磚煙囪加固處理分析研究

劉艷紅

（廣東省建筑科學(xué)研究院，廣東 廣州 510500）

1 工程概況

某煙囪建于2005年并投入使用，煙囪結(jié)構(gòu)型式為45米高的磚砌圓筒結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物，底部外直徑4.66m，筒身厚度為620mm，內(nèi)部50mm厚的隔熱層，內(nèi)襯為厚120mm的耐火磚。該煙囪選用國家標(biāo)準(zhǔn)煙囪圖集G211-3，煙囪代號50/1.4-0.7-250，套用圖集做到45m高，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)該煙囪筒身距地面約半筒身高度處有一條長約15m、最大豎向?qū)挾燃s為6mm的裂縫，委托檢測單位對該煙囪構(gòu)架進(jìn)行安全性檢測鑒定。

2 原因分析

煙囪筒身存在著較為明顯的豎向裂縫：主要是原因是該煙囪筒壁砌體砌筑時(shí)沒有放環(huán)箍、豎向鋼筋。

3 加固方法

針對該煙囪筒壁砌體砌筑時(shí)沒有放環(huán)箍、豎向鋼筋。對煙囪磚筒壁進(jìn)行扁鋼構(gòu)套加固。扁鋼構(gòu)套加固就是在煙囪磚筒壁豎向粘豎向鋼板，水平向通過螺栓收緊器加環(huán)箍，給煙囪形成整體緊箍，對原構(gòu)架起到一定的約束作用，使磚煙囪砌體處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，扁鋼構(gòu)套加固法主要特點(diǎn)是截面尺寸和外觀影響較小，增加的重量輕，承載力能力提高較大。經(jīng)計(jì)算豎向鋼板采用-80×8@1000，環(huán)箍采用-80×6@1000。

4 加固計(jì)算

4.1 地震作用計(jì)算

本工程基本風(fēng)壓值取為0.5kN/m2；根據(jù)《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50051-2002）第5.5.3.2條要求，設(shè)防烈度為7度時(shí)，Ⅲ、Ⅳ類場地和8度時(shí)，Ⅰ、Ⅱ類場地，且高度不超過45m的磚煙囪，可不進(jìn)行截面抗震驗(yàn)算，但應(yīng)滿足抗震構(gòu)造措施。根據(jù)《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.6.10條要求，7度區(qū)Ⅰ、Ⅱ類場地，配筋范圍為0.5H～頂端，豎向配筋為A10，間距500～700mm，且不少于6根。

現(xiàn)根據(jù)《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》第11.1.6條采用加扁鋼構(gòu)套加固，加10塊縱向鋼板-80×8，設(shè)計(jì)滿足構(gòu)造要求。

4.2 筒壁內(nèi)外表面溫度差計(jì)算

本工程筒壁采用普通粘土磚砌體，內(nèi)襯采用粘土耐火磚，隔熱層采用礦渣棉。內(nèi)襯直徑d0=2840mm，隔熱層內(nèi)直徑d1=3320mm，筒壁內(nèi)直徑d2=3420mm，筒壁外直徑d3=4660mm，Tg煙氣溫度=250℃，Ta空氣氣溫度=0℃，筒壁外半徑r2=2330mm；筒壁內(nèi)半徑r1=1710mm；由《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50051-2002）表5.6.8-1、表5.6.8-2查得內(nèi)襯內(nèi)表面的傳熱系數(shù) аin=38w/m2·k，筒壁外表面的傳熱系數(shù) аex=23w/m2·k。 由《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50051-2002）表 3.4.2 查得，內(nèi)襯導(dǎo)熱系數(shù) λ1=1.08w/m2·k，隔熱層導(dǎo)熱系數(shù) λ2=0.09w/m2·k，筒壁導(dǎo)熱系數(shù) λ3=0.96w/m2·k.

由筒壁外半徑r2/筒壁內(nèi)半徑r1=2330/1710=1.36>1.1由公式5.6.4條知，應(yīng)采用環(huán)壁法計(jì)算受熱溫度。

由《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50051-2002）公式5.6.7可知：

由《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50051-2002）公式5.6.5可知：

筒壁內(nèi)表面的溫度 T2=Tg-(Tg-Ta)/Rtot=250-（250-0）/0.39*（9.26/103+0.073+0.16）=102℃

同理的筒壁外表面的溫度T3=5℃

筒壁內(nèi)表面溫差=ΔT(ΔTS)=T2-T3=102-5=97℃

4.3 環(huán)箍計(jì)算

環(huán)筋采用HPB235鋼筋計(jì)算，E=210000N/mm2；環(huán)筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fat=145N/mm2；γt=1.6；αm=5 ×10-6/℃ ；Em=1600f=3392N/mm2；E=206x103N/mm2

當(dāng)筒壁厚度t=620mm時(shí)在：

取ΔT=97℃的±0.000位置進(jìn)行計(jì)算；筒壁外半徑r2=2330mm；筒壁內(nèi)半徑 r1=1710mm；Em/t=Em/3=3392÷3=1130N/mm2；

由《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50051-2002）公式6.3.1可知：

由《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50051-2002）公式6.3.1-2可知：

由《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50051-2002）公式6.3.1-4可知：

Esh=E/(1+n/6×r2)=206×103/(1+2/6×2.3)=179000N/mm2由《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50051-2002）公式 6.4.1 可知：

εm=εt-fat/Esh=0.00066-145/179000=0.00015mm；

由《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50051-2002）公式6.4.1可知筒壁每米高度所需的環(huán)筋截面面積Ah為：

現(xiàn)采用加扁鋼構(gòu)套加固，環(huán)形鋼箍板-80×6@1000即Asm=480m2>135m2，設(shè)計(jì)滿足要求。

4.4 豎向鋼筋計(jì)算

根據(jù)《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50051-2002）5.5.1，6度和7度地震區(qū)可不考慮豎向地震作用。

現(xiàn)采用加扁鋼構(gòu)套加固，加10塊縱向鋼板-80×8，設(shè)計(jì)滿足構(gòu)造要。

5 煙囪加固施工工藝

加固施工順序：先對煙囪壁的裂縫進(jìn)行封閉、灌漿處理，再進(jìn)行扁鋼構(gòu)套加固。

（1）鏟除原墻抹灰層，將灰縫剔除至5～10mm，用鋼絲刷刷凈殘灰、吹凈表面灰粉，灑水濕潤，噴素水泥漿一道。以清水沖洗干凈，再用耐高溫乳膠水泥砂漿干捻填塞緊密后，在表面勾縫平順。

（2）按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鋼板下料，并用臺鉆按照設(shè)計(jì)要求在鋼板上鉆孔；

（3）預(yù)留植螺栓孔：在梁的正確位置用沖擊鉆鉆孔，用空壓機(jī)清除因鉆孔而殘留的灰塵；

（4）先用Φ10螺栓將縱向鋼板固定在煙囪筒壁，在安裝環(huán)向鋼箍板的位置用耐高溫的乳膠水泥砂漿抹平，再安裝環(huán)形鋼箍板，鋼箍板用螺栓收緊器箍緊，使環(huán)形鋼箍板和筒壁緊貼，環(huán)向鋼箍板與筒壁之間的空隙用乳膠水泥砂漿干捻填塞緊密后，在表面勾縫平順，最后焊接環(huán)形鋼箍板的接頭以及縱、環(huán)鋼板交接的位置。

6 結(jié)語

通過工程實(shí)例我們可以得到以下結(jié)論：外包槽鋼加大截面桿件加固技術(shù)是可增加桿件的剛度、減少桿件的計(jì)算長度，提高穩(wěn)定承載力。尤其適用鋼管桿件的穩(wěn)定性不滿足要求的加固。

［1］CECS77：96 鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)程[S].

［2］GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

［3］鋼結(jié)構(gòu)的檢測鑒定與加固改造[M].中國建筑工業(yè)出版社.