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某钢结构厂房鉴定加固中的问题探讨

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-06-19 08:17:00【

某钢结构厂房鉴定加固中的问题探讨

袁 平
  (中国恩菲工程技术有限公司,北京 100038)
  摘 要:由于生产技术的不断改进,当既有建筑不能满足新的使用功能的要求时,钢结构厂房改扩建工
  程也就呈现出越来越多的趋势,对既有房屋的鉴定加固也逐渐成为工程领域新的热点。本文以某寒冷地区钢
  结构改造工程为例,对鉴定加固方案中的几点问题进行探讨。
  关键词:钢结构;结构鉴定;改造加固

  在既有建筑结构的使用过程中,由于其使用功能或使用期限的变更、结构腐蚀、遭遇地震、火灾或飓风的袭击等诸多因素的影响,都需要对建筑结构的性能进行检测和评估[1]。结构可靠性鉴定是评估结构在将来一段时间内,在规定条件下完成预定功能的能力,即安全性、适用性、耐久性的评估。在结构鉴定基础上,才能根据使用功能的要求进行改造加固。目前钢结构的加固方法主要包括:减轻荷载,改变计算图形,加大原有结构构件截面和连接强度,阻止裂纹开展等[2][3]。
  1. 工程概况
  某环保资源综合利用项目,位于北方寒冷地区,主厂房的建筑平面和立面均很不规则,平面二方向的最大建筑轴线长度分别为109米和144米,最大高度约38米,总建筑面积约15785m2。基本风压:0.35KN/M2;抗震设防烈度6度(0.05g)。结构形式采用钢结构,工厂已运行8年。焚烧主厂房立面图见图1,平面图见图2。本次改造主要工作内容为增加锅炉、汽机、风机等设备及改造输煤和上料系统。设计工作主要围绕增加设备基础及炉前钢平台展开。

图1主厂房立面图  图2主厂房平面布置图

  2 对原有钢结构厂房进行检测鉴定
  2.1 检测内容
  (1)对既有结构进行外观检查。检查建筑物外围场地、围护结构的变形、裂缝等状况,判断基础的沉降情况;检查构件及其连接节点的锈蚀、变形和损伤情况;检查围护结构的外观及渗漏情况;检查混凝土垃圾池表面的开裂情况和保护层风化、剥落情况。
  (2)检测既有结构定位尺寸和设计图纸的一致性;主要承重构件截面尺寸、壁厚和设计图纸的一致性;主要连接节点的构造及其与设计图纸的一致性;检查构件的变形情况。确定重点基础的类型、尺寸、埋深和施工情况。
  (3)取样检测主要承重构件钢材的力学性能;现场检测混凝土垃圾池和汽轮机间内循环水泵坑的混凝土强度等级和碳化深度。
  (4)根据结构调查和检测结果,参照结构设计图纸,对既有结构的安全可靠性进行计算复核。
  2.2 检测结果
  (1)厂房的基础状态良好,未发生明显的不均匀沉降。
  (2)结构体系总体上布置合理,不存在严重的构件布置缺失现象,符合结构承载要求,主要承重构件截面虽有诸多与设计图纸不符,且存在各种制作缺陷或损伤,但经计算复核绝大部分满足承载要求,且有所富余。只有湿解车间C/k轴上一些柱稳定承载力不足或偏低,应予加固。工作平台上个别构件有损伤,如图3,应予更换或修复。根据以上分析,可评定结构的安全等级为B级。屋面梁及工作平台梁的变形经计算符合规范规定。其余构件未见明显变形。结构的使用性等级为A级。主体结构和工作平台的可靠性等级可评定为B级。

图3 拆除施工对梁的损伤  图4 构件表面锈蚀情况

  (3)大部分结构构件表面均有轻度锈蚀,目前锈蚀深度总体不大,尚不至于影响构件的承载力,如图4。
  (4)焚烧车间炉前钢平台有积灰现象,目测大概有8cm未及时清理。
  3. 加固改造方案的确定
  3.1 荷载的确定
  1.荷载的确定直接影响整体结构的计算及改造加固的经济成本,文献[4]中可以看出:对既有结构的可靠性评估,研究对象更加具体,具有一定的历史信息,根据《工程结构可靠度设计统一标准》的规定:荷载标准的确定与设计基准期有关,设计基准期不同,荷载标准取值也将不同,既有结构的设计基准期为其服役基准期,其荷载的取值就应以服役基准期为依据,目前我国还没有关于这方面的规范制定,在其取值上还是基本按照新建结构的设计基准期来进行的,故荷载取值依然按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)及其他专业提供的荷载取值。
  2.关于鉴定中发现炉前平台严重积灰的问题,经现场调查及分析,是由于原设备泄露,而且未及时清理造成。更换锅炉设备及增加通风后,炉前钢平台积灰现象将得以改善,故可不考虑积灰荷载。
  3.2 新增设备基础的设计
  考虑到设备振动的影响,设计过程中将焚烧炉、汽机及引风机基础与原厂房完全脱离。其中汽机基础采用筏板形式。焚烧炉满载运行总重约2169t,单柱最大轴力2850KN,由于焚烧间室内空间限制及持力层较深,不宜采用筏板基础,同时为方便施工及避免开挖造成对原结构的影响,经方案比较,焚烧炉基础采用桩基形式,并采用外包式柱脚。
  3.3 改造加固方案
  改造加固方案的选择,首先考虑技术与现场施工的可行性,其次是工程经济合理性,针对不同的现场实际情况选用不同的加固方法,既可以简化施工又可以节省造价。炉前平台的改造主要涉及上料及输煤系统,改造加固前,设备已拆除,不需要带负荷加固。
  (1)C/K 轴上共14根柱平面外稳定承载力不足,分析原因为建设期间未按原设计图纸施工,柱间支撑被取消,该列柱截面H400x300x10x14,高16.9m,经计算,平面外计算长度系数为5.34,平面外应力比最大1.12,加固方案可采用增加柱间平面外支撑方法,降低平面外计算长度,实际设计中,在标高8.1m处增加水平系杆,改造后平面外计算长度约减小一半,经计算,满足要求。
  (2)钢煤仓原设计为悬挂于23.788m楼层平台梁下,设备改造后原煤仓已不满足使用要求,需要重新设计。考虑施工方便,将钢仓后改为座仓,即在22.588米标高处设计一煤仓钢支架平台,支架钢柱落在20.688m楼层梁上,钢柱最大轴力255.6KN。改变传力方式后,20.688米楼层钢梁承载力不能满足设计要求,需要进行加固,如图5所示。以钢梁GL1为例,GL1原设计为焊接H型钢H500X250X6X12。

  图5 20.688 平面图   图6 GL1 剖面图

  钢梁GL1采用加大原结构构件截面的方法进行加固,在钢梁下翼缘增焊倒置的“T”形型钢,上翼缘贴焊10mm厚钢板的方式增大截面面积和截面模量,以提高构件承载力,如图6。重新计算构件截面特性,并考虑加固强度的折减系数,以达到新荷载对构件设计要求,运用结构计算软件(STS)进行内力分析时,按照力学指标(如截面惯性矩,截面模量,截面面积,截面回转半径等)近似相等法则,将新型钢梁折算成标准型钢输入程序,根据程序的计算结果不断调整型钢的加固断面,直到满足要求。
  (3)节点设计是钢结构厂房改造加固设计中的重要环节,新旧结构之间的连接,既要保证原结构的受力性能,又要使新旧结构的连接牢固可靠、确保质量,还要考虑施工的可操作性。本文中主要采用栓焊连接(翼缘坡口焊,腹板高强度螺栓连接),以GL1为例,其与原厂房钢柱的连接见图7。即保证了连接的可靠性,又便于施工。改造后厂房内景见图8

  图7 GL1 新增部分与钢柱连接   图8 改造后的厂房内景

  5 结 语
  建筑结构鉴定和加固的方法很多,各有利弊。加固方法的选择,要根据结构可靠性鉴定的结果,同时结合结构的自身特点,综合考虑加固效果、施工简易性和经济性等多种因素。加大原结构构件截面的方法以及栓焊连接的应用在本工程中取得良好的效果。
  参考文献
  [1] 陆锦标,顾祥林. 既有建筑结构检测鉴定规范的现状和发展趋势[J] 《住宅科技》 2008,6.
  [2] CECS77: 96 钢结构加固技术规范[S].
  [3] 黄兴棣. 建筑物鉴定加固与增层改造.
  [4] 张俊芝,李桂青,高兑现.服役建筑结构可靠性评估的可变荷载取值研究[J] 《工业建筑》2000,Vol.30,No.12.
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