比如图1和图2所示。

图1 原二层建筑平面图

图2 现二层建筑平面图

2 计算分析抽柱对原有结构影响

2.1 抽柱对整体指标的影响

由于结构抽柱区域(活动室)占整体结构设计的一小部分，计算结果中整体指标位移比和刚度比仍满足结构设计需求，无需增加框架柱侧向支撑。

2.2 抽柱对结构构件的影响

因抽柱局部结构传力路径发生了改变，被抽柱所承担的楼面荷载转移到上下两个框架柱上，原抽柱相连的框架梁跨度由原来的2跨改为1跨，横向次梁跨度也发生变化，梁高跨比增加，结构内力重新分布。

2.2.1抽柱对周边框架柱的影响

抽柱使④和⑤轴两端框架柱柱底内力大大增加，经过结构整体模型的计算，通过计算得出：轴交④和⑤轴的两个柱底内力增加最多，根据计算模型标准组合工况下，由原荷载轴力319 kN增加为1 018 kN。

2.2.2抽柱对其相邻框架梁的影响

柱后框架梁跨度改变，④和⑤轴框架梁梁端改为铰接，梁弯矩增大，内力重分布。抽柱前梁弯矩和剪力如图3所示。抽柱后④和⑤轴框架梁原来2跨改为1跨，抽柱相连梁截面底部弯矩明显增大。弯矩最大值为1 772.49 kN·m，Ⓒ轴支座剪力为485.14 kN，轴支座剪力-620.40 kN。原框架梁设计承载能力及结构使用性能方面均无法满足新的结构使用功能以及设计方案的需求，需要对④和⑤轴框架梁进行加固设计[8]。

图3 原结构梁弯矩包络图

2.2.3抽柱对基础的影响

原结构基础为独立基础，Ⓒ轴交④轴和⑤轴柱底内力标准值为2 792 kN，原有基础为3 900 mm×3 900 mm，经核算该基础无需加固；轴交④轴柱底内力标准值由原来的698 kN增加为1 430 kN，原有基础为2 400 mm×2 400 mm，经核算该基础需加固基础截面；轴交⑤轴柱底内力标准值由原来的699 kN增加为1 425 kN，原有基础为2 100 mm×2 100 mm，经核算该基础需加固基础截面。增加截面加固法比较直观，由分析结果可知，需增大被抽柱相连的框架梁和被抽柱相邻的边柱截面及被抽柱相邻的边柱基础。

3 增大截面加固方法

拆除图1所示中云线所示两处柱子，增大截面加固法用的混凝土强度等级宜比原结构和构件提高一级，且采用微膨胀混凝土。同时增大柱和梁截面时，待新加的托换梁和柱混凝土强度达到100%时，才能对柱进行截除。拆除时需注意周边进行支护。

增大被抽柱相连框架梁截面由原来400 mm×800 mm增加为500 mm×1 500 mm，如图4所示。当增大受压区截面时，变成了叠合式受弯构件[9]。根据GB 50367—2013《混凝土结构加固设计规范》的正截面和斜截面的计算公式进行计算。梁底新增受力钢筋植入柱中，增加附加箍筋。

图4 框架梁加固图

增大被抽柱相邻框柱截面柱顶标高不满足上翻梁高度，Ⓒ轴交④轴和⑤轴柱截面按照原来截面900 mm×700 mm，柱顶标高提高1 500 mm，与原结构相连处纵筋采用双面焊接长度≮5d。轴交④轴和⑤轴柱截面由原来的500 mm×500 mm增加为700 mm×700 mm；补强柱配筋及增大柱子的刚度[10-12]，具体加固详图如图5所示。

图5 柱截面加大做法

图6 基础加固布置图

图7 基础加固配筋详图

图8 基础顶柱截面加固配筋详图

4 结语

通过对某煤矿调度中心局部抽柱设计进行分析计算，提出采用增大截面加固法。在增大截面加固法施工时，增大被抽柱相连的框架梁和被抽柱相邻的边柱截面及被抽柱相邻的边柱基础。增大被抽柱相连框架梁截面时，梁底新增受力钢筋植入柱中以增加附加箍筋；增大被抽柱相邻框柱截面时，应与原结构相连处纵筋采用双面焊接，长度≮5d。另外，应在待新加的托换梁和柱混凝土强度达到100%时，才能对柱进行截除；且选用的混凝土强度等级宜比原结构和构件提高一级。