淺談壓濾廠房擴建設計

陳麗萍

（唐山三友化工工程設計有限公司，河北 唐山 063305）

廠房擴建是工業廠房設計中經常遇到的設計任務，設計中除應對新建結構進行計算外，還應結合原有廠房的結構形式、特點對原有廠房進行改造。

1 工程概況

我公司原有壓濾廠房為17榀跨度21m單跨排架廠房（長度90.09m，內設5噸LD型電動單梁起重機）。為適應生產需要，現對壓濾廠房進行擴建，向南增加一個21m跨，長度不變，內設5噸LD型電動單梁起重機，擴建后成為雙跨單層排架廠房。

2 廠房結構分析

2.1 結構布置變動

原結構南側邊列柱變為了中列柱，南側外圍護墻體需拆除，屋面排水需重新考慮，柱荷載增加需重新核算。

2.2 廠房結構布置

由于原有廠房為排架結構，新增廠房如無特殊要求盡可能與原有廠房結構形式保持一致。柱網布置與原結構相同，柱的下柱的截面幾何中心線和基礎的平面中心線相重合，注意基礎梁與柱的關系。如無特殊要求新建廠房應與原廠房高度、外圍護結構高度保持一致，便于吊車梁、圈梁、屋面排水的設置。

3 廠房結構計算

擴建廠房應按照擴建后的雙跨單層排架廠房建模計算。單層廠房的主要荷載是通過以橫向平面排架結構為主要受力骨架傳到地基上的。在平面結構布置圖上取相鄰柱距的中線距離的區域為一典型計算區段作為排架的計算單元，然后進行荷載的統計及計算。

3.1 荷載計算

1）屋蓋結構荷載，包括屋面恒載和屋面活載。其中恒載包括屋面板（天溝板）、屋架、天窗架、支撐等自重；活載包括屋面均布活荷載、雪荷載和屋面積灰荷載，屋面均布活荷載不與雪荷載同時考慮，取兩者中的較大值。擴建后變為雙跨，中柱屋蓋結構荷載為原有荷載2倍。

2）吊車梁及軌道自重。

3）上柱和下柱自重。

4）吊車荷載。

本設計吊車為起重量為5t的輕級吊車。Pmax，k＝42.6kN；Pmin，k＝10.7kN。吊車自重56.6kN，寬4 000mm，輪距3 000mm，起重量50kN，小車重20kN。設計考慮兩臺吊車共同運行，圖1為吊車布置示意圖及支座豎向反力影響線圖。

圖1 吊車布置及支座豎向反力影響線圖

計算Dmax、Dmin及Tmax：

根據B與K及支座反力影響線圖，可得

作用點高度為標高12.400m處。

5）風荷載

風荷載設計值ω＝γQωk＝1.4×βz×μs×μz×ωo，式中字符含義及取值見《建筑結構荷載規范》。

3.2 排架內力分析及組合

排架計算基本假定：①柱下端固接于基礎頂面，上端與屋架鉸接；②屋架沒有軸向變形。

該廠房為兩跨等高排架，可用剪力分配法進行排架內力分析，求出各控制截面的內力。上柱底面為Ⅰ－Ⅰ上柱控制截面，牛腿頂面和下柱底面分別為Ⅱ－Ⅱ和Ⅲ－Ⅲ下柱控制截面。

荷載組合根據“荷載規范”，可以采用簡化規則。組合值：①恒荷載＋任一活荷載；②恒荷載＋0.9（任意兩個或兩個以上活荷載之和），取最不利值確定。內力組合一般考慮4種內力組合：①最大正M及相應的N和V；②最大負M及相應的N 和V；③最大N及相應的M 和V；④最小N及相應的M 和V。荷載組合時應注意計算中考慮多臺吊車組合荷載折減系數取值，豎向荷載時，兩跨的每個排架，臺數取4臺時，β＝0.8；考慮多臺吊車水平荷載時，臺數2臺時，β＝0.9。

3.3 排架柱基礎計算

排架一般采用柱下獨立基礎，底面采用矩形。由于本地區地基承載力低，土質松軟，本設計采用了樁基。按地基承載力確定基礎底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數時，傳至基礎或承臺底面上的荷載應按正常使用極限狀態下荷載效應的標準組合。相應的抗力應采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值。在確定基礎或樁臺高度、計算基礎結構內力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結構傳來的荷載效應組合和相應的基底反力，應按承載能力極限狀態下荷載效應的基本組合。

3.4 原有結構核算

根據對新排架結構的計算結果核算原排架結構的可靠性，若原結構不足，應對原結構進行加固或改變方案。本設計經核算可以在原有結構進行擴建。

4 排架結構設計應注意的一些問題

4.1 屋架的選擇

壓濾廠房常年處于高溫高濕環境下，本設計采用的是預應力混凝土折線形屋架，此屋架雖不如鋼屋架易施工，延性好，但卻比鋼屋架更適應廠房環境，變形小。屋架形式的選擇應根據屋架自身的性能特點和廠房的實際情況進行比較確定。雙坡折線形屋架的上弦坡度采用1／5（端部）和1／15（中部）。預應力屋架跨中起拱值取ι／1000～ι／900，ι為屋架的跨度。廠房有通風要求，需設天窗。天窗架設計時可先按三鉸拱計算各鉸接點的反力，再按三角形封閉剛架計算內力。

4.2 柱計算長度及抗風柱計算

壓濾廠房采用的是矩形現澆鋼筋混凝土柱，根據排架計算所得的控制截面最不利的內力組合M和N，按偏心受壓構件進行設計。排架柱計算長度應按表1取用。

表1 排架柱計算長度

H為從基礎頂面算起的柱子全高；Hu為從裝配式吊車梁底面或現澆式吊車梁頂面算起柱子上部高度；Hι為從基礎頂面至裝配式吊車梁底面或現澆式吊車梁頂面的柱子下部高度。

抗風柱設計時近似按受彎構件計算，并應考慮正、反兩個方向上的彎矩。抗風柱與屋架連接一般使用豎向可以移動、水平方向又有較大剛度的彈簧板連接。

4.3 支撐

廠房支撐包括屋蓋支撐和柱間支撐。支撐雖不是主要的承重構件，但卻是聯系各種主要構件并把他們構成整體的重要組成部分。支撐的設置位置及要求應符合建筑抗震設計規范及其他現行國家規范要求。柱間支撐一般采用X字交叉形支撐，它構造簡單、傳力直接，剛度較大。矩形鋼筋混凝土柱的截面高度h≥600mm時，下部柱間支撐應設計成雙片，且間距應等于柱高減去200mm。本設計中使用了雙片L110X70X8的柱間支撐，設置位置除根據規范要求外，還應考慮原有廠房設置的位置。

4.4 外圍護墻體

砌筑外圍護墻采用外貼燒結頁巖磚，設置構造柱和圈梁保證結構的整體可靠性。墻體內設置現澆鋼筋混凝土圈梁的位置：①梯形屋架端部上弦和柱頂的標高處因各設一道；②應按上密下稀的原則每隔4m左右在窗頂增設一道圈梁；③山墻沿屋面應設鋼筋混凝土臥梁，并應與屋架端部上弦標高處的圈梁連接。圈梁兼做過梁時，過梁部分的鋼筋按計算用量另行增配。本廠房抗震設防烈度為8度，柱頂圈梁的縱筋選用了414，轉角兩側各1m范圍內的箍筋為φ8＠100，并增設了314的水平斜筋。圈梁與柱和屋架做好可靠連接，采用412，錨入長度不小于抗震錨固長度LaE。墻體與柱可靠連接采用26鋼筋，鋼筋錨入墻內500mm，沿墻高每500mm設置一道。擴建廠房與原有廠房外圍護墻體設置圈梁標高盡可能保持一致，鑿出原有圈梁鋼筋避開新舊結合處采用雙面焊接連接，保證圈梁閉合。

5 結 語

擴建廠房結構不僅僅要滿足強度要求，還要滿足剛度要求。由于原有結構的存在，在結構形式等方面的選擇上必受其限制，要求我們要做好相應的處理。結構設計應根據工程本身的特點做出合理的方案，運用新知識新技術解決設計中出現的新問題，才可以讓設計能夠順利的完成，讓我們的建筑結構更安全更可靠。

［1］ 住房和城鄉建設部.混凝土結構設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2011

［2］ 住房和城鄉建設部.建筑抗震設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010

［3］ 王文棟，等.混凝土結構構造手冊（第三版）［M］.北京：中國有色工程設計研究總院，2003