某電廠煙道框架結構改造設計簡述

虞瑩 李翠娥 孫璽璽 姚育華

(杭州北高峰電力工程設計有限公司,浙江杭州 310007)

某電廠煙道框架結構改造設計簡述

虞瑩 李翠娥 孫璽璽 姚育華

(杭州北高峰電力工程設計有限公司,浙江杭州 310007)

簡要地介紹了,因工藝生產需要,受場地、環境限止,一個大跨度多層框架被改建成體形復雜的高層不規則框架,所遇到的一系列問題。

多層框架體系 高層框架體系 極不規則結構 鋼煙囪的設置方案 鋼框支撐體系 新舊基礎整體發揮作用 施工順序必須遵循由下而上的次序

1 工程概況

本工程為某電廠環保脫硫改造工程項目的煙道支架改建工程,因受場地限制,工藝根據建設方要求,只能在已支承著生產仍需要的舊有煙道的框架體系之上,再布置一個新增的煙道,而原框架體系實為17．45m大跨度砼框架結構(參見圖一)。

此外還要求在其上架設直徑為7m的臨時鋼煙囪,使框架結構的總高度達到52m(鋼煙囪頂標高為60m)。也就是要將原來一個多層框架體系(原設計按老規范屬多層框架)擴建為一個高層框架體系,工程當地抗震設防烈度為6度,改建后的結構體系,對抗震設計而言,成了極不規則結構一類的體系。經詳細分析、研究后,決定上部新增的結構體系采用鋼框支撐結構體系。

對原下部砼框架結構體系也相應增加了必要的鋼支撐,對原下部砼框架結構體系中的梁、柱構件,以及原基礎,則依據分析、計算情況,按滿足高層建筑規范各項要求進行加固或改建,最終形成了如圖二的結構體系。

圖一

2 設計過程中遇到的主要技術問題和處理情況

(1)臨時鋼煙囪的設置方案,在煙囪設計中結構主要需解決的是因承受水平荷載引起的穩定、及強度問題。鋼煙囪規范推薦的是獨自落地的塔架式、自立式及拉索式。但在本工程中均無條件實施。因此采用了工業廠房中常用的由樓層梁支承設備的方式(即視臨時鋼煙囪為一個大型設備安置在樓層上),但這樣,就不得不考慮到原來作用在煙囪體上的水平荷載,轉傳到樓層的支承梁(包括只對臨時鋼煙囪起水平控制作用的梁)及上部鋼框架上的情況,就是支承鋼煙囪的樓層梁還必須驗算其在水平方向也同時受較大荷載時的受力狀況(因而局部構件要人工驗算)。這就是,最終在上部鋼框架中要局部采用箱形截面梁和較普遍地設置柱間鋼支撐的重要原因。

(2)新擴建加高的結構體系的確定。為了盡可能減少新增結構的自重、保證上部框架在各類荷載組合下的空間整體穩定、減少層間位移和符合高規各項技術數據限值的要求,后增的上部結構,采用的是鋼框支撐體系。與其他的鋼結構中支撐一樣,豎向和水平支撐的布置時,充分考慮了結構體系受力變形時定性分析的狀況。框支體系電腦程序分析計算的過程及結論,也體現了所布置的支撐在本工程中起著關鍵的作用。應該指出,支撐的最終布置是在分析計算過程中不斷調整、改善才得到的成果。

(3)原有下部砼框架的改造及加固。由于原框架結構是柱距為17．45m的大跨度砼框架結構,原內部空間已布滿了煙道等設備,沒有條件另外增加直接支承于地基的新柱。在新的結構體系中為增強側向剛度,改善原梁、柱的受力狀況,必須增設柱間斜支撐,并依據數十次的驗算、分析、不斷的調整的方法,以及依據各構件自身狀況分別采用加大截面、外包鋼等不同方式給于加固,局部位置的柱作了加高、甚至要改造成剪力墻,才使此工藝生產布置所依托的改建結構方案具有實現的可能。

圖二

(4)基礎的加固。原勘察資料表明本工程所處的地質狀況尚好,勘察提供的地基承載力特征值為200kpa。下層也不存在軟弱土層。原工程采用的是天然地基,原柱基都為獨立柱基?？紤]到原工程已使用多年,可以考慮采用修正后的地基承載力特征值。據此,除了原基礎在上部改建后,在新增荷載下,經復核驗算能滿足要求的柱基礎維持原有狀況外,分別采用了將原獨基擴大、增加地梁連接、合并改建成有大地梁的條形基礎等方式。這中間包含著我們的積極期望,即實施新舊基礎整體發揮作用的意圖(參見圖三示意)。這里特別要指出基礎擴建時的構造措施(包括插筋)要充分體現新增荷載后,將盡可能由柱體直接通過擴大后的新砼整體基礎傳到地基的意圖。

(5)施工順序必須遵循由下而上的次序,不應上、下同時施工,以使新增荷載同時支承于下部已加固構件的全斷面上。同時對參與施工的人員和施工的質量的要求,應制定比一般正常全新工程從嚴、從高的準則。

圖三

3 結語

總結以上情況,可見要實施這樣一種極不規則的擴建結構方案,雖然是可能的,但是,無論在經濟上、人力上、物力上都是要付出大代價的,也就是用上述的代價才能換取空間的利用。

另外,我們認為,如遇類似改建工程必須全面仔細分析、謹慎判斷,有條件時宜另覓方案。因為這種改建不僅給施工帶來較大難度(從而有可能產生質量隱患),工期也相對會長。從經濟角度講也并不一定存在巨大利益空間。