某化工裝置主廠房的改造設計

朱銀鷹 楊衛凱 中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院 吉林 132002

技術改造

某化工裝置主廠房的改造設計

朱銀鷹*楊衛凱 中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院 吉林 132002

介紹在原有高層鋼筋混凝土工業廠房內增加大型設備支撐結構的方案及構造處理方法。

支撐結構方案構造處理

1 工程概況

某化工裝置擴建工程于2007年設計并施工。其中，主裝置廠房是該工程的主要建筑物。建筑面積5357 m2，7層，高度32.5 m，主體結構為鋼筋混凝土框架結構，樁基礎。主體結構施工于2007年末完成并開始設備安裝，2008年4月設備安裝基本結束，準備試車前的外方審查，審查中發現安裝在第5層，標高18.5 m的大型設備K101的安裝標高低了2.8 m，將直接影響工藝流程，造成裝置不能順利開車。該設備操作重接近100 t，屬于塔類高聳設備。支撐結構抬高2.8 m，難度大，結構安全不易保證，工藝流程上解決不但需要增加設備，而且增加運行成本，經過綜合分析比較，決定由結構專業采取措施來解決。

2 結構設計方案的確定

確定結構設計方案的關鍵在于保證結構受力明確、安全合理，節點處理簡單、可靠和施工方便。原有設備所在位置的梁柱布置見圖1。

圖1 ▽18.480梁平面模板圖

大型高聳設備的支撐結構，一般采用鋼筋混凝土結構更合理，因為混凝土結構的穩定性非常好，但由于該設備已經就位，支撐結構如果采用混凝土結構，土建施工和設備安裝都存在很多問題，很難實現。如果在原有K101設備支撐梁上起2.8 m鋼框架，來支撐近100 t重的設備，也存在問題，首先是梁上起鋼柱，柱腳節點不能保證剛性連接，鋼結構雖然強度很高，能夠滿足承載力要求，但鋼結構的穩定性很差，尤其是支撐這種重要的設備，采用鋼支架，結構安全無法保證。經過反復研究論證，決定采取混凝土與鋼結構混合結構，來承擔設備荷載，既利用K101設備所在跨內的四個混凝土框架柱，在標高21.3 m處設置鋼結構支撐平臺，K101設備直接支撐在標高21.3 m鋼梁上。見圖2。

圖2 ▽21.300鋼梁平面布置圖

該處理方案的特點:受力明確而且直接，設備荷載通過最短的路徑傳遞給柱子;充分利用混凝土框架柱的優勢，既受壓能力強，穩定性好，也充分利用了鋼結構的優勢，抗彎承載能力強，施工和設備安裝方便。同時通過設置水平支撐解決了鋼結構穩定性差的問題。該方案的最大難點就是節點的設計和施工。

3 結構計算

增加一個結構標準層，鋼梁按照交叉梁系布置，使設備荷載盡量均勻地傳遞到四個框架柱上，鋼梁與混凝土柱的連接節點很難做到剛接，計算時將鋼梁與混凝土柱的連接節點設置為鉸接，通過SATWE結構分析軟件計算，原有框架梁柱完全滿足承載力和變形要求。但由于在標高21.3 m處增加了一個結構層，致使框架柱在標高18.5～21.3 m之間形成了短柱，短柱及新增節點的核心區不能滿足抗震規范的構造要求，需要進行抗震加固。

4 節點及短柱加固設計

節點的設計結合短柱的加固同時考慮，采用濕式外包鋼加固法，在柱四角包L100×12角鋼，角鋼穿過短柱下部節點的樓板，在緊貼梁底的位置設置扁鋼箍，角鋼上部包至新增鋼梁與混凝土柱連接節點上部500 mm，整個包角鋼范圍內設置扁鋼箍，間距300 mm左右，在節點范圍適當加密，以提高短柱及節點核心區的抗震承載能力。新增鋼梁與混凝土柱的連接節點處，用16 mm厚的鋼板，鋼板兩側與包柱的角鋼焊接，鋼板中部用M20化學螺栓，交錯布置，與混凝土柱連接，鋼與混凝土之間采用環氧樹脂膠灌注，使之達到型鋼與混凝土整體工作，共同受力。見圖3和圖4。

圖3 ▽18.480－21.760柱加固節點圖

K101設備荷載傳遞到鋼梁梁端，產生的梁端支座反力設計值達到460kN，如此大的剪力，完全依靠化學螺栓和結構膠來承擔，顯然是不合適的，存在安全隱患，于是在鋼梁三分之一跨度位置下設置斜支撐，支撐的下端落在標高18.5m框架梁柱交匯處，支撐的設置減小了梁的跨度，降低了鋼梁的截面高度，同時將豎向力直接傳遞到原有鋼筋混凝土框架的節點上，大大降低了新增的鋼梁與混凝土柱的連接節點的負擔，從而使結構更加安全可靠。見圖5(a)、(b)。

圖4 1－1剖面圖

圖5 C、D軸立面圖

5 施工要求

改造加固的效果很大程度取決于選材和施工質量，其性能均應符合《鋼筋混凝土結構加固設計規范》GB 50367－2006要求，且具有各種性能試驗合格證，并按規范要求做相應的檢驗。①要求選擇A級膠;②選用8.8級化學螺栓;③抗拉強度設計值為490 MPa;④抗剪強度設計值為290 MPa。

對施工提出嚴格要求:首先應對原混凝土表面進行處理，對混凝土表面存在的缺陷清理至密實部位，并將鋼與混凝土接觸表面鑿毛，柱四角打磨成半徑≥7 mm的圓角，清除混凝土表面的浮塊、粉末，并用壓力空氣吹掃干凈，在型鋼骨架焊接完成后進行注膠，膠縫的厚度應控制在3～5 mm，加固后的型鋼和混凝土表面掛Φ2.5@25×25鋼絲網，再噴抹50 mm厚M10水泥砂漿，作為加固結構的防護層，同時起到鋼結構的防火和防腐的作用。

6 結語

改造工程于2008年7月施工完成，同年裝置按原計劃順利開車，安全穩定運行至今。結構改造方案的實施為裝置順利開車提供了保障。

該工程改造加固方法較為簡便，施工周期短，對原結構破壞很小，改造痕跡不明顯，滿足了工藝要求，結構性能和使用效果很好。

1 GB 50367－2006，混凝土結構加固設計規范［S］．北京:中國建筑工業出版社，2006．

(Translated by Zhuo Hong)

Reconstruction and Reinforcement Design for Main Unit Building of a Chemical Plant

Zhu Yinying，et al
(PetroChina Northeast Refining＆Chemical Engineering Co．Ltd．Jilin Design Institute Jilin 132002)

The scheme and structure treatment methods for adding large equipment supporting structuresinanexistinghigh-levelreinforcedconcrete industrial building are presented in this paper．

supporting structureschemestructure treatment

*朱銀鷹:國家一級注冊結構師，高級工程師。1989年畢業于吉林建筑工程學院工民建專業。從事結構設計工作，聯系電話:(0432) 63959404，E－mail:jly_zyy0292@petrochina.com.cn。

2011－08－15)