鋼結(jié)構(gòu)廠房山墻新增大門開洞改造設(shè)計(jì)

李金

摘 要：文章通過工程案例介紹在原有鋼結(jié)構(gòu)廠房山墻進(jìn)行大門開洞改造的設(shè)計(jì)思路及施工步驟。從施工方便、投資最低等方面選擇最優(yōu)的改造方案。

關(guān)鍵詞：墻架柱；托架；抽柱

中圖分類號(hào)：TU274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）08-0001-02

隨著國家提倡節(jié)能減排、綠色建筑以及減少建筑垃圾排放的號(hào)召，建筑業(yè)的發(fā)展已由大規(guī)模的新建時(shí)期轉(zhuǎn)移到新建與舊有建筑維修、改造、加固并重時(shí)期。部分工業(yè)企業(yè)的舊有技術(shù)已阻礙了生產(chǎn)進(jìn)步，影響了產(chǎn)品質(zhì)量的提升，也制約著經(jīng)濟(jì)效益。而其中某些廠房由于使用功能的改變、生產(chǎn)工藝的改變、設(shè)備的更新、或是在原有廠房的基礎(chǔ)上，再續(xù)建新車間，二者共同來實(shí)現(xiàn)新的工藝要求。這就需要對(duì)原有廠房的布局進(jìn)行改造，增加某部分的使用空間，托梁（架）抽柱[1]這項(xiàng)技術(shù)能有效的解決擴(kuò)大柱距這一問題。

1 工程概況

2009年，由我公司承擔(dān)的撫順某機(jī)械設(shè)備制造有限公司（大型螺紋環(huán)鎖緊式換熱器）搬遷擴(kuò)能改造項(xiàng)目，為新建及搬遷項(xiàng)目，車間全長478.4 m，跨度75 m，檐口高度為28.7 m。主廠房車間建筑面積為46 387.2 m2。該廠房為三連跨排架結(jié)構(gòu)，屋架為輕型鋼屋架及鋼梁。廠房基本柱距為12 m。其中20 b線至37線交C軸、D軸利用舊有廠房鋼柱搬遷，吊車噸位及工作制與舊有廠房相同，因此不需進(jìn)行新的設(shè)計(jì)。

廠房平面布置，如圖1所示。該廠區(qū)原計(jì)劃分兩期建設(shè)，1～20 a軸為先建部分，20b-41軸為后建部分。因此在20 a軸線山墻最初設(shè)計(jì)時(shí)，作為臨時(shí)封閉措施，僅設(shè)計(jì)了4.5 mx4.5 m的大門。

該廠房下柱、中柱采用鋼管混凝土雙肢格構(gòu)柱，上柱均采用焊接H型鋼柱。鋼材選用Q235B，鋼管內(nèi)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。廠房外墻采用組合壓型鋼板，墻面檁條采用冷彎薄壁卷邊C型鋼，鋼材選用Q235B。對(duì)于20 a軸臨時(shí)墻架柱采用雙肢鋼管格構(gòu)柱。原設(shè)計(jì)考慮待20 b至41線建設(shè)完成，拆除20 a線的墻面，保證廠房貫通完整。

但是到2010年底，該公司由于資金問題，20 a軸以后的廠房暫緩建設(shè)。為了保證容重車間的運(yùn)輸功能，需要在原設(shè)計(jì)的20 a軸臨時(shí)墻架中部開設(shè)一大門。業(yè)主要求即便以后建設(shè)20 a軸之后的部分廠房，仍可利用該大門作為兩個(gè)車間的運(yùn)輸通道，該墻面也不需拆除。因此大門洞口尺寸要盡可能的大，最后定為9 mx9 m洞口，如圖2所示。由于該廠房已經(jīng)投入生產(chǎn)使用，故要求設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮施工方便，施工周期短，不影響廠區(qū)生產(chǎn)。

2 設(shè)計(jì)方案的選取

業(yè)主最初的想法是用焊接H型鋼換掉新開門洞處被截?cái)嗟匿摴芨駱?gòu)墻架柱。若采用業(yè)主的建議，施工工程量較大。首先得拆除新開洞口所在位置的全部墻板及墻梁，然后才能換掉已有的墻架柱，最后還需要恢復(fù)拆除部分的墻面系統(tǒng)，達(dá)不到施工簡單、施工周期短的要求。

經(jīng)過仔細(xì)考量，進(jìn)一步分析，由于新開洞口很大，此部分必須設(shè)置相關(guān)構(gòu)件以承載洞口上方相關(guān)區(qū)域的荷載，且還需考慮如何把要拆除的墻架柱和需要設(shè)置的構(gòu)件結(jié)合起來，達(dá)到既施工方便、周期又短的目的。

新開洞口兩側(cè)的柱距為12 m，若采用設(shè)置托梁的設(shè)計(jì)方案，因跨度較大，則托梁所需的截面會(huì)很大，且施工較困難，不好操作。

考慮原有山墻墻架柱在墻面外為雙肢格構(gòu)柱，若采用托架，則構(gòu)件輕巧，平面外的穩(wěn)定也容易滿足。托架平面外支撐布置，如圖3所示，綜合評(píng)定，此方案能夠滿足要求[2]。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

對(duì)于新增加托架TJ-1承擔(dān)的荷載以豎向荷載為主，主要為擬拆除洞口上方墻架柱及墻面材料的自重P=40 kN，作為集中力作用在托架跨中。由于墻面荷載左右均勻布置，故托架采用豪克式桁架，使桁架斜腹桿均處于受拉狀態(tài)，按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003表5.3.9受拉構(gòu)件容許長細(xì)比取250，若是按受壓構(gòu)件則長細(xì)比容許值為150。桿件按受力及長細(xì)比控制的截面將比受壓狀態(tài)計(jì)算的小很多。構(gòu)件變形值

3.6 mm<[VQ]=l/400=12 000/400=30 mm

滿足規(guī)范要求[3]。

經(jīng)計(jì)算，采用托架形式，截面應(yīng)力也較小，且各項(xiàng)指標(biāo)均滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

山墻在風(fēng)荷載作用下，托架水平支撐計(jì)算：由風(fēng)荷載產(chǎn)生的力FW=17.5 kN，該集中力作用在跨中位置。采用PKPM計(jì)算，托架水平支撐在風(fēng)荷載下的構(gòu)件應(yīng)力、節(jié)點(diǎn)位移也均滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

4 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造處理

連接節(jié)點(diǎn)處理上：①鋼管柱與托架采用鉸接連接，該連接只向兩側(cè)墻架柱傳遞豎向荷載，不傳遞彎矩，能充分利用已有鋼柱的強(qiáng)度。同時(shí)鉸接連接施工簡單，容易操作。②作為托架中間豎桿的原有鋼管柱，由于9 m標(biāo)高以下部分被切除，此處為開口截面，在托架TJ-1左右下弦桿拉力作用下，容易撕裂。因此在連接形式上采用環(huán)形節(jié)點(diǎn)板連接，連接節(jié)點(diǎn)板為一個(gè)整體，對(duì)節(jié)點(diǎn)處鋼柱起到環(huán)向約束的作用，避免環(huán)向應(yīng)力過大導(dǎo)致鋼管撕裂和柱承載力的下降，試驗(yàn)證明該連接方法具有優(yōu)越的受力性能[4]，連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖3所示。

5 施工步驟

①第一步拆除擬開洞口部分（11.100 m標(biāo)高以下）的墻板及墻面檁條；

②第二步安裝托架TJ-1；托架制作時(shí)應(yīng)預(yù)起拱L/3 000；

③第三步現(xiàn)場(chǎng)安裝托架間水平支撐；

④第四步截?cái)鄶M開洞口處的墻架柱；截?cái)嗵幱?2 mm鋼板封堵端口；

⑤最后恢復(fù)多拆除部分的墻面系統(tǒng)。

6 結(jié) 語

每個(gè)工程都有自己的特點(diǎn)，所以托梁（架）抽柱的方案也應(yīng)根據(jù)實(shí)際的工程情況選取。

①本案例中需要拆除的柱子為鋼山墻柱，在考慮設(shè)置托梁（架）時(shí)，綜合利用原有柱子，作為新設(shè)托架的一部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可行，施工上操作簡單。

②由于大部分托梁（架）抽柱的改造工程都安排在廠區(qū)設(shè)備檢修期間，而檢修期一般都不會(huì)太長，這就需要前期的準(zhǔn)備工作都應(yīng)在停產(chǎn)前準(zhǔn)備完成。因該工程中構(gòu)件均為鋼構(gòu)件、且墻架柱承受豎向荷載有限，在設(shè)計(jì)時(shí)承載力富裕較多，而是以與穩(wěn)定相關(guān)的長細(xì)比作為控制指標(biāo)，因此該案例中托架兩側(cè)的鋼柱并不作強(qiáng)度加固，而長細(xì)比仍然滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

③為了實(shí)施合理的托梁（架）抽柱方案，實(shí)現(xiàn)荷載的有效轉(zhuǎn)移，保證截柱過程以及截柱后廠房結(jié)構(gòu)的安全性，托梁（架）抽柱及結(jié)構(gòu)加固施工方案也很重要，因此設(shè)計(jì)應(yīng)給出托梁（架）抽柱的施工順序，確保施工過程的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃慧平.抽柱施工技術(shù)探討[J].建筑科學(xué)，2008，（16）.

[2] 吳鐵漢，陳嵐，袁精玲.廠房改造中大跨度托梁抽柱的設(shè)計(jì)與施工[J].工 業(yè)建筑，2002，（11）.

[3] GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] CECS 230：2008，高層建筑鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程[S].