排架廠房托梁換柱改造技術探討

李永強

摘要：為了滿足冶煉企業(yè)發(fā)展的需要，原有廠房須增加一些大型設備、工業(yè)爐窯等，這時需要拔除一些柱子，利用擴大柱網的辦法滿足生產工藝布置要求，稱為托梁換柱。文章介紹了排架廠房托梁換柱改造的設計和施工過程，總結出托梁換柱改造成功的關鍵是保證頂升過程中屋架和千斤頂?shù)姆€(wěn)定、保證大跨度托梁與原有構件的剛性連接。

關鍵詞：排架廠房；托梁換柱改造技術；廠房改造；大跨度托梁；原有構件 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU746 文章編號：1009-2374（2016）03-0033-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.03.017

1 工程概況

金川集團公司銅冶煉廠轉爐吹煉廠房于1964年建成，主要結構為大型屋面板、鋼結構組合屋架、預制鋼筋混凝土排架柱。該主廠房跨度為24m，柱距為6m，柱頂標高為20.8m，軌頂標高18m。改造前廠房內布置有4臺50t臥式轉爐、2臺100t陽極精煉爐、5臺50t橋式吊車，年處理有色金屬10萬噸。21世紀初，集團公司決定對現(xiàn)有吹煉設備進行挖潛優(yōu)化綜合改造，其中需要新建一臺110t臥式轉爐。根據(jù)工藝布置要拔掉列⑥軸線的一根鋼筋混凝土排架柱，為轉爐煙氣出口和余熱鍋爐騰出空間。廠房平、剖面示意見圖1、圖2：

原工藝設計單位建議對⑥軸線屋架卸荷后進行拔柱施工，即先拆除⑥軸線屋架兩邊屋面板，然后進行托梁拔柱。該方案工期長，需要系統(tǒng)停產時間達25天，施工費用也高，不滿足生產要求。筆者有幸被指定優(yōu)化施工方案，參加了該項目的全過程，將施工時間控制在系統(tǒng)檢修工期10天之內，圓滿地完成了工作。

2 施工方案

2.1 方案設計

設計方案時考慮以下四點：（1）保證施工中結構體系的安全與穩(wěn)定；（2）保證施工中體系處于靜力受力狀態(tài)；（3）保證施工完畢結構處于原設計要求的受力狀態(tài)；（4）操作盡可能簡便，不能影響生產。

原設想在吊車大梁頂部固定臨時小鋼柱，鋼柱頂架設千斤頂來頂升屋蓋系統(tǒng)，由于停產期間吊車本體也需要檢修，考慮到該廠房柱體截面較大（1900mm×900mm），故最終采用千斤頂頂升屋蓋分段截柱法施工，即拆除吊車梁后，在被抽柱牛腿上架設臨時小鋼柱，小鋼柱頂架設千斤頂，屋蓋頂升后，截去被抽上柱，架設鋼桁架，落下屋蓋，再拔除下柱和基礎。

臨時小鋼柱頂部做成臺階式，臺階上放千斤頂。二階小柱直伸至屋架下20mm左右，兩側設有8槽鋼拉桿，與兩側廠房柱拉接，保證小鋼柱的側向穩(wěn)定。屋架端部焊Φ6鋼筋，一頭砸尖，引伸到掛在臨時小鋼柱兩側的鋼板尺上，屋蓋起降高度可直接讀數(shù)。

根據(jù)計算可選用QY50型液壓千斤頂（準備2臺，其中1臺備用），頂升力為50t。

2.2 對原廠房結構件進行可靠性鑒定

該廠房已使用40余年，在改造擴建前進行可靠性鑒定是完全有必要的。經檢測鑒定認為廠房所有相關構件聯(lián)結牢固，可靠性為b級，可以滿足由千斤頂頂升屋蓋系統(tǒng)的托梁拔柱要求。

3 結構設計

本次改造的結構設計委托西安建筑科技大學建筑設計研究院完成，設計內容為12m跨托架支撐屋架、12m跨吊車梁、臨時小鋼柱和⑤、⑦柱體側面的預埋鐵件。其中12m跨托架為型鋼組合鋼桁架，具體幾何尺寸和內力分布分別見圖4、圖5；12m跨吊車梁采用Q345-B鋼，由于受原廠房軌頂標高和⑤、⑦柱牛腿頂標高限制，吊車梁設計為變截面形式，梁端高度為1206mm，梁中高度為1526mm；臨時小鋼柱采用Q235-A鋼，對柱頂和柱腳均加肋板加強；所有預埋鐵件與原混凝土構件為剛性連結，采用植筋技術實現(xiàn)。

4 施工步驟

4.1 準備工作

（1）加工制作鋼構件。嚴格遵照設計要求和《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB 50205-2001）要求，尤其是吊車梁的加工必須采用自動焊接設備，且焊縫須經過超聲波或磁粉探傷檢測滿足二級要求；（2）提前拆除廠房與被拔柱體相連的外圍護墻板和預制混凝土墻檁等附屬構件；（3）準備兩臺50t千斤頂，并經過試驗檢定，準備若干塊20mm厚鋼墊板和斜鐵。

4.2 植筋工作

4.2.1 植筋劑的選用。通過對比中國建筑研究院對YJS-1結構膠和HY150植筋膠的試驗報告，認為HY150植筋膠其兩組分在工廠計量配制，固定包裝，在現(xiàn)場通過配套的混合器使之能夠均勻混合，影響質量的因素較少，質量可靠；使用TE75電錘、TEY32/57鉆頭鉆孔，孔壁較為粗糙，有利于植筋錨固且在鉆孔時不會傷及鋼筋，對原結構基本無破壞；在室外溫度20℃時只需要45分鐘即可達到設計強度，能大大地縮短工期。本項目中選用HY150植筋膠作為預埋鐵件的植筋劑。

4.2.2 結合該工程的具體特點，制定了以下植筋施工工藝：（1）測量放線，按設計要求確定螺栓位置；（2）用TE75電錘、TEY32/57鉆頭鉆Φ32mm孔，孔深450±2mm，不得傷及原有鋼筋；（3）用Φ28mm毛刷清除孔內混凝土粉末，并用氣泵吹掃，保證孔內清潔；（4）用MD2000注射器從孔底開始向外灌注HY150植筋膠（第一次打出的10cm不用），注膠量不少于孔深3/4；（5）對預埋螺栓做好插入深度控制標記；（6）注膠后應按同一方向緩緩旋入螺栓，最后擠出部分植筋膠，按深度標記檢查植筋的深度；（7）植筋膠未固化前不得觸動預埋螺栓；（8）植筋膠固化后達到設計強度后安裝預埋鐵件并焊接。

4.3 停產施工

4.3.1 等到生產系統(tǒng)停產檢修時將吊車開離被拆柱兩側兩跨以外，并在兩跨外安裝止車器，以防吊車發(fā)生意外。

4.3.2 對屋架下弦受力點用型鋼進行加固。

4.3.3 拆除B列⑥軸線柱兩側跨內吊車軌道。

4.3.4 拆除B列⑥軸線柱兩側跨內預制鋼筋混凝土吊車梁，并及時運離；清理該柱牛腿頂面。

4.3.5 架立臨時小鋼柱，安裝千斤頂、標尺、拉桿等。小鋼柱要保證垂直，底部要用鋼板墊平墊穩(wěn)，與被抽柱牛腿預埋體焊牢；千斤頂?shù)撞克闹苡肔30角鋼焊在小鋼柱上卡住千斤頂防止打滑。

4.3.6 割開屋架與柱頂焊縫，切割時要保證完全斷開，不能燒壞屋架；然后割開屋架下弦與垂直支撐的連接焊縫。

4.3.7 頂升屋蓋。升高3mm即可停止，并對屋蓋進行一次檢查。在小鋼柱頂與屋架之間用鋼墊板和斜墊鐵塞緊，此時就可松開千斤頂，讓小鋼柱受力，保證切割上柱時的安全。

4.3.8 切除上柱，安裝托架即鋼桁架。

4.3.9 降落屋蓋。用千斤頂頂起屋架，抽掉小鋼柱頂鋼墊板，緩慢松開千斤頂回油閥，降落2mm，檢查屋蓋各部位。然后用鋼墊板和墊鐵將屋架與托架的支點處墊緊、焊牢后撤去千斤頂。

4.3.10 焊接屋架下弦與垂直支撐處；拆除臨時鋼柱。

4.3.11 安裝12m跨鋼吊車梁和走道板并安裝吊車軌道，軌道接頭采用鋁熱焊聯(lián)結，吊車通行。

4.3.12 拆除下柱，恢復外圍護結構并清理現(xiàn)場，完成托梁換柱施工。

在頂升屋架和降落過程中，在地面布置了兩臺經緯儀觀察屋架的側向變形，均未發(fā)現(xiàn)側向位移；屋面防水層完好。通過近一個月的觀測，原屋架支點最后位置與起升前比較，高差為零；使用一年多后觀測，也未發(fā)現(xiàn)任何異常現(xiàn)象。

5 結語

（1）本工程使用鋼材7.6t，在系統(tǒng)停產檢修期間耗時10天，其設計和施工組織是合理科學的；（2）本工程的圓滿完成為同類型廠房改造擴建提供了有力依據(jù)，2005年在該廠房內按此方案又擴建了兩臺110t臥式轉爐，而該工程中使用的植筋技術在鋼筋混凝土結構改造和設備地腳螺栓的固定中已廣泛運用。

（責任編輯：周 瓊）