某選煤廠主廠房改造加固設(shè)計(jì)

摘要:介紹了廠房鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)加固的改造要求和技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)加固改造方案的選擇和確定進(jìn)行較為系統(tǒng)的分析討論，闡述了該加固改造方法在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)，分析了建筑加固設(shè)計(jì)的主要過程和方案選擇，以完善建筑加固設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞: 框架結(jié)構(gòu) 加固 改造方案 優(yōu)點(diǎn) 加固設(shè)計(jì)

1 概述

隨著近年煤炭行業(yè)形勢(shì)的好轉(zhuǎn)，某公司選煤廠洗、選煤產(chǎn)量不斷提高，有許多洗、選煤設(shè)備已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)要求，需要進(jìn)行新設(shè)備的更換、新流水線的上馬和技改項(xiàng)目的實(shí)施，通過對(duì)該公司選煤廠主廠房的結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)原有廠房的許多梁柱承載力已不能滿足要求而需進(jìn)行加固處理。

1.1工程概況

選煤廠主廠房1981年建成，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑物總高度為28.5m，建筑總尺寸為101 m×28m，地上8層，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。混凝土標(biāo)號(hào):基礎(chǔ)、梁、板、柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20。

根據(jù)某大學(xué)建筑工程學(xué)院提供的《安全檢測(cè)和評(píng)價(jià)報(bào)告》:廠房主體結(jié)構(gòu)整體情況良好，檢測(cè)部位鋼筋混凝土承重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)項(xiàng)目可靠性等級(jí)為:大部分b級(jí)，部分c級(jí)。本工程屬于由于設(shè)備更換或布局變化而對(duì)主廠房相應(yīng)部位承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)工程。

改造要求:

1)選煤廠應(yīng)市場(chǎng)要求，在加固處理期間每次停產(chǎn)時(shí)間不能超過3天;

2)改造施工過程中，高低壓配電間、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備用房不能影響正常使用;

1.2技術(shù)要點(diǎn)

1) 工程加固的目的就是要通過加固施工，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度及耐久性，達(dá)到修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)、提高承載力、增強(qiáng)使用功能、滿足使用要求，因此，選擇加固方案要以提高加固工程質(zhì)量為根本目的。

加固工程常采用的方法有加大截面加固法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法和改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固法等，采用過時(shí)的加固方法需要大量的人力、物力和時(shí)間，已不能滿足當(dāng)前加固工程質(zhì)量、工期、安全、經(jīng)濟(jì)的要求，而化學(xué)灌漿法、粘鋼錨固法、碳纖維加固法應(yīng)運(yùn)而生，以其施工方便、施工速度快、不占用空間、技術(shù)可靠，能取得良好的加固效果及經(jīng)濟(jì)效益的明顯優(yōu)勢(shì)成為加固工程中的優(yōu)選方案，廣泛應(yīng)用于各類加固工程中。

2)對(duì)原有高低壓配電室、變電所、實(shí)驗(yàn)室要采取必要的保護(hù)措施。

實(shí)驗(yàn)室設(shè)備龐大，屬于精密儀器，不得移動(dòng)，嚴(yán)禁灰塵及較大的震動(dòng);供電用房地下、天花板處電纜交錯(cuò)縱橫，不得潮濕見水，且要求保持清潔干燥;特殊的環(huán)境設(shè)計(jì)、施工要全力配合，需做詳細(xì)周密的計(jì)劃.

2 結(jié)構(gòu)加固的方法

2.1預(yù)選方案

1)框架梁的加固:

經(jīng)濟(jì)、技術(shù)先進(jìn)的加固方案當(dāng)屬粘鋼錨固法和碳纖維加固法，前者以造價(jià)低，施工簡(jiǎn)單，占用空間小，加固效果好，明顯優(yōu)于加大截面法和預(yù)應(yīng)力加固法，后者則各種優(yōu)勢(shì)盡顯其中，更具有耐濕耐潮、抗腐蝕強(qiáng)、自重輕、強(qiáng)度高、施工便捷、質(zhì)量好的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在自重輕，材料自身幾乎不增加重量;強(qiáng)度高，固化后的碳纖維強(qiáng)度比鋼材高達(dá)十幾倍;勞動(dòng)強(qiáng)度小，一個(gè)作業(yè)面只需一至兩人操作即可;施工工期短，熟練工人每人每天可完成近200m2左右。

2)框架柱的加固:

較為常見的加固方法有增大截面法和外包鋼加固法。

增大截面法是對(duì)需加固的柱在其周圍增加斷面，增加鋼筋以滿足計(jì)算配筋量，加大截面部分澆筑混凝土;用這種普通加固方法，費(fèi)用較低，但施工周期長(zhǎng)，拆模板后要達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度所需的時(shí)間也較長(zhǎng)。

外包鋼加固法是在混凝土柱四周包以型鋼進(jìn)行加固，這樣既不增大混凝土截面尺寸，又大幅度地提高混凝土柱的承載力，施工周期比加大截面法縮短的多。

外包鋼加固法具體方法又分干法作業(yè)與濕作業(yè)法兩種形式:

干式加固法是將型鋼(一般是角鋼)直接外包于需要加固的混凝土柱四周，型鋼與混凝土之間無連接，由于與混凝土沒有形成一個(gè)整體，所以不能確保結(jié)合面?zhèn)鬟f剪力。

濕式加固法一是用乳膠水泥漿或環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿等材料，將角鋼粘貼在混凝土柱上，二是角鋼與混凝土之間留一定間距，中間澆筑混凝土，達(dá)到外包鋼材與混凝土相結(jié)合。兩種作業(yè)方法相比較，干式作業(yè)法施工更為簡(jiǎn)單，價(jià)格低，施工時(shí)間短，但其承載力提高不如濕式作業(yè)法好。

針對(duì)選煤廠的改造要求，做了詳細(xì)縝密的調(diào)查研究，綜合各種施工方案的利與弊，采用以下加固方法。

2.2結(jié)構(gòu)加固改造措施

1)梁、板配筋不能滿足受力和最小配筋率的情況。

經(jīng)過建筑整體調(diào)整計(jì)算，大部分梁，板不滿足使用受力要求，對(duì)于梁、板可按計(jì)算結(jié)果采用碳纖維加固措施，依據(jù)CECS 146:2003《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，高強(qiáng)度類碳素纖維布相對(duì)于鋼筋有10倍以上的抗拉強(qiáng)度，不但具有耐腐蝕、耐潮濕的優(yōu)點(diǎn)，還有不增加結(jié)構(gòu)主體的自重、耐用、維護(hù)費(fèi)較低優(yōu)點(diǎn)，但在防火方面需要特殊的處理;此工程的碳纖維加固依據(jù)了“加固后受彎承載力的提高幅度不宜超過40 %”的原則，進(jìn)行碳纖維片材一梁抗彎抗剪加固設(shè)計(jì)。

2)框架柱配筋不能滿足受力和最小配筋率的情況。

根據(jù)此工程的特殊性，依據(jù)CECS25 : 90 《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》， 對(duì)于框架柱加固采取了外包鋼法，補(bǔ)足總體分析的柱配筋不足。

加固方式采用環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿的濕式外包鋼。

加固方法，計(jì)算時(shí)考慮抗震因素鋼材強(qiáng)度乘以降低系數(shù)0.7，節(jié)點(diǎn)示意見圖2

a一外包鋼加固柱柱底做法;

b一外包鋼加固柱樓層做法;

c一外包鋼加固柱頂層做法;

d-截面

1 - 鋼板;2 - 角鋼;3 - 鋼板與角鋼焊接;

4 - 細(xì)石混凝土澆搗;

5 - 箍筋;6 - 室內(nèi)地坪;7 - 基礎(chǔ)頂;

8 - 原柱寬;9 - 樓層;

10 - 屋面;11 - 柱四角角鋼

圖2外包鋼加固節(jié)點(diǎn)示意

3) 對(duì)原有高低壓配電室、變電所、實(shí)驗(yàn)室的影響情況。

在結(jié)構(gòu)計(jì)算過程中，在原有高低壓配電室，變電所，實(shí)驗(yàn)室周邊都存在需要加固的框架柱，梁，板及填充墻體;然而現(xiàn)場(chǎng)要求在施工過程中，配電室、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)保持清潔，周邊維護(hù)不得拆除，不能影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)(可短暫停歇)。

室內(nèi)加固的部分，業(yè)主內(nèi)部生產(chǎn)配合，可暫停使用高低壓4～6 h。施工單位準(zhǔn)備好加固材料，人力、物力。現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作就緒后，嚴(yán)謹(jǐn)配合，輕拿輕放，支護(hù)、遮蓋到位，最大努力縮短施工時(shí)間，按照周密的施工計(jì)劃，按部就班，有條不紊，在很短的時(shí)間內(nèi)，很好地完成了特殊環(huán)境下的加固施工任務(wù)，得到業(yè)主高度評(píng)價(jià)。

以上是整個(gè)項(xiàng)目改造實(shí)施過程中的施工方法。目前，改造后的廠房己投入使用，反映良好。

3 結(jié)構(gòu)加固改造應(yīng)注意事項(xiàng)

對(duì)于任何一個(gè)加固改造項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)任務(wù)開始之前，必須對(duì)項(xiàng)目的總體要有一個(gè)鮮明的認(rèn)識(shí)，明確使用功能的變化，了解工藝的使用要求，且要實(shí)地進(jìn)行周全的考察，收集詳細(xì)的原始地質(zhì)勘探資料及項(xiàng)目的竣工圖、計(jì)算書;除此之外還要請(qǐng)專門機(jī)構(gòu)進(jìn)行建筑物可靠性的鑒定，做為設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。

加固改造過程中，不僅僅是使單個(gè)構(gòu)件滿足結(jié)構(gòu)使用要求，還要在結(jié)構(gòu)計(jì)算過程中，按現(xiàn)行規(guī)范使整體滿足抗震設(shè)防要求，主體剛度要分布均勻，避免形成新的薄弱層;但有些建筑物涉及年代久遠(yuǎn)，如果按現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行有些困難，具體情況應(yīng)具體分析，匯集專家意見適當(dāng)實(shí)施。

4 結(jié)束語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑加固改造的辦法也越來越多，施工也變得容易實(shí)施。通過上述改造項(xiàng)目，給設(shè)計(jì)者們一個(gè)很大的啟示。廣義上講，無論工業(yè)還是民用建筑，設(shè)計(jì)、施工過程中，并不是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)的單純累加。要充分結(jié)合到施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采取有效合理地設(shè)計(jì)施工方案，是做出一個(gè)好項(xiàng)目關(guān)鍵。如何因地制宜，采取合理的實(shí)施辦法，值得設(shè)計(jì)、施工人員去多多的思考。

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[4] 06SG311-1 混凝土結(jié)構(gòu)加固改造構(gòu)造圖