工業廠房抽柱改造設計

　　工業廠房結構的穩定性是最關鍵的，抽柱改造是一種常見的改造措施，本文主要探討抽柱改造的技術特點以及工藝要求。

　　《河北工業科技》(雙月刊)曾用刊名：河北機電學院學報，1984年創刊，主要報道有關化工、輕工、紡織、機械、染整、電子、通訊、儀表及生產過程自動化、機電一體化、計算機科學與技術、計算機輔助設計、材料工程、生物工程、環境工程、工業分析、企業管理等領域應用技術的研究報告、綜述、述評及實用技術信息，也報道科技新聞(有關的教學、科研、生產、管理等工作中值得稱道的人物、事件、成果、產品、單位、團體)，還介紹經濟工作和科技工作，科技寫作和科技編輯，出版工作以及工業生產和科技開發從業人員的勞保安全和醫療衛生工作的政策、法規、知識、技巧等。

　　介紹了某兩跨不等高工業廠房抽柱改造的設計內容，包括抽柱后的結構形式選擇、組合托架的設計以及施工工序安排等。該方案最大程度地減少了施工工作量，使得改造在不破壞屋頂維護結構的情況下在短時間內得以實施。實踐證明加固方案合理、經濟，可為同類設計參考。

　　當前，抽柱改造在工業廠房的改造中已被普遍應用。因為大多數工業企業在考慮進一步擴大企業規模時，需要對建筑用房進行改造，在改造過程中，一般都會想到通過抽除某些樓層的柱或墻來擴大使用空間。以上做法可以最大程度地減少了施工工作量，使得改造在不破壞屋頂維護結構的情況下在短時間內得以實施。

　　一、工業廠房抽柱改造概述

　　被改造的工業廠房一般都是既有廠房，它具有穩定的承載結構體系。由于改造將破壞即有傳力結構體系，通過新增結構構件再造承載結構體系，并且改造建筑現場空間有限，受到工藝，設備的限制，再造結構體系的幾何尺寸，形狀必須適應環境建造。

　　由于再造后的承載結構體系有可能出現不能完全滿足新設計結構標準，其屬于非標準結構體系，包括結構形狀、尺寸與再改造建筑實施過程的形狀隨時間變化，最終改造產品是確定性結構體系。

　　具體改造過程中，可以按現行設計規范設計過程產品是時變性結構體系，必須按實施過程和時間，滿足相關規定，進行承載能力極限狀態設計，以及必要時進行正常使用時的狀態驗算。

　　二、實例分析

　　某工業廠房為兩跨不等高廠房，因生產工藝革新，需要將中列立柱的12m混凝土托架拓展為18m跨。

　　由于實際生產任務的需要，需要生產過程的連續性，改造要求少停產、不停產實施。

　　顯然，設計施工方案的原位施工性能至關重要，必須在滿足企業生產工藝的前提下，綜合考慮對原結構和生產的影響以及施工方便性，選擇安全經濟的結構設計與施工方案。

　　由于受現場條件限制，改造期間的工業建筑結構是隨現場環境條件而逐漸變化、逐漸完善的時變結構，因此，廠房結構改造涉及改造最終產品的結構設計和施工過程設計。

　　基于工業建筑改造環境條件，在調查研究現有結構狀況基礎上，本文分析研究了其設計施工技術，提出了原位制作18m托架，然后抽柱的設計施工方案。下圖1為該工業廠房的局部示意圖。

　　1、托架結構形式選擇分析

　　現有12m通道處，支撐屋架的為12m鋼筋混凝土托架，設計利用原12m托架改造為18m鋼筋混凝土與鋼結構組合托架，如圖2所示。

　　2、鋼筋混凝土與鋼組合托架設計

　　設計利用原12m鋼筋混凝土托架，通過外包鋼的方式形成鋼筋混凝土與鋼組合18m托架。18m托架理論計算模型為鉸接桿系模型。

　　由于該改造結構為型鋼與原鋼筋混凝土結構組合，支座制作現場實施，由此帶來模型的不確定性，為控制由于模型不確定性帶來的巨大風險，其設計采用最不利準則：設計模型=MAX{模型1，模型2，……模型n}。

　　三、工藝設計分析

　　1、工藝要求分析

　　施工按照從下到上的順序，依次進行基礎加固。

　　柱間支撐移位、柱擴截面加固、托換粱施工、柱切除等工序施工。托換梁施工是本工程的難點。由于托換梁是后加的，需待托換梁施工并能夠完全承載時方可切除。施工托換梁時，梁縱筋、吊筋及預應力束均須穿過帶抽立柱。由于穿孔鋼筋較多，如一次性鉆孔將對帶抽立柱處截面造成較大的削弱。所以，在施工時采用分批跳躍穿孔植筋的方法，即按設計鋼筋位置在柱側面定位后，按每批3—4根進行穿孔植筋。

　　鉆孔時應跳孔進行，并立即穿過鋼筋，鋼筋穿孔后用植筋膠灌實，待植筋膠養護期滿后再進行下一批植筋。托換梁縱筋穿過帶抽立柱，兩端鉆孔植筋干相鄰的加固柱中。如果三根柱上相應的鋼筋孔位不在一條直線上，則只能采用三根柱分別植筋并焊接的方法，必然影響托換梁的受力性能。

　　本工程對鋼筋孔進行了精確定位，實現了梁底縱筋連續無焊接。體外預應力施工要求比較高，施工時應嚴格遵守預應力張拉安全操作規程。此外該加固改造工程尚應注意以下幾方面的要求：

　　(1)粱上鉆孔采用取芯鉆孔;

　　(2)粱上鉆孔時應先測出粱內鋼筋的位置，這樣可以避免割斷鋼筋;

　　(3)張拉采用一端逐根張拉，群錨體系，張拉時應注意在粱兩側均勻張拉，這樣才能避免出現偏心;

　　(4)工工序應該為先張拉鋼絞線，然后再抽掉柱子。

　　2、抽柱改造工藝控制

　　該工業廠房的建筑抽柱改造施工要嚴格按照施工工序要求，控制結構安全。

　　(1)、施工過程

　　其具體施工過程可按以下程序進行：首先，根據廠房改造的需要，首先要加固丙01線、丙04線立柱;做施工不完整托架及03線屋架臨時支桿;截丙03上柱，完善托架，成帶臨時支桿托架;卸載拆除臨時支桿，18m托架承受荷載;拆除吊車梁后截丙03下柱;最后，安裝18m鋼吊車梁。

　　(2)、施工過程設計

　　采用前述設計施工方法，通過建立計算模型進行詳細計算。該項目施工完成后實測18m托架最大變形3mm，小于理論值5.9mm，達到鋼結構工程施工質量驗收規范要求。在完成改造后的使用情況顯示，該工業建筑抽柱改造效果良好，沒有出現不良現象。

　　結論

　　工業廠房抽柱改造技術，需要從最終建筑產品設計和施工過程設計兩個角度進行控制，是在利用原有結構的基礎上，選擇可行的設計方案。其改造過程屬于時變結構，應選擇最不利的結構狀態、最不利荷載組合控制，并選擇最大荷載效應的結構模型分析，才能達到良好的設計施工效果，取得預期成效。

　　參考文獻

　　[1]唐業清等.建筑物改造與病害處理.中國建筑工業出版社.

　　[2]申躍奎等.某重型工業廠房的抽柱改造設計.建筑結構，2005，35(10).