某廠工房排架結(jié)構(gòu)改造的分析及研究

王 濤

(山西省建筑科學研究院，山西太原 030001)

1 工程概況

某廠工房采用單層鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，排架柱網(wǎng)軸線尺寸為6 m，柱間跨度為12 m。該廠房結(jié)構(gòu)建于50年前，擬新增吊車。為實現(xiàn)增加吊車的目的，確保改造后的安全，對排架結(jié)構(gòu)檢測，并對增加吊車后的排架結(jié)構(gòu)承載力計算分析。

2 現(xiàn)場檢測內(nèi)容及結(jié)果

2.1 混凝土材料強度

排架結(jié)構(gòu)已使用達50年，不適用回彈法，采用鉆芯法檢測混凝土強度，芯樣抗壓試驗結(jié)果較為均勻。為使排架結(jié)構(gòu)計算結(jié)果更加安全可靠，以本次檢測的芯樣混凝土強度最低值為判定依據(jù)，在計算時將排架柱混凝土強度等級按C15取值。

2.2 排架柱變形現(xiàn)狀檢測

利用全站儀對排架柱的實際變形情況進行檢測。除1根柱向北偏差了8 mm外，其余柱均向南偏差，并且除3根柱的軸線偏差量超過規(guī)范中柱軸線容許8 mm偏差量限值外，其余柱的偏差量均小于該限值。從柱表面情況分析，超出限值的原因是柱表面的抹灰層厚度偏差較大造成的，因此可以認為現(xiàn)有排架柱的軸線偏差不會影響柱本身的受力性能。

排架柱垂直度的檢測結(jié)果:在檢測范圍內(nèi)，柱子都存在不同程度的垂直度偏差，這些數(shù)據(jù)已超出《工業(yè)廠房可靠性鑒定標準》中關(guān)于柱平面外傾斜量的限值，其余柱的平面外傾斜量大都基本滿足限值的要求，即便超出，其量值也較小，對排架平面內(nèi)的受力性能影響較小。

排架柱牛腿頂面標高的檢測結(jié)果:牛腿頂面標高由西向東逐漸有減小量，即現(xiàn)結(jié)構(gòu)排架柱牛腿的頂面標高不在同一高度，并且其高度逐漸降低，在安裝吊車梁及軌道時，應(yīng)注意該情況。

2.3 其他檢測結(jié)果

在取芯位置采用酚酞試液對混凝土碳化深度進行檢測，檢測結(jié)果表明混凝土的碳化已到達鋼筋表面;采用直接鑿開混凝土保護層的方法對鋼筋銹蝕情況進行了檢測，發(fā)現(xiàn)鋼筋表面存在銹點，但尚未引起鋼筋截面的減小，不影響其承載力;采用鋼筋掃描儀對鋼筋的配置情況進行檢測，排架柱鋼筋的配置情況(數(shù)量、位置)與設(shè)計圖相符。

3 排架結(jié)構(gòu)承載力計算分析

依據(jù)原設(shè)計圖紙，結(jié)合現(xiàn)場檢測結(jié)果，對軸線Γ-B/22-31范圍內(nèi)增加一臺額定起重量2 t的LAD型吊車后的排架柱構(gòu)件進行靜力計算分析。

新增吊車的基本參數(shù)如表1所示。

表1 吊車基本技術(shù)參數(shù)

3.1 吊車梁的選取

由圖1簡支梁彎矩的影響線可知，當P1和P2的合力與P1對稱地位于吊車梁中心線兩側(cè)時(a1=379 mm)，將產(chǎn)生簡支梁的絕對最大彎矩Mmax。

Mmax=1.4×1.05×(P1+P2)×(L/2－a1/2)2/L=51 kN·m。

當最大輪壓P1作用在排架柱牛腿位置時，在吊車梁上將產(chǎn)生最大剪力Dmax=35.88 kN。

由此，據(jù)08SG520-3鋼吊車梁標準圖集選用編號為HDL6-1標準熱軋H型鋼吊車梁。

3.2 牛腿承載力驗算

1)材料力學性能參數(shù)取值。

混凝土強度等級按鉆芯法實測值選定為C15，其抗拉強度標準值 ftk=1.27 N/mm2，抗拉強度設(shè)計值 ft=0.91 N/mm2，抗壓強度設(shè)計值fc=7.2 N/mm2;鋼筋強度采用原設(shè)計圖紙選用值fy=210 N/mm2。

2)牛腿荷載計算。

作用于牛腿頂部的豎向力標準值:

豎向力設(shè)計值:Fv=54 kN。

其中，Q梁為吊車梁自重，取3.06 kN(查08SG520-3圖集)。

由于本工程新增吊車為電動葫蘆型，據(jù)GB 5009-2001中5.1.2條的規(guī)定，作用于牛腿頂部的水平力可忽略不計。

3)牛腿承載力驗算。

據(jù)GB 50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中 10.8.1 ～10.8.3的規(guī)定，對新增一臺2 t吊車后排架柱牛腿的截面尺寸和豎向受拉鋼筋進行了承載力的驗算。

應(yīng)用GB 50010-2002規(guī)范中公式10.8.1驗算牛腿截面尺寸得:

牛腿截面尺寸滿足承載力需求。其中裂縫控制系數(shù)β=0.65，牛腿寬b=350 mm，牛腿截面有效高度h0=910 mm，豎向力的作用點至下柱邊緣的距離a=520 mm(考慮20 mm的施工誤差)。

應(yīng)用規(guī)范中的公式10.8.2驗算受拉鋼筋得:

原設(shè)計圖中標明在該處配有6Φ16的受拉鋼筋，其面積為1 206 mm2滿足新增吊車后的承載力需求。

4)現(xiàn)有牛腿構(gòu)造檢查。

據(jù)現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》對現(xiàn)有牛腿的構(gòu)造做法進行了分析。

從表2對現(xiàn)行規(guī)范和原設(shè)計圖紙相關(guān)部位的內(nèi)容比較分析，可以看出，現(xiàn)排架柱牛腿外邊緣高度、水平箍筋面積和彎起鋼筋面積存在稍不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求的情況，考慮到吊車噸位不大，計算所需受拉鋼筋面積遠小于實配受拉鋼筋面積，故不做加固處理亦可。

表2 現(xiàn)有牛腿構(gòu)造分析結(jié)果

3.3 排架柱承載力計算

1)荷載計算。

屋蓋自重:除屋面梁自重數(shù)據(jù)外，其他數(shù)據(jù)取自依據(jù)原設(shè)計圖紙說明，由于年代久遠，現(xiàn)無法找到原設(shè)計圖紙所引用的標準圖集，屋面梁按截面1 200 mm×350 mm保守估算。

作用在柱頂?shù)呢Q向力設(shè)計值:

上柱自重設(shè)計值:

下柱自重設(shè)計值:

2)計算結(jié)果。

采用如圖2所示排架計算簡圖對軸線?上的排架柱配筋進行計算，計算結(jié)果顯示排架柱各個控制截面中的實配配筋面積均大于計算所得鋼筋面積(見表3，圖3)，即現(xiàn)結(jié)構(gòu)排架柱可滿足新增吊車后的承載力需求。

表3 計算結(jié)果表 mm2

在計算中未考慮風和地震等水平作用在各榀排架中的分配荷載，由于該結(jié)構(gòu)在橫向的排架榀數(shù)較多，其分配到每榀柱的荷載量值較小，排架柱的內(nèi)力計算結(jié)果不會發(fā)生較大的變化，故可認為以上結(jié)論仍然成立。

另外，為簡化計算，跨是按照鋼吊車梁的最不利荷載工況進行的承載力驗算，而跨的吊車梁實際為鋼筋混凝土梁，其自重比鋼吊車梁較大。但吊車梁自重荷載在整個組合后的荷載設(shè)計值中所占比例不大，因此，此處簡化計算基本不會對最終計算結(jié)果產(chǎn)生影響。

3.4 基礎(chǔ)及地基的承載力分析

從對排架柱的承載力計算結(jié)果可以看出，其柱內(nèi)鋼筋的實際配置面積大于新增吊車后計算所需配置鋼筋的面積，說明原設(shè)計排架柱時所考慮的荷載取值比現(xiàn)新增吊車后的荷載值要大，考慮到獨立基礎(chǔ)與排架柱在設(shè)計時所采用荷載的一致性，可以推定獨立基礎(chǔ)的承載能力也可滿足新增一臺2 t吊車后承載能力的要求。

對于地基，除考慮原設(shè)計采用的荷載值較新增吊車后荷載值大這個因素外，由于此建筑物已有55年多的歷史，地基土已完成了固結(jié)過程，其承載能力比原設(shè)計時地基承載力可提高10%左右，進一步增加了地基的安全儲備，所以可以推定地基的承載能力可以滿足新增吊車后的安全性要求。

4 結(jié)語

經(jīng)對該工廠廠房范圍排架結(jié)構(gòu)檢測與計算分析，結(jié)論總結(jié)如下:

1)現(xiàn)場檢測結(jié)果表明，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)保存較為完整，材料強度和鋼筋的配置均與原設(shè)計圖紙一致;除個別由于柱表面裝飾抹灰厚度較大而引起的數(shù)據(jù)過大外，其余排架柱的軸線位置偏差、柱的垂直度和平面外傾斜量較小，并都小于相關(guān)規(guī)范限定量的要求，對排架柱的受力性能無本質(zhì)上的影響。但在現(xiàn)場檢測中發(fā)現(xiàn)，排架柱牛腿頂面標高由西到東逐漸減小，對吊車梁的安裝和使用不利。

2)該廠房新增2 t吊車后排架柱及牛腿部位承載力驗算結(jié)果表明，現(xiàn)結(jié)構(gòu)可以滿足新增吊車的承載力需求;但在牛腿的構(gòu)造做法不滿足現(xiàn)行規(guī)范GB 50010-2002的相關(guān)規(guī)定。

3)吊車梁的具體尺寸及與鋼筋混凝土牛腿的連接參看《鋼吊車梁》標準圖集。需特別指出，在計算過程中未考慮排架柱軸線的偏差和牛腿頂部標高不一致的情況，在施工中需針對這兩種對吊車梁受力不利的狀況進行消除處理。