工業建筑抽柱改造設計與施工技術淺析

劉旋

【摘要】本文作者結合工業廠房抽柱改造設計與施工的工程實例，主要介紹了工業建筑抽柱改造設計的施工工序、要求及安全控制方法等。

【關鍵詞】工業建筑；抽柱設計；施工技術

引言

當前，大多數工業企業在考慮進一步擴大企業規模，需要對建筑用房進行改造時，一般都會想到通過抽除某些樓層的柱或墻來擴大使用空闖，這種方法就稱為抽柱改造，它在目前的對工業建筑的改造中被應用得最為普遍。

一、工業建筑抽柱改造的環境分析

被改造的工業建筑一般都是既有建筑，具有穩定的承載結構體系。改造將破壞既有傳力結構體系，通過新增結構構件再造承載結構體系。改造建筑現場空間有限，并受到工藝，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，導致再造后的承載結構體系不能完全滿足新設計結構標準，是非標準結構體系，包括結構形狀、尺寸與支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，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《建筑結構可靠度設計統一標準》(GB 50068--2001)的規定進行承載能力極限狀態設計和必要時的正常使用狀態驗算，其設計驗算結構按時問凍結法，將施工過程時變結構簡化為最危險的幾個狀態的典型結構。

二、工業建筑抽柱改造設計

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12 m混凝土托架拓展為18 m跨。由于生產過程的連續性，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?；诠I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18 m托架，然后抽柱的設計施工方案。下圖2.1為該工業廠房的局部示意圖。

圖2.1 某廠房平面局部示意／mm

（1）抽柱后的18 m托架結構形式選擇

現有12 m通道處，支撐屋架的為12m鋼筋混凝土托架(圖2.2)。原12 m托架不能拆除，所以設計利用原12 m托架改造為18 m鋼筋混凝土與鋼結構組合托架(圖2.3)。

圖2.2 12 m鋼筋混凝土托架/m

圖2.3 18 m鋼筋混凝土與鋼組合托架/m

（2） 18 m鋼筋混凝土與鋼組合托架設計

設計利用原12 m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18 m托架。18m托架理論計算模型為鉸接桿系模型 (圖2.3)。但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、施工工序要求與控制

3.1 施工工序要求

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，孔徑為60mm；

(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。

3.2 抽柱改造施工控制

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

(1)根據廠房改造的需要，首先要加固丙01線、丙04線立柱。

(2)做施工不完整托架及03線屋架臨時支桿,如下圖3.1所示。

圖3.1制作不完整的18m托架

(3)截丙03上柱，完善托架，成帶臨時支桿托架，如下圖3.2所示。

圖3.2 帶支桿的18m托架

(4)卸載拆除臨時支桿，18 m托架承受荷載(圖3.3)。

(5)拆除吊車梁后截丙03下柱。

(6)安裝18m鋼吊車梁。

圖3.3 承載的18m托架

3.2 施工過程設計

施工過程設計計算模型如圖3.4。采用前述設計施工方法，該項目施工完成后實測18m托架最大變形2mm，小于理論值5.9mm，達到鋼結構工程施工質量驗收規范要求。一年來的使用表明，該工業建筑抽柱改造效果較好。

圖3.4 施工過程計算模型

四、結束語

工業建筑抽柱改造是集設計與施工一體的工程技術，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。在利用原有結構的基礎上，選擇可行的設計、施工方案。工業建筑抽柱改造施工過程是時變結構，選擇最不利的結構狀態、最不利荷載組合控制；工業建筑抽柱改造最終建筑產品設計，考慮現場制作的非標準支座類型，選擇最大荷載效應的結構模型分析。

參考文獻

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[3]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).

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。