工業(yè)建筑抽柱改造設(shè)計與施工技術(shù)淺析

劉旋

【摘要】本文作者結(jié)合工業(yè)廠房抽柱改造設(shè)計與施工的工程實例，主要介紹了工業(yè)建筑抽柱改造設(shè)計的施工工序、要求及安全控制方法等。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)建筑；抽柱設(shè)計；施工技術(shù)

引言

當(dāng)前，大多數(shù)工業(yè)企業(yè)在考慮進(jìn)一步擴(kuò)大企業(yè)規(guī)模，需要對建筑用房進(jìn)行改造時，一般都會想到通過抽除某些樓層的柱或墻來擴(kuò)大使用空闖，這種方法就稱為抽柱改造，它在目前的對工業(yè)建筑的改造中被應(yīng)用得最為普遍。

一、工業(yè)建筑抽柱改造的環(huán)境分析

被改造的工業(yè)建筑一般都是既有建筑，具有穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)體系。改造將破壞既有傳力結(jié)構(gòu)體系，通過新增結(jié)構(gòu)構(gòu)件再造承載結(jié)構(gòu)體系。改造建筑現(xiàn)場空間有限，并受到工藝，設(shè)備的限制，再造結(jié)構(gòu)體系的幾何尺寸，形狀必須適應(yīng)環(huán)境建造，導(dǎo)致再造后的承載結(jié)構(gòu)體系不能完全滿足新設(shè)計結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，是非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)體系，包括結(jié)構(gòu)形狀、尺寸與支改造建筑實施過程的形狀隨時間變化，最終改造產(chǎn)品是確定性結(jié)構(gòu)體系，可以按現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范設(shè)計過程產(chǎn)品是時變性結(jié)構(gòu)體系，必須按實施過程和時間，滿足《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50068--2001)的規(guī)定進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計和必要時的正常使用狀態(tài)驗算，其設(shè)計驗算結(jié)構(gòu)按時問凍結(jié)法，將施工過程時變結(jié)構(gòu)簡化為最危險的幾個狀態(tài)的典型結(jié)構(gòu)。

二、工業(yè)建筑抽柱改造設(shè)計

某工業(yè)廠房為兩跨不等高廠房，因生產(chǎn)工藝革新，需要將中列立柱的12 m混凝土托架拓展為18 m跨。由于生產(chǎn)過程的連續(xù)性，改造要求少停產(chǎn)、不停產(chǎn)實施。顯然，設(shè)計施工方案的原位施工性能至關(guān)重要，必須在滿足企業(yè)生產(chǎn)工藝的前提下，綜合考慮對原結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)的影響以及施工方便性，選擇安全經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工方案。

由于受現(xiàn)場條件限制，改造期間的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)是隨現(xiàn)場環(huán)境條件而逐漸變化、逐漸完善的時變結(jié)構(gòu)，因此，廠房結(jié)構(gòu)改造涉及改造最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工過程設(shè)計?；诠I(yè)建筑改造環(huán)境條件，在調(diào)查研究現(xiàn)有結(jié)構(gòu)狀況基礎(chǔ)上，本文分析研究了其設(shè)計施工技術(shù)，提出了原位制作18 m托架，然后抽柱的設(shè)計施工方案。下圖2.1為該工業(yè)廠房的局部示意圖。

圖2.1 某廠房平面局部示意／mm

（1）抽柱后的18 m托架結(jié)構(gòu)形式選擇

現(xiàn)有12 m通道處，支撐屋架的為12m鋼筋混凝土托架(圖2.2)。原12 m托架不能拆除，所以設(shè)計利用原12 m托架改造為18 m鋼筋混凝土與鋼結(jié)構(gòu)組合托架(圖2.3)。

圖2.2 12 m鋼筋混凝土托架/m

圖2.3 18 m鋼筋混凝土與鋼組合托架/m

（2） 18 m鋼筋混凝土與鋼組合托架設(shè)計

設(shè)計利用原12 m鋼筋混凝土托架，通過外包鋼的方式形成鋼筋混凝土與鋼組合18 m托架。18m托架理論計算模型為鉸接桿系模型 (圖2.3)。但由于該改造結(jié)構(gòu)為型鋼與原鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)組合，支座制作現(xiàn)場實施，由此帶來模型的不確定性，為控制由于模型不確定性帶來的巨大風(fēng)險，其設(shè)計采用最不利準(zhǔn)則：設(shè)計模型=MAX{模型1，模型2，……模型n}。

三、施工工序要求與控制

3.1 施工工序要求

施工按照從下到上的順序，依次進(jìn)行基礎(chǔ)加固。柱間支撐移位、柱擴(kuò)截面加固、托換粱施工、柱切除等工序施工。托換梁施工是本工程的難點(diǎn)。由于托換梁是后加的，需待托換梁施工并能夠完全承載時方可切除。施工托換梁時，梁縱筋、吊筋及預(yù)應(yīng)力束均須穿過帶抽立柱。由于穿孔鋼筋較多，如一次性鉆孔將對帶抽立柱處截面造成較大的削弱。所以，在施工時采用分批跳躍穿孔植筋的方法，即按設(shè)計鋼筋位置在柱側(cè)面定位后，按每批3—4根進(jìn)行穿孔植筋。鉆孔時應(yīng)跳孔進(jìn)行，并立即穿過鋼筋，鋼筋穿孔后用植筋膠灌實，待植筋膠養(yǎng)護(hù)期滿后再進(jìn)行下一批植筋。托換梁縱筋穿過帶抽立柱，兩端鉆孔植筋干相鄰的加固柱中。如果三根柱上相應(yīng)的鋼筋孔位不在一條直線上，則只能采用三根柱分別植筋并焊接的方法，必然影響托換梁的受力性能。本工程對鋼筋孔進(jìn)行了精確定位，實現(xiàn)了梁底縱筋連續(xù)無焊接。體外預(yù)應(yīng)力施工要求比較高，施工時應(yīng)嚴(yán)格遵守預(yù)應(yīng)力張拉安全操作規(guī)程。此外該加固改造工程尚應(yīng)注意以下幾方面的要求：

(1)粱上鉆孔采用取芯鉆孔，孔徑為60mm；

(2)粱上鉆孔時應(yīng)先測出粱內(nèi)鋼筋的位置，這樣可以避免割斷鋼筋；

(3)張拉采用一端逐根張拉，群錨體系，張拉時應(yīng)注意在粱兩側(cè)均勻張拉，這樣才能避免出現(xiàn)偏心；

(4)工工序應(yīng)該為先張拉鋼絞線，然后再抽掉柱子。

3.2 抽柱改造施工控制

該工業(yè)廠房的建筑抽柱改造施工要嚴(yán)格按照施工工序要求，控制結(jié)構(gòu)安全。

1、施工過程

(1)根據(jù)廠房改造的需要，首先要加固丙01線、丙04線立柱。

(2)做施工不完整托架及03線屋架臨時支桿,如下圖3.1所示。

圖3.1制作不完整的18m托架

(3)截丙03上柱，完善托架，成帶臨時支桿托架，如下圖3.2所示。

圖3.2 帶支桿的18m托架

(4)卸載拆除臨時支桿，18 m托架承受荷載(圖3.3)。

(5)拆除吊車梁后截丙03下柱。

(6)安裝18m鋼吊車梁。

圖3.3 承載的18m托架

3.2 施工過程設(shè)計

施工過程設(shè)計計算模型如圖3.4。采用前述設(shè)計施工方法，該項目施工完成后實測18m托架最大變形2mm，小于理論值5.9mm，達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范要求。一年來的使用表明，該工業(yè)建筑抽柱改造效果較好。

圖3.4 施工過程計算模型

四、結(jié)束語

工業(yè)建筑抽柱改造是集設(shè)計與施工一體的工程技術(shù)，需要從最終建筑產(chǎn)品設(shè)計和施工過程設(shè)計兩個角度進(jìn)行控制。在利用原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，選擇可行的設(shè)計、施工方案。工業(yè)建筑抽柱改造施工過程是時變結(jié)構(gòu)，選擇最不利的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、最不利荷載組合控制；工業(yè)建筑抽柱改造最終建筑產(chǎn)品設(shè)計，考慮現(xiàn)場制作的非標(biāo)準(zhǔn)支座類型，選擇最大荷載效應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型分析。

參考文獻(xiàn)

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