某鋼鐵廠鋼渣廠房改造設計

吳 磊

(上海梅山工業民用工程設計研究院有限公司,江蘇 南京 210039)

某鋼鐵廠鋼渣跨廠房，單層鋼結構廠房，已使用近30年。廠房平面軸線尺寸為：長×寬=(144 m+60 m+24 m)×27 m，分三期建造而成。廠房柱距采用12 m，檐口標高24 m，吊車軌道頂標高15 m。一二期之間設變形縫，二三期之間不設變形縫。廠房內布置1臺滾筒設備、5只熱潑渣箱。廠房屋面鋼結構腐蝕嚴重；成品通風天窗積灰腐蝕嚴重；吊車軌道梁變形嚴重。為解決房屋結構中存在的問題，滿足安全生產要求，亟需將現有煉鋼廠鋼渣跨廠房進行改造，以滿足房屋結構的強度、剛度、耐久性等要求，項目的實施是很有必要的。

1 現狀及存在問題

鋼渣跨廠房生產環境惡劣，生產時經常處于高溫、高濕、多灰塵、腐蝕的狀態。鋼渣廠房內熱潑渣箱和滾筒設施工作時產生大量的水蒸氣，水蒸氣內成分復雜，有SO2,CaO等，形成腐蝕性介質。長期以來，鋼渣淬化時產生的高溫蒸汽和腐蝕性氣體對廠房鋼結構系統造成嚴重腐蝕，其中屋架、天窗架情況尤為嚴重。最近在生產中經常發現屋架檁條等鋼構件銹蝕碎片脫落，甚至有1 m長的桿件斷裂墜落，造成安全險兆事故。

中冶建筑研究總院有限公司建筑工程檢測中心，對渣跨隱患最嚴重的廠房屋架、天窗架及部分立柱進行了一次系統檢測，其結論為渣跨廠房屋架、天窗架可靠性評定等級僅為四級，“不符合現行國家標準規范的可靠性要求，已嚴重影響整體安全”。檢測報告簡述如下：

1)屋架系統：21榀屋架中只有5榀屋架的強度及穩定性滿足規范要求，部分屋架安全裕度嚴重不足，如11軸屋架安全裕度只有0.42，銹蝕導致的最大截面損失率達到64.3%。

2)天窗架系統：28榀天窗架只有6榀天窗架的強度及穩定性滿足規范要求。1/11軸的天窗架銹蝕導致的最大截面損失率達88.6%，安全裕度只有0.17。

3)外墻彩鋼板掛鉤處銹蝕較嚴重。

4)排架柱系統：檢測的四根立柱(排架柱)柱腳均出現嚴重銹蝕現象，監測范圍內立柱腳最大截面損失率在20%～25%之間。其中個別立柱受生產車輛撞擊已嚴重變形。

5)行車梁及軌道：上海金藝檢測技術有限公司對鋼渣廠房行車梁及軌道進行檢測。檢測數據顯示，廠房吊車梁相對高差最大已達58 mm，等高差最大達42 mm，軌道跨距偏差最大已達22 mm。以上數據表明標高和間距偏差已經嚴重超標，對行車的安全使用構成嚴重影響。

6)吊車走道板及欄桿部分銹蝕較嚴重。

2 改造內容及目標

內容：更換全部梯形鋼屋架、天窗架、檁條等屋面系統；更換全部外墻皮彩鋼板；調整全部行車梁標高、軌道標高和間距；加固廠房立柱腳；更換部分走道板及其欄桿；行車梁及軌道糾偏；全部鋼結構防腐。

目標：延長鋼結構的耐久性，增加結構的安全性，滿足原設計使用年限要求；提高鋼結構的強度和剛度，滿足安全生產要求。

3 改造措施及效果

本次改造設計，對傳統的設計方法進行了改進，將梯形角鋼屋架改為梯形鋼管屋架，將成品通風天窗改為鋼管普通天窗，將墻面采光帶改為帶雨披的氣窗等(改造前見圖1，改造后見圖2)。

梯形鋼屋架改造。現有廠房采用鋼結構梯形鋼屋架，采用角鋼制作。屋架積灰較多，腐蝕嚴重，特別是屋架下弦積灰嚴重，腐蝕也最嚴重，需全部更換。由于現有屋面板已嚴重銹蝕，故現有廠房屋面彩鋼板無法利舊，需全部更換。為防止角鋼肢間蒸汽腐蝕、便于今后維護保養，同時為減少積灰，將現有梯形角鋼鋼屋架，改為梯形鋼管屋架。為便于分段施工，新老屋架連接過渡，屋面坡度同原屋架面坡度，即1∶10；為便于屋架與保留的廠房柱連接，屋架外形尺寸同原屋架尺寸。封閉鋼管有利于鋼結構防腐蝕，用鋼量較少。但制作節點連接要求較高。鋼屋架制作前，需對保留的鋼柱跨度進行補測，確保新老結構準確連接。

屋面檁條改造：現有廠房屋面檁條采用桁架式角鋼組合檁條。為防止角鋼肢蒸汽腐蝕，便于今后維護保養，將現有桁架式角鋼組合檁條，改為H型鋼檁條。屋面檁條制作簡單，維護保養方便，但用鋼量較大。

屋面通風天窗改造：現有屋面通風天窗采用成品縱向弧形角鋼通風天窗。屋面通風天窗積灰較多，腐蝕嚴重，排風效果較差。為增加排風效果，減少天窗屋面積灰，將現有成品縱向弧形角鋼通風天窗改為縱向普通圓鋼管結構通風天窗。為保證出風量最大化，天窗不設任何窗扇或百葉窗。天窗防雨，采用屋面檐口外挑2 000 mm的辦法解決。縱向普通圓鋼管結構通風天窗通風效果較好，屋面天窗不易積灰，但外形不夠美觀。

柱系統改造：根據可靠性鑒定報告對所有柱腳補強，部分鑿除鋼柱底部包裹的素混凝土，深度約50 mm，采取貼焊加勁板補強，再用混凝土包裹至地面以上500 mm，既可以防止柱腳腐蝕，又可以防止車輛直接撞擊鋼柱。B/5軸柱南側肢工字鋼西翼緣局部碰撞嚴重變形(約2 m長)，先采取臨時支撐措施，然后對加固區段的肢桿、綴桿逐一進行加固。其中有三根綴桿碰撞嚴重變形，按原規格型號進行替換。為確保安全，加固時，行車嚴禁工作。

墻架系統改造：外墻彩鋼板銹蝕嚴重，全部拆除更新。現有廠房為了順利將熱潑渣箱生產時產生的蒸汽快速散發到廠房外，減少對鋼結構廠房的腐蝕，不影響行車操作工的視線，將墻體0.000 m～6.000 m標高間敞開，便于車輛進出，進風面積最大化。6.000 m～11.150 m標高間彩鋼板拆除，設φ4@40鍍鋅鋼絲網，既滿足熱潑渣箱生產的安全，又進一步擴大了進風面積，有利于蒸汽快速散發。11.150 m～15.700 m標高間設彩鋼板，15.700 m～18.400 m標高間，取消墻面采光帶，通長設帶雨披的氣窗。墻面采光帶積灰嚴重，起不到采光作用，拆除作為排風口用，墻面出風面積最大化便于蒸汽快速散發。為防止雨水影響行車的運行，在18.400 m,20.500 m標高處設2道雨披。

吊車梁及吊車桁架改造：吊車梁及吊車桁架輕微腐蝕，重新做防腐處理即可。吊車走道板及欄桿銹蝕嚴重，部分構件進行更換。

行車梁及軌道糾偏：根據檢測報告，行車梁及軌道標高和間距偏差已經嚴重超標，對行車的安全使用構成嚴重影響。軌道中心跨距偏差，規范允許值10 mm，實測最大值22 mm。豎向高差：同跨間內同一跨截面吊車梁頂面高差，規范允許值支座處10 mm；其他處15 mm。實測最大值-42 mm。普遍超過規范允許值，必須進行糾偏處理。擬在行車梁底部增減鋼墊板的做法調整行車梁的標高；同時將QU100鋼軌及連接件拆除，軌道利舊，到工廠將鋼軌調直調平，再安裝，同時調整水平定位。糾偏改造時，不影響行車頂部至屋架底部的運行及檢修的安全距離。但糾偏時牽涉到吊車梁、制動板、輔助桁架、水平桁架等構件，難度較大。

鋼結構防腐油漆選型：熱潑渣生產時，會產生大量的水蒸汽及SO2,CO2，CaO廠房內濕度大，酸性腐蝕較嚴重。鋼結構除銹采用噴砂或拋丸，工廠機械除銹等級為Sa2.5，現場手工除銹等級St3，涂刷環氧富鋅底漆2遍，厚度不小于60 μm；涂刷環氧云鐵中間漆1遍，厚度不小于80 μm；丙烯酸聚氨酯面漆3遍，厚度不小于100 μm，總厚度不小于240 μm。

4 施工注意事項

1)屋面分段改造。鋼渣廠房不能全部停產施工，要利用爐修間隙組織施工。因此屋面改造時，要結合爐修進行分段改造，同時要設置臨時屋面，防止雨水直接淋在室內行車和電氣設備上，保護廠房內的行車使用安全和電氣設備安全。

2)行車梁調整及滑觸線微調。根據爐修安排，72 h內需完成行車梁全線調整和滑觸線微調，工作量大，提前方案制定和測量工作應準備充分，過程實施連續作業，資源投入多，風險較高。

3)行車正常作業與分段施工關系。需結合分段實施情況，部分屋蓋系統拆除后，采取臨時措施保證房屋整體穩定，保證行車走行安全。

5 結語

通過鋼屋架及檁條的合理選型和防護，減少屋架的積灰量，使廠房的結構更加安全，更加合理。通過對廠房天窗和側窗的改造，合理設置進出風口，增加廠房的排風量，使廠房內的氣流更加順暢，更加快速。通過采用鋼管梯形屋架，合理選擇鋼結構防腐油漆類型，延長廠房的耐久性。鋼渣廠房改造后，房屋的強度、剛度、通風、防腐等性能指標，均達到了預期的效果。