工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)改造與加固技術(shù)分析及設(shè)計實踐

摘""要：隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步，工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)改造與加固的方法也在日益創(chuàng)新。但在實際應(yīng)用中，仍面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，需要深入研究和實踐探索。圍繞工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的改造與加固展開研究。深入分析相關(guān)技術(shù)手段，涵蓋其原理、優(yōu)勢與局限性。闡述了工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)在使用過程中面臨的問題及改造加固的必要性，詳細(xì)介紹了多種先進(jìn)的改造與加固技術(shù)，包括其原理、適用范圍和施工要點。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房""鋼結(jié)構(gòu)改造技術(shù)""加固技術(shù)""設(shè)計實踐

中圖分類號：TU746

Analysis"and"Design"Practice"of"Steel"Structure"Transformation"and"Reinforcement"Technology"for"Industrial"Plants

SHI"Weisong

Shandong"Huazhong"Detection"Co.，"Ltd.，"Ji’nan，"Shandong"Province，"250104"China

Abstract："With"the"continuous"progress"of"industrial"production"technology，"the"methods"of"steel"structure"transformation"and"reinforcement"for"industrial"plants"are"also"becoming"increasingly"innovative."However，"in"practical"applications，"there"are"still"many"technical"challengesnbsp;that"require"in-depth"research"and"practical"exploration."This"paper"conducts"research"focusing"on"the"transformation"and"reinforcement"of"the"steel"structure"of"industrial"plants."It"deeply"analyzes"the"relevant"technical"means，"covering"their"principles，"advantages"and"limitations."It"expounds"the"problems"faced"by"the"steel"structure"of"industrial"plants"in"the"process"of"use"and"the"necessity"of"transformation"and"reinforcement，"and"introduces"in"detail"a"variety"of"advanced"transformation"and"reinforcement"technologies，"including"their"principles，"application"scope"and"construction"key"points.

Key"Words："Industrial"plant;"Steel"structure"transformation"technology;"Reinforcement"technology;"Design"practice

工業(yè)廠房作為生產(chǎn)活動的重要載體，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和功能性至關(guān)重要。鋼結(jié)構(gòu)憑借其強(qiáng)度高、自重輕、施工便捷等優(yōu)點，在工業(yè)廠房建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，隨著時間的推移、生產(chǎn)需求的變化以及環(huán)境因素的影響，許多工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)面臨著性能下降、功能不匹配等問題。改造與加固不僅能夠充分利用既有結(jié)構(gòu)的潛力，減少資源浪費和環(huán)境污染，還能夠降低新建廠房的成本和時間投入。

1""工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)改造與加固的需求分析

1.1""功能變更需求

在現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中，企業(yè)的生產(chǎn)工藝和流程不斷更新?lián)Q代，這就導(dǎo)致工業(yè)廠房原有的功能布局無法滿足新的生產(chǎn)需求。功能變更需求成為推動工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)改造的重要因素之一"[1]。由于產(chǎn)品類型的轉(zhuǎn)變，對廠房內(nèi)部的溫度、濕度、潔凈度等環(huán)境條件提出了新的要求，這就需要對廠房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

如今，一些企業(yè)為了實現(xiàn)智能化生產(chǎn)，需要引入自動化設(shè)備和機(jī)器人，這可能需要對廠房的層高、跨度以及通道布局進(jìn)行調(diào)整。功能變更需求的多樣性和復(fù)雜性，要求在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)改造時，充分考慮新功能的實現(xiàn)與原有結(jié)構(gòu)的兼容性和協(xié)調(diào)性。

1.2""結(jié)構(gòu)損傷評估

結(jié)構(gòu)損傷是工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)在長期使用過程中不可避免的問題，對其進(jìn)行準(zhǔn)確評估是決定改造與加固方案的關(guān)鍵前提。常見的結(jié)構(gòu)損傷類型包括鋼材的腐蝕、疲勞裂紋的產(chǎn)生、節(jié)點連接的松動或失效、構(gòu)件的變形等[2]。這些損傷可能會削弱結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性，影響廠房的正常使用和安全生產(chǎn)。為了全面評估結(jié)構(gòu)損傷情況，需要采用多種檢測方法和技術(shù)手段。在評估結(jié)構(gòu)損傷時，還需要考慮廠房的使用歷史、環(huán)境條件、維護(hù)狀況等因素。

2""改造與加固技術(shù)分析

2.1""焊接加固技術(shù)

焊接加固技術(shù)是工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)改造與加固中常用的方法之一。通過在原有鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位進(jìn)行焊接，可以增加構(gòu)件的截面尺寸、加強(qiáng)節(jié)點連接，從而提高結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性[3]。在實施焊接加固時，需要選擇合適的焊接材料和工藝，以確保焊縫的質(zhì)量。操作時要注意焊接過程中的熱影響，避免對原結(jié)構(gòu)造成不利的殘余應(yīng)力和變形。對于重要的焊接部位，還需要進(jìn)行無損檢測，以確保焊接質(zhì)量符合設(shè)計要求。

2.2""螺栓連接加固技術(shù)

螺栓連接加固技術(shù)具有施工方便、可拆卸等優(yōu)點。通過在原有結(jié)構(gòu)上增設(shè)高強(qiáng)度螺栓，可以增強(qiáng)構(gòu)件之間的連接強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)的整體性。在使用螺栓連接加固時，要合理確定螺栓的規(guī)格、數(shù)量和布置方式，確保連接能夠有效地傳遞內(nèi)力。同時，要注意螺栓的預(yù)緊力控制，以保證連接的可靠性。

2.3""增設(shè)支撐加固技術(shù)

增設(shè)支撐是一種有效的加固手段。可以在廠房結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置增加柱間支撐、屋架支撐等，以減小結(jié)構(gòu)的計算長度，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性能。在設(shè)計新增支撐時，要充分考慮支撐的形式、位置和受力特點，使其能夠與原有結(jié)構(gòu)協(xié)同工作。還有一點極為重要，就是在對支撐與原有結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點進(jìn)行精心設(shè)計，確保力的傳遞順暢。

2.4""涂層防護(hù)與防火處理技術(shù)

涂層防護(hù)技術(shù)能夠有效地延緩鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，延長其使用壽命[4]。常見的涂層包括防腐涂料、防銹漆等。在選擇涂層材料時，要考慮廠房的使用環(huán)境、腐蝕介質(zhì)等因素，確保涂層具有良好的耐腐蝕性和附著力。防火處理技術(shù)對于保障工業(yè)廠房的消防安全至關(guān)重要。可采用防火涂料、防火板材等對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，提高其耐火極限。在進(jìn)行防火處理時，確定合理的防火措施和防火等級。

3""設(shè)計實踐案例介紹

在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，隨著時間的推移和企業(yè)發(fā)展需求的變化，許多建于早期的工業(yè)廠房面臨著結(jié)構(gòu)老化、功能不適應(yīng)以及安全性降低等問題。對這些工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造與加固成為了一項重要且具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

3.1""案例背景

案例中的工業(yè)廠房始建于"20"世紀(jì)"80"年代，在當(dāng)時主要承擔(dān)機(jī)械加工生產(chǎn)的任務(wù)。然而，隨著企業(yè)的不斷發(fā)展壯大，生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，技術(shù)也在持續(xù)更新，這座廠房的原有結(jié)構(gòu)已經(jīng)難以滿足新的生產(chǎn)要求。此外，由于長期的使用，部分鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件不可避免地出現(xiàn)了各種問題。例如：一些暴露在外界環(huán)境中的鋼梁和鋼柱遭受了嚴(yán)重的腐蝕，表面銹跡斑斑，內(nèi)部材質(zhì)也受到了一定程度的削弱。部分連接節(jié)點由于反復(fù)承受荷載，產(chǎn)生了疲勞裂紋，存在著潛在的安全隱患[5]。

3.2""改造與加固方案制訂

該廠房采用的是單層門式剛架結(jié)構(gòu)，跨度達(dá)到了"24"m，柱距為"6"m，高度為"8"m。經(jīng)過專業(yè)人員的詳細(xì)結(jié)構(gòu)檢測和深入分析，為了使其重新煥發(fā)生機(jī)，滿足企業(yè)的發(fā)展需求，制訂了全面且具有針對性的改造與加固方案。

第一步，考慮到功能變更的需求，對廠房內(nèi)部的布局進(jìn)行了重新規(guī)劃。通過合理的空間分配，增加了生產(chǎn)設(shè)備的安裝空間，為企業(yè)引進(jìn)新的生產(chǎn)線創(chuàng)造了條件。同時，對屋面和墻面的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更新?lián)Q代，選用了透光性更好的材料，提高了廠房的采光性能；優(yōu)化了通風(fēng)系統(tǒng)，增強(qiáng)了室內(nèi)空氣的流通，為工人提供了更加舒適的工作環(huán)境。

第二步，針對結(jié)構(gòu)損傷問題，采取了一系列有力的措施。對于腐蝕程度嚴(yán)重、已經(jīng)無法繼續(xù)使用的鋼梁和鋼柱，進(jìn)行了堅決的替換，確保結(jié)構(gòu)的基本承載能力。對于存在疲勞裂紋的節(jié)點，采用了先進(jìn)的焊接加固技術(shù)，在關(guān)鍵部位精心增設(shè)了加勁肋和連接板。這些加固部件有效地分擔(dān)了節(jié)點所承受的荷載，顯著提高了構(gòu)件的承載能力，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

第三步，為了進(jìn)一步提升廠房的穩(wěn)定性，在柱間增設(shè)了交叉支撐。這些新增的支撐與原有結(jié)構(gòu)相互配合，形成了一個更加穩(wěn)固的整體框架。同時，對原有的支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致的修復(fù)和加強(qiáng)，確保其能夠充分發(fā)揮作用，共同抵御各種外力的影響。

4""施工過程與質(zhì)量控制

4.1""施工流程與要點

施工前的準(zhǔn)備工作是整個項目順利開展的基礎(chǔ)。這包括施工圖紙的會審，確保設(shè)計方案的可行性和準(zhǔn)確性；精心挑選施工材料，并進(jìn)行嚴(yán)格的采購和檢驗，保證材料的質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求；對施工設(shè)備進(jìn)行全面的調(diào)試，確保其在施工過程中能夠穩(wěn)定運行。

構(gòu)件的加工與制作是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。按照經(jīng)過審核的設(shè)計要求，在具備先進(jìn)設(shè)備和嚴(yán)格質(zhì)量控制體系的工廠內(nèi)，加工制作新的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和加固部件。現(xiàn)場安裝是將預(yù)制好的構(gòu)件和部件組合成一個完整結(jié)構(gòu)的重要步驟。采用大型吊車等專業(yè)設(shè)備，將構(gòu)件和部件吊運至準(zhǔn)確的安裝位置，并進(jìn)行精確的安裝和焊接。在焊接過程中，嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行操作，由經(jīng)驗豐富的焊工施焊，確保焊縫的質(zhì)量和強(qiáng)度。

防腐與防火處理是施工的最后一道工序，也是保障鋼結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定運行的重要措施。在施工完成后，對鋼結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行全面的防腐處理，涂抹高質(zhì)量的防腐涂料，形成一層堅固的防護(hù)層，有效抵御外界環(huán)境的侵蝕。同時，根據(jù)廠房的使用性質(zhì)和防火要求，進(jìn)行防火涂層的施工，提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能，確保在火災(zāi)發(fā)生時能夠保持一定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為人員疏散和滅火救援爭取寶貴的時間。

4.2""質(zhì)量檢測與驗收標(biāo)準(zhǔn)

在原材料檢測方面，對用于工程的鋼材、焊接材料、螺栓等原材料進(jìn)行全面的質(zhì)量檢驗。檢查鋼材的化學(xué)成分、力學(xué)性能是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)；檢驗焊接材料的型號、規(guī)格是否滿足焊接工藝要求；核實螺栓的強(qiáng)度等級、尺寸精度是否符合設(shè)計規(guī)定。

焊縫檢測是質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。采用超聲波探傷、磁粉探傷等先進(jìn)的無損檢測方法，對焊縫進(jìn)行細(xì)致的檢測。超聲波探傷能夠探測焊縫內(nèi)部的缺陷，如氣孔、夾渣、未焊透等；磁粉探傷則主要用于檢測焊縫表面和近表面的裂紋。通過這些檢測手段，及時發(fā)現(xiàn)焊縫中存在的問題，確保焊縫質(zhì)量符合規(guī)范和設(shè)計要求。

5""工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)改造與加固的新技術(shù)應(yīng)用

5.1""智能監(jiān)測技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)改造中的應(yīng)用

5.1.1""應(yīng)力檢測

在應(yīng)力監(jiān)測方面，可以采用應(yīng)變傳感器來測量鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在荷載作用下的應(yīng)變變化。這些傳感器可以安裝在關(guān)鍵部位，如梁柱節(jié)點、支撐部位等，實時反饋結(jié)構(gòu)的受力情況。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，可以及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的潛在問題，如局部應(yīng)力集中、構(gòu)件變形過大等，為采取相應(yīng)的加固措施提供依據(jù)。

5.1.2""變形檢測

在變形監(jiān)測方面，可利用位移傳感器來監(jiān)測鋼結(jié)構(gòu)的整體變形和局部變形。例如：通過在廠房的柱頂和梁端安裝位移傳感器，可以實時掌握結(jié)構(gòu)在施工過程中和使用過程中的變形情況。

5.1.3""振動檢測

在振動監(jiān)測方面，加速度傳感器可以用于監(jiān)測鋼結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載、地震作用等動力荷載下的振動響應(yīng)。通過對振動信號的分析，可以評估結(jié)構(gòu)的動力特性和抗震性能，為結(jié)構(gòu)的設(shè)計和加固提供參考。

5.2""綠色環(huán)保型加固材料的研究與應(yīng)用

隨著環(huán)保意識的不斷提高，綠色環(huán)保型加固材料在工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)改造與加固中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。

環(huán)保型膠粘劑是一種重要的綠色環(huán)保型加固材料。與傳統(tǒng)膠粘劑相比，環(huán)保型膠粘劑具有低揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile"Organic"Compound，VOC）排放、無刺激性氣味、對環(huán)境友好等優(yōu)點。在鋼結(jié)構(gòu)加固中，使用環(huán)保型膠粘劑可以減少對施工人員健康的影響，同時降低對環(huán)境的污染。可回收利用材料在鋼結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用也具有很大的潛力。例如：一些廢舊金屬材料經(jīng)過加工處理后，可以作為鋼結(jié)構(gòu)的加固構(gòu)件或連接件使用。這樣不僅可以減少廢棄物的產(chǎn)生，還可以降低工程成本。在實際應(yīng)用中，需要對可回收利用材料的性能進(jìn)行評估，確保其能夠滿足鋼結(jié)構(gòu)加固的要求。

6""結(jié)語

本文通過對工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)改造與加固的多方面研究，包括需求分析、技術(shù)探討、案例實踐、施工控制及新技術(shù)應(yīng)用等，得出一系列成果。期望為工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的改造與加固提供有效指導(dǎo)，提升其安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

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[3]"張茂來.單層鋼結(jié)構(gòu)廠房改造與加固設(shè)計[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2023，22（9）：90-92.

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