工业厂房改造中的托梁拔柱加固设计

'工业厂房改造中的托梁拔柱加固设计罗志祥，徐双武(1．湖南省涟钢设计咨询有限公司，湖南娄底417009；2．I~lJII大学建筑与环境学院，I~lJII成都610065)【摘要】对湖南省娄底市涟源钢铁集团公司某轧钢厂主礼跨厂房改造设计过程中托梁拔柱的设计内容及各关键部分设计的方案确定、计算方法、构造措施和施工要拉等方面进行了较为系统的分析讨论。阐述了地基基础、排架柱、托梁桁架和吊车梁的设计加固处理方法。【关键词】工业厂房；改造设计；托梁拔柱；基础加固；排架柱；托梁桁架；吊车梁【中图分类号】TU273．2【文献标识码】B在工业建筑中，老厂房因功能的改变需要增大使用空拔柱后的传力路径：屋面荷载一钢屋架一托梁桁架一排间，一般通过托梁拔柱来实现。竖向支承结构的拔除必将改架柱一基础、地基变原有结构的受力体系。为了满足结构在拔柱后的安全使3设计方案用，必须重新对结构的受力体系进行分析，对结构的相关构件进行加固处理。3．1基础加固设计(1)对⑧轴线⑦、⑩两基础进行验算。原基础为独立杯1工程简介形基础，经验算地基强度不能满足《建筑地基基础设计规范》湖南省娄底市涟源钢铁集GB50007—2002(以下简称《规范》)第5，2．1条的要求。需团公司某轧钢厂主轧跨厂房，对地基或基础进行加固处理。始建于20世纪90年代初，为(2)地基或基础的加固处理。地基或基础的加固处理可24m跨钢筋混凝土排架结构，．以从下列两方面进行考虑，其一，对地基进行补强处理，提高6m柱距，屋盖为钢屋架、大型地基的承载能力。其二，可以加大基础底板尺寸来满足地基屋面板，四周上部为雨遮，下部强度的要求。经过反复比较，最终采取了第二种方案，主要基敞开无围护墙。厂房内设A6于以下考虑：首先，对原有厂房的地质勘察报告进行了仔细分级电动双梁桥式吊车两台，起析，该基础地质情况良好，基础下有较厚的硬塑粘土层，地基重量均为9=150kN。由于技承载力特征值在200kPa以上，修正后的地基承载力特征图1厂房平面图(局部)术改造的要求，需在与该厂房值．在220kPa以上，采取加大基础底板尺寸的方法可行，同垂直的方向再建一个24m跨厂房。因工艺布置要求，需要将时施工较方便，质量容易得到保证，其次，投资也较省。主轧跨⑧轴线之⑧、⑨柱列两柱拔掉(图1中阴影部分)，使柱经过仔细计算，基距由6m变成18m。该轧钢车间为钢铁企业主要生产单位，础底板短边每边加宽整个施工不能影响车间的正常生产，只有15天的检修时间来300mm，长边每边加宽用于托梁拔柱，所以在进行加固设计的同时还要兼顾考虑施500toni。为使基础加大工周期的要求。部分与原基础连成一体并协同工作。具体做法2结构的受力分析见图2。排架柱是排架结构中最主要的受力构件。⑧轴线⑧、⑨3．2排架柱的加固设两柱拔掉(保留其上柱)后，结构的传力途径发生变化，屋面计荷载通过上柱传递给设在⑦、⑩两柱间的双片托梁桁架，由经验算，⑧轴线桁架传递给⑦、⑩两柱，然后再传给基础和地基。吊车荷载l一焊接底板钢筋；2一新浇砼部分；⑦、⑩两排架柱除牛通过更换后的吊车梁传给⑦、⑩两柱，再传给基础和地基。3一柱加固钢筋；4一柱加固箍筋腿基本能满足要求可所以整个设计的内容包括⑦、⑩两柱地基及基础的加固设图2基础加固图不需要进行加固外，计，⑦、⑩两柱的加固设计，吊车梁的设计以及承受屋面荷载上、下柱均必须进行加固处理。的托梁桁架的设计等。3．2．1下柱的加固设计拔柱前的传力路径：屋面荷载一钢屋架一排架柱一基础、地基[收向日期]2006—06"2286四川建筑第26卷4期2006．8 r．，排架下柱原设计为400mm×800mm工字形截面，主载，并将屋面荷载可靠筋为44)22，对称配筋。经过计算，⑩轴线⑧、⑨两柱拔掉地传递给待拔柱两边的后，⑦、⑩两柱承载力不能满足要求，决定采用加大截面柱子。所以托梁桁架的法来进行加固处理。设计原则是：其一托梁(1)排架柱截面尺寸的确定。考虑到二次浇筑的不利桁架要能可靠地传递荷影响，新加混凝土厚度过薄，模板与原结构间的空隙过小，载；其二托梁桁架要有图5托粱桁架立面图振捣困难。所以柱截面尺寸的确定比计算所需尺寸适当放足够的承载能力并不至大，最终把新浇混凝土层的最小厚度定为75mm。混凝土于挠度过大造成屋盖下比原排架柱提高一个等级，并要求混凝土粗骨料的最大粒垂变形。本设计采取了径不大于20mm，同时在浇筑混凝土时掺入适量减水剂，保留原有上柱的双托梁lf；掰；。，r．以增大混凝土的流动性，保证混凝土质量。方法，即在上柱内、外一L．，I2(2)排架柱配筋的设置。排架柱为大偏心受压柱，由两侧成对各设置一榀桁}『；--■●—司—．·E于加大了截面尺寸，原柱子中纵向钢筋的截面有效高度相架，将两榀桁架上、下l／对减小，其作用下降较多，由PKPM电算结果也可以反映弦用连杆连成空间桁这点。另外，新浇混凝土与原构件协同工作时，需要对新架。通过在上柱上穿i!l浇混凝土和纵向钢筋的强度进行折减(折减系数一般为孔，用穿过孔洞的横梁0．9)。所以在对排架柱进行配筋设置时可以不考虑原有纵(方钢)将上柱荷载传，一向钢筋的作用，而通过在新浇混凝土中配置的纵向钢筋来递给桁架(见图6)。2{．J受力，这样考虑偏于安全。实际纵向配筋共12(I)22，每边桁架的高度取1／10跨厂、＼F柱在此切断6(I)22，对称配筋(见图3)。度即l800mm比较适宜l一上柱凿出孔洞：2一穿过(见图5)。桁架在永久孔洞的方钢；3一支承横梁荷载和可变荷载标准值(方钢)；4一上柱共同作用下产生的挠度图6托梁桁架与街拔柱上柱联结值控制在／V400以内，在可变荷载标准值作用下产生的挠度值控制在L／500以内(为桁架跨度)。经计算托梁桁架上、下弦均采用[16a槽圆钢。为便于吊车运行时能安全通过，桁架上、下弦不能通长设置，必须在待拔柱上柱处切断，用节点板进行连接，并且两榀桁架的所有杆件必须肢尖相对布置(见图6)。为使托梁桁架可靠地传递荷载，上柱穿孔位置要正确，不能凿斜，可先钻孔后再进行扩孔，孔洞尺寸可比横梁(80X8O方钢)稍大，待横梁安装就位并与托梁桁架可靠连接后再用环氧砂浆灌实。灌注环氧砂浆前应对孔道进行清理，图3排架下柱加固剖面图图4排架上柱加固剖面图去掉松动的石子和残渣，并用丙酮进行清洗。环氧砂浆应3．2．2上柱的加固设计灌注密实，其强度等级不低于C60级。下柱的切断必须在原排架上柱设计截面为400millx400mm矩形截面。环氧砂浆达到100％设计强度后进行。作为横梁的方钢均应由于吊车梁端部与上柱内侧之间安全距离不能小于60mm，进行热加工，以防止其脆断。若采取加大截面法则其距离得不到保证，同时为了便于托3．4吊车梁的更换设计梁桁架与柱子的连接，采用外包钢加固法比较合适。经过原有吊车梁为6in跨钢筋混凝土吊车梁，高度900mm，拔考虑本设计采取了乳胶水泥粘贴湿式外包型钢加固法进行掉两个柱子以后，吊车梁跨度变成了18in，需要重新设计。加固。依据《混凝土结构加固技术规范》(CECS25：29)由于跨度较大，采用钢吊车梁比较合适。经过计算900mm的要求进行设计和施工，主要有如下要求：首先应对柱角高截面高度不能满足要求，而⑦、⑩两排架柱的牛腿高度不进行处理，将柱四角磨出小圆角，并用钢丝刷将四角表面能改变，增加吊车梁截面高度的唯一办法是将钢吊车梁设计刷毛。然后将配置好的乳胶水泥抹在四角上，厚度约5成鱼腹式吊车梁。吊车梁的设计计算内容主要有强度、刚mm，并立即将角钢粘贴上，再用夹具在两个方向将四角角度、稳定性以及疲劳等的计算，此外还有辅助桁架及制动梁钢夹紧，夹具间距不宜大于500mm，然后再将扁钢箍与四的设计等。角角钢焊接(见图4)。焊接必须分段交错施焊，整个焊接4结束语应在乳胶浆初凝前完成。3．3．托梁桁架的设计工程从2003年竣工以来，经过了两年多的运行考验。工托梁桁架的作用主要是承受待拔柱上柱传来的屋面荷程由于工期紧，同时不能全按《钢结构设计规范》(GB50017一四川建筑第26卷4期2006．887 (上接第85页)(1)采取科学理论计算设计。设计重点预放固定支撑，严禁将支撑拆除后重新支撑。应放在减少构件的内外约束方面及楼板的双向受力计算假(3)严格控制原材料质量。在确保混凝土强度和耐久定问题上。可以根据具体情况选择计算方法，使理论假定性的前提下，尽量减少水泥用量，优先选用减水型外加剂同实际情况尽可能的相近，减少计算误差，提高设计的准来减少水的用量，从而减少混凝土的收缩。确性。(4)加强养护工作。混凝土在浇筑完毕12h内必须将(2)严格控制构造要求。在板的四角部位适当控制构其表面覆盖并浇水湿润，养护时间不少于7d，掺用外加剂造钢筋，在1／4短跨范围内按100的间距加强布置构造筋，的不少于14d。从而使构造筋起到分散内部应力的作用，并且同混凝土和(5)严格控制钢筋位置，提高操作水平。主带共同受力，提高其抗裂能力。(6)现浇钢筋混凝土板浇筑应尽量不留或少留施工缝。(3)应力集中部位的设计。可采取在板孔洞四边增配如必须留置时应增设钢筋网片。‘抗裂钢筋、钢筋网片、护边角铁等局部加强处理，防止因5结束语应力的集中而使混凝土板产生裂缝。(4)单向板厚度宜不小于／_,／30，双向板厚度宜不小于现浇钢筋混凝土楼面板裂缝是目前工程中较普遍的一L／35，且现浇板设计厚度不宜小于110mm(厨房、浴室、项质量顽症，其产生的原因是由于环境温、湿度的变化和阳台板不宜小于90mm)。混凝土本：身的收缩变形，要想通过详细分析计算进行处理，(5)在满足要求的前提下，尽量采用较低的混凝土强目前还难以做到。只有在抓好设计、施工、材料质量以及度等级，但不应低于C20；配筋宜采用细而密的钢筋。采用新工艺的同时，提高所有建设者的质量意识，切实采4．2施工方面取措施，综合治理，才能最大限度的减少裂缝的产生，使(1)模板支撑体系必须认真计算。琵琶支撑间距应该住宅工程质量达到用户满意的程度。控制在800mm以内；上层支撑同下层支撑应在同一垂直线位置上；支撑之间设好拉杆；大梁支模时必须按规范要求参考文献起拱；回填土地基必须夯压密实并有一定的技术措施；楼[1]王济⋯．建筑工程质量事故实例鉴定与处理[M]．北京：中国建面浇筑后不允许过早上人，做到文明施工，材料轻堆轻放，筑工业出版社，1999．严禁集中堆载。[2]王铁梦．工程结构裂缝控制[M]．北京：中国建筑工业出版社，(2)严格控制拆模时间。如果楼面支撑上层荷载时，1997．混凝土拆模时间必须通过结构计算来确定；如因工程进度，[3]余欢．现浇楼板裂缝原因分析及防控措施[J]．国外建材科技，模板周转需要提前拆模，则应支撑前对支撑个数进行计算，2005．26(5)．88四JII建筑第26卷4期2006．8'