1、加固改造案例
一.选题背景及目的
对已有企业的挖潜改造是我国进一步发展生产的既定方针，在无锡某钢铁厂电炉车间扩建和改造工程项目中，由于生产能力扩大、旧设备更新、生产工艺调整、操作环境改善等因素，因此要求对旧有厂房进行必要的加固处理。本文仅对钢屋架加固进行简要探讨。
二.老厂改造工程的特点
（一）施工准备期短 因为停产时间不完全由使用单位决定，故从决定大修到开工，其间往往只有一个月，甚至更短。
（二）工期受到严格限定 一般需大修改造的车间，都是产值高的。因此要求加固改造所用时间越短越好。
（三）设计施工障碍多 有旧设备基础、旧管线及设备，吊车等设施。
（
2、四）工作内容多，施工难度大 施工作业会出现立体交叉作业和各专业工种之间的平行流水作业，工作面狭小，施工操作空间紧张。
三. 本工程改造的简要介绍
本工程为单层单跨排架体系，混凝土柱与重级工作制吊车梁，钢屋架，托架及支撑系统组成完整的空间受力体系，排架间距为18m,跨度为24m，檐口标高为21.3米，屋架间距为6m。本次改造位置处于两榀排架之间，由于混凝土柱及钢托架不是本次工程直接有关构件，且原有截面富余较多，经计算，均能满足设计要求。见附图1所示。
原有屋面采用了无檩体系，上铺大型屋面板，由于工艺要求，在电炉上方的3榀屋架上需加设抽风烟道----俗称象屋(有顶，有围护结构，有悬
3、挂杆件)，这样就在屋面上出现了一个12x12米的洞口，其范围内的大型屋面板均需拆除（详见附图一），由于抽烟道的高度为10米，且因为实施新工艺后增加了集尘管（通风专业提供的钢管，自重为每延米1.5吨，活荷载为每延米3吨，支承在象屋上共计18吨的集中荷载）支撑于其上，故改造后新加荷载比需拆除的大型屋面板自重大。同时，原有设计采用无檩体系，现要改造为有檩体系，支撑系统需增加布置，这部分荷载也不能忽略。这样不仅钢屋架需重新计算，且与其有关的托架，柱，基础均需经过计算确定是否需加固，在设计时间上与甲方的要求相差较大，且甲方可能投入的成本过大，施工周期及施工难度均加大。在同甲方说明情况后，经过论证，决定通
4、过两种方式实现改造，其一为加固，在进行计算后确定单榀屋架的单个构件的具体数值，其二为减荷，即经过计算，把大型屋面板的拆除范围扩大到象屋范围以外,共拆除屋面板44块，使得改造后屋架上的荷载总量值与原有大致相同，托架及柱，基础满足要求而不需加固。
四. 钢屋架的加固设计
钢屋架由上弦，下弦，中间腹杆，支座端杆组成，本工程中钢屋架与混凝土柱间的连接分为两种，一种为钢屋架直接落在柱顶上，为铰接支座。另一种为钢屋架与托架铰接，托架与混凝土柱钢接。
由于原有钢屋架暴露在空气中，且已经使用了15年以上，尽管厂方对钢构架均会定期进行防腐防锈处理，但是空气及车间内的水蒸气，生产时产生的腐蚀气体对钢
5、材的锈蚀是不可避免的，车间现场实地观测后，发现由于投入使用年数较多，屋架上下弦及腹杆均有程度不同的积灰现象，灰尘清除后，暴露出钢材其锈蚀现象与原来设想的情况大致相同，即上弦锈蚀情况最不严重，腹杆尚可，下弦的情况最不利，根据锈蚀情况，考虑钢材截面的削弱（计算假定按比原有钢材壁厚减小一个等级，如原为L125X8,现在按L125X6计算），对钢屋架重新计算后，3榀钢屋架均需加固方可满足要求。对上弦：由于有较多的集中荷载，处于受压区，且拆除了象屋范围内的屋面板，平面外计算长度需通过新增横向水平支撑得到保证，而横向支撑与上弦的连接也需新加节点板，故上弦为全长加铺t=10钢板。对下弦：由于此次加固均为高空
6、作业，且屋架在大型屋面板拆除后其下弦仍有自重及施工荷载产生的拉应力，若采用仰焊，则焊接过程中施工人员操作难度增加，危险性较大，且施工质量难以保证。若采用高强螺栓加固，则对横断面的削弱使得加固后的安全储备降低，经比较，最后采用了沿长度方向在跨中左右各2个节间范围内底部加贴t=12钢板的方法，其与下弦的连接为沿角钢长度方向焊接。端腹杆与中间竖杆的连接采用加贴小角钢。
具体加固数据及形式详见附表1。
除此以外，由于加固时为夏季，该地区下暴雨及刮大风的可能性加大，留给施工的时间较短，厂房要求钢屋架的加固及象屋的安装必须在25天间完成，施工操作的可行性也必须予以考虑。
五. 钢屋架加固的施
7、工
加固时考虑到施工顺序及操作流程，与在工厂中制作好再运至工地拼装的一套有所不同。此次加固均为高空作业，且施工工期短，屋架处于受力状态，故在设计时考虑了受力特点后确定了施工顺序：一：拆除大型屋面板，增设临时支撑，保证改造部位的稳定，对钢屋架进行除锈防腐处理。二：根据图纸对钢屋架进行加固。三：屋架上下弦水平支撑和屋架垂直支撑的安装。四：象屋及集尘管的安装。象屋及集尘管均为新增加构件，可在工厂里制作完成。象屋设计成一个方形，通过立柱间的支撑组成几何不变的整体，由四角的8根拉杆固定在屋架上，
六. 设计总结
由于此次屋架加固要求出图时间紧，设计难度较大，且是在车间未完全停产的状态下施
8、工，故设计计算时适当的考虑了一些安全储备。改造加固设计要考虑：一：原结构支撑体系的改变和荷载的变化。二：设计时要综合考虑施工因素，在保证质量的前提下，尽量满足施工方便。经计算，此次改造，总共加固部分的用钢量为2.56吨，象屋部分的用钢量为38.4吨。
施工完成后，从现场反馈回的信息表明，工期，质量，用钢量都得到了保证，甲方比较满意。
参考文献
[1]钢结构设计手册（中国建筑工业出版社）1985
[2]钢结构设计规范（GB50017-2003）
[3]建筑结构荷载规范GB50009-2001
[4]建筑结构构造资料集1990
附图1
附表1
屋架上弦
屋架下弦
端斜杆
中间竖杆
加固前截面
加固后截面
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