浅谈工业厂房抽柱改造设计

　　摘要：介绍了某两跨不等高工业厂房抽柱改造的设计内容，包括抽柱后的结构形式选择、组合托架的设计以及施工工序安排等。该方案最大程度地减少了施工工作量，使得改造在不破坏屋顶维护结构的情况下在短时间内得以实施。实践证明加固方案合理、经济，可为同类设计参考。
　　关键词：抽住托架、工业厂房、改造设计
　　
　　引言
　　当前，抽柱改造在工业厂房的改造中已被普遍应用。因为大多数工业企业在考虑进一步扩大企业规模时，需要对建筑用房进行改造，在改造过程中，一般都会想到通过抽除某些楼层的柱或墙来扩大使用空间。以上做法可以最大程度地减少了施工工作量，使得改造在不破坏屋顶维护结构的情况下在短时间内得以实施。
　　
　　一、工业厂房抽柱改造概述
　　被改造的工业厂房一般都是既有厂房，它具有稳定的承载结构体系。由于改造将破坏即有传力结构体系，通过新增结构构件再造承载结构体系，并且改造建筑现场空间有限，受到工艺，设备的限制，再造结构体系的几何尺寸，形状必须适应环境建造。
　　由于再造后的承载结构体系有可能出现不能完全满足新设计结构标准，其属于非标准结构体系，包括结构形状、尺寸与再改造建筑实施过程的形状随时间变化，最终改造产品是确定性结构体系。
　　具体改造过程中，可以按现行设计规范设计过程产品是时变性结构体系，必须按实施过程和时间，满足相关规定，进行承载能力极限状态设计，以及必要时进行正常使用时的状态验算。
　　
　　二、实例分析
　　某工业厂房为两跨不等高厂房，因生产工艺革新，需要将中列立柱的12m混凝土托架拓展为18m跨。
　　由于实际生产任务的需要，需要生产过程的连续性，改造要求少停产、不停产实施。
　　显然，设计施工方案的原位施工性能至关重要，必须在满足企业生产工艺的前提下，综合考虑对原结构和生产的影响以及施工方便性，选择安全经济的结构设计与施工方案。
　　由于受现场条件限制，改造期间的工业建筑结构是随现场环境条件而逐渐变化、逐渐完善的时变结构，因此，厂房结构改造涉及改造最终产品的结构设计和施工过程设计。
　　基于工业建筑改造环境条件，在调查研究现有结构状况基础上，本文分析研究了其设计施工技术，提出了原位制作18m托架，然后抽柱的设计施工方案。下图1为该工业厂房的局部示意图。
　　
　　
　　图1工业厂房的局部示意图（单位mm）
　　
　　1、托架结构形式选择分析
　　现有12m通道处，支撑屋架的为12m钢筋混凝土托架，设计利用原12m托架改造为18m钢筋混凝土与钢结构组合托架，如图2所示。
　　
　　图2改造后钢筋混凝土与钢组合托架
　　
　　2、钢筋混凝土与钢组合托架设计
　　设计利用原12m钢筋混凝土托架，通过外包钢的方式形成钢筋混凝土与钢组合18m托架。18m托架理论计算模型为铰接杆系模型。
　　由于该改造结构为型钢与原钢筋混凝土结构组合，支座制作现场实施，由此带来模型的不确定性，为控制由于模型不确定性带来的巨大风险，其设计采用最不利准则：设计模型=MAX{模型1，模型2，……模型n}。
　　
　　三、工艺设计分析
　　1、工艺要求分析
　　施工按照从下到上的顺序，依次进行基础加固。
　　柱间支撑移位、柱扩截面加固、托换粱施工、柱切除等工序施工。托换梁施工是本工程的难点。由于托换梁是后加的，需待托换梁施工并能够完全承载时方可切除。施工托换梁时，梁纵筋、吊筋及预应力束均须穿过带抽立柱。由于穿孔钢筋较多，如一次性钻孔将对带抽立柱处截面造成较大的削弱。所以，在施工时采用分批跳跃穿孔植筋的方法，即按设计钢筋位置在柱侧面定位后，按每批3—4根进行穿孔植筋。
　　钻孔时应跳孔进行，并立即穿过钢筋，钢筋穿孔后用植筋胶灌实，待植筋胶养护期满后再进行下一批植筋。托换梁纵筋穿过带抽立柱，两端钻孔植筋干相邻的加固柱中。如果三根柱上相应的钢筋孔位不在一条直线上，则只能采用三根柱分别植筋并焊接的方法，必然影响托换梁的受力性能。
　　本工程对钢筋孔进行了精确定位，实现了梁底纵筋连续无焊接。体外预应力施工要求比较高，施工时应严格遵守预应力张拉安全操作规程。此外该加固改造工程尚应注意以下几方面的要求：
　　(1)粱上钻孔采用取芯钻孔；
　　(2)粱上钻孔时应先测出粱内钢筋的位置，这样可以避免割断钢筋；
　　(3)张拉采用一端逐根张拉，群锚体系，张拉时应注意在粱两侧均匀张拉，这样才能避免出现偏心；
　　(4)工工序应该为先张拉钢绞线，然后再抽掉柱子。
　　2、抽柱改造工艺控制
　　该工业厂房的建筑抽柱改造施工要严格按照施工工序要求，控制结构安全。
　　（1）、施工过程
　　其具体施工过程可按以下程序进行：首先，根据厂房改造的需要，首先要加固丙01线、丙04线立柱；做施工不完整托架及03线屋架临时支杆；截丙03上柱，完善托架，成带临时支杆托架；卸载拆除临时支杆，18m托架承受荷载；拆除吊车梁后截丙03下柱；最后，安装18m钢吊车梁。
　　（2）、施工过程设计
　　采用前述设计施工方法，通过建立计算模型进行详细计算。该项目施工完成后实测18m托架最大变形3mm，小于理论值5.9mm，达到钢结构工程施工质量验收规范要求。在完成改造后的使用情况显示，该工业建筑抽柱改造效果良好，没有出现不良现象。
　　
　　结论
　　工业厂房抽柱改造技术，需要从最终建筑产品设计和施工过程设计两个角度进行控制，是在利用原有结构的基础上，选择可行的设计方案。其改造过程属于时变结构，应选择最不利的结构状态、最不利荷载组合控制，并选择最大荷载效应的结构模型分析，才能达到良好的设计施工效果，取得预期成效。
　　
　　参考文献
　　[1]唐业清等.建筑物改造与病害处理.中国建筑工业出版社.
　　[2]申跃奎等．某重型工业厂房的抽柱改造设计．建筑结构，2005，35(10).

《浅谈工业厂房抽柱改造设计》

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