整體頂升大型結構廠房屋面系統抽柱換梁施工技術探討

鐘彪

（攀鋼集團工程技術有限公司，四川 攀枝花 617000）

近年來，在配合工藝改進、設備更新和技術改造而對老廠房進行相應的改造工程中，經常遇到整體頂升大型結構廠房屋面系統、抽柱換梁的施工難題，如何以最快的速度、最少的投資、安全可靠完成改造任務、盡早恢復生產是建設單位和施工單位都在研究且亟需解決的重要課題。針對該課題，攀鋼集團工程技術有限公司的科技工作者和施工管理人員開展了大量的研究工作和工程實踐，總結出了“整體頂升大型結構廠房屋面系統抽柱換梁施工技術”，成功地解決了攀鋼釩軌梁廠950生產技術線改造工程中“整體頂升大型結構廠房屋面系統抽柱換梁”施工任務。

攀鋼釩軌梁廠950生產廠房建于20世紀70年代，結構老化，屋面系統結構復雜（FG跨廠房屋架為鋼結構，GJ跨為混凝土結構，兩跨屋蓋蓋板為混凝土結構）、跨距30m，改造部位的混凝土屋面板重達110t，且廠房凈空高度低。改造后的950生產線軋制主線在FG跨，要求矯直后的型鋼從軋制主線所在的FG跨的1#、2#、3#、4#柱位置橫移過跨至堆場所在的GJ跨。見圖1。

改造內容：保留原混凝土屋架及屋面系統時，拆除2#、3#兩根混凝土廠房柱及原托架梁，新增一根鋼立柱、加固1#柱、更換新托架梁。在新托架梁安裝前的所有工作均須在不停產的前提下進行。

1 技術特點

（1）采用柱基預壓、承重柱分段制安、移除柱基預壓實現新增承重柱安裝和屋架荷載有效轉移。

（2）不破壞原有屋面系統，搭設新托架梁，實施多點同步頂升，實現載荷平穩、有效、安全地轉移。

圖1 改造廠房

（3）設計制作專用荷載轉移裝置，解決屋面系統、屋架系統、托架梁、廠房柱間的荷載轉移。

2 工藝流程及操作要點

2.1 工藝流程

前期準備→加固1號混凝土柱、改造柱頂支座→3-4號柱間新增鋼柱基礎施工→拆除新鋼柱位置上方舊行車梁部分走道板→3-4號柱間新增鋼柱安裝→安裝29.5m新托架→荷載轉移裝置的設計制作與安裝調試→屋面系統整體頂升、新舊托架梁之間荷載轉移施工。

2.2 操作要點

（1）前期準備。根據工藝路線，做好措施材料、工機具等準備，抽柱施工前期，拆除連接各個廠房柱之間的隔熱墻，形成施工通道。

（2）加固1號混凝土柱。1號混凝土上柱（不含牛腿）采用灌膠粘鋼加固處理，上柱四角用L125×12角鋼反扣，柱體四面用5mm×60mm鋼板，間隔300mm布置，柱頂1200mm高處用12mm鋼板四面環包，鋼結構材料與混凝土柱身注膠粘結形成一體，1號混凝土下柱需將基礎加大，下柱柱身及牛腿三面加寬。

（3）改造1#混凝土柱頂支座。1#柱為混凝土結構，新增托架梁與1#柱連接，新增托架梁焊接在原1#柱頂鋼結構支座上，由于原支座問題與新托架梁無法直接焊接，需要將支座板上、下翼緣板和立板整體加寬、加筋改造；新增托架梁安裝后，將屋蓋系統的載荷由此支座板傳到1#柱上。

（4）新增鋼柱基礎施工。新增鋼柱安裝之前，基礎要先形成，鋼柱基礎采用預留杯口式；因鋼柱安裝時，柱上方有舊吊車梁、舊托架及屋架，嚴格控制基礎標高；在3#、4#柱間新增鋼柱安裝之前，拆除鋼柱正上方走道板，形成2m×2m的一個安裝孔，保證鋼柱安裝時，能順利穿入。

（5）安裝3#、4#柱間新增鋼柱。新增鋼柱高14.07m，重約6.5t，下柱為鋼管混凝土柱，上柱為制作H型鋼。因場地狹小及原有吊車梁和托架梁沒有拆除，只能將新增立柱分三段運輸到位，現場組對焊接、安裝。

（6）安裝29.5m新托架。新托架長29.5m，寬960mm，總重22t，由兩榀單片桁架和上、下弦桿件形成整體框架。新托架的安裝位置在1#柱與新增鋼柱之間。新托架安裝時，原托架系統暫時須保留，現場施工采用單片吊裝到位，待原托架卸載后連接上下系桿的方法進行。在托架單片安裝前，需要將托架下弦梁與2#、3#混凝土干涉處上下翼緣板內側切割，補強切割部位。避免托架下弦與混凝土柱干涉，將混凝土柱兩側混凝土破拆深約50mm，在托架兩端與柱連接板的內側，將上下弦H型鋼內側翼緣板切去600mm。

（7）荷載轉移裝置的設計制作與安裝調試。荷載轉移裝置設計制作如圖2所示。稱重傳感器安裝位置在主千斤頂油缸活塞桿頂端與橫梁相接處的位置，重量測量范圍0～80t，每個主千斤頂處各一套，采用計算機集中控制；為了保證新托架梁受力均勻和屋面系統同步平穩提升，選用集中供油的一拖九(備用一臺)同步80t千斤頂（頂升設備）。

圖2 荷載轉移裝置圖

（8）屋面系統整體頂升、新舊托架梁之間荷載轉移施工。①荷載轉移裝置制作安裝就位后，將8個80t液壓千斤頂分別放置在4套頂升下壓的裝置上。②在未進行改造的廠房屋面上設置一個沉降觀測點，實時監測改造的5個屋面的標高變化情況，荷載轉移前在新增托架節點處設置觀測點，在屋架頂升時通過水準儀觀察各參考點的變化情況。③取出2#、3#柱頂屋架支座底板與混凝土預埋螺栓連接的螺母，去除舊托架梁下玄與混凝土柱預埋件連接螺栓，確保頂升時相關連接件分離。④緩慢啟動8個80t的同步液壓千斤頂，起升速度為1mm/min，千斤頂啟動后，要隨時觀測相對參考點與支座頂板位置的變化情況；當某一個千斤頂稱重顯示達到13.85t時，停止該千斤頂的頂升，啟動鎖緊裝置，待全部千斤頂稱重顯示達到13.85t時，停止頂升啟動鎖緊裝置；監測點對標高變化進行實時檢測。1#柱-新增4#柱之間的舊托架梁連同上部整個屋面及屋架系統的載荷重量，經由4組頂升裝置傳遞至新增托架梁上玄從而傳遞至新增托架梁，托架梁又將上述荷載傳遞至加固后的1#柱和新增4#柱上，此時，2#、3#柱已無荷載。⑤頂升完成后，仔細檢查托架現在的起拱值和各節點的情況，在4個支座節點處用鋼板焊接支座橫梁，將新托架梁的下玄連接橫梁安裝焊接到位，至此新托架梁成為整體受力梁。⑥拆除2#、3#柱柱頂混凝土及預埋板；8組千斤頂泄壓，速度1mm/min，觀察屋架支座與參考點相對位置的變化，傳感器顯示為0時，荷載轉移至新托架4組支座橫梁，至此，荷載轉移完成。⑦移除千斤頂，拆除上下頂架，拆除1#～4#柱間原托架、吊車梁系統，拆除2#、3#混凝土柱。⑧安裝29.5m吊車梁及輔助系統。

3 技術創新點

（1）研究重型混凝土屋架載荷快速轉移的施工方法，實現了在不破壞原有屋面及屋面系統結構的情況下，使原屋面載荷平穩、有效、安全地轉移至新增鋼柱及托架梁上，完成舊廠房改造承重柱及屋架載荷的轉移，專利：重型混凝土屋架載荷快速轉移的施工方法（ZL2015 1 0012971.2）。

（2）研究承重柱分段施工及屋架載荷轉移方法，實現了承重柱及屋架載荷的轉移，縮短了施工工期。專利：新增承重柱及屋架載荷轉移方法（ZL2015 1 0089331.1）。

（3）研制了一種專用屋面荷載轉移裝置，有效地解決了在保留大型廠房屋面系統的情況下，拆除支撐柱的難題。專利：用于工業廠房改造及屋架載荷轉移裝置“ZL2015 2 0017123.6”。

（4）該施工技術具有創新性，填補了國內該施工領域的空白，其整體技術達到國內先進水平。

4 實施效果

2015年，“整體頂升大型結構廠房屋面系統抽柱換梁施工技術”成功應用于攀鋼釩軌梁廠950生產技術改造工程中，解決了“保留原廠房混凝土屋架及屋面系統、拆除2#、3#廠房柱、新增一根鋼柱實現型鋼橫移過跨要求”，工期提前15天，該工程獲得了“冶金行業優質工程獎”。

2016年、2017年，在攀鋼釩公司產品結構優化調整改造項目—舊廠房拆除施工中和攀鋼釩公司成品庫房檢修中也應用了該施工技術，工期分別提前10天和7天，取得了良好的效果。