朱銀鷹 楊衛(wèi)凱 中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院 吉林 132002

技術(shù)改造

某化工裝置主廠房的改造設(shè)計(jì)

朱銀鷹*楊衛(wèi)凱 中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院 吉林 132002

介紹在原有高層鋼筋混凝土工業(yè)廠房內(nèi)增加大型設(shè)備支撐結(jié)構(gòu)的方案及構(gòu)造處理方法。

支撐結(jié)構(gòu)方案構(gòu)造處理

1 工程概況

某化工裝置擴(kuò)建工程于2007年設(shè)計(jì)并施工。其中，主裝置廠房是該工程的主要建筑物。建筑面積5357 m2，7層，高度32.5 m，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)。主體結(jié)構(gòu)施工于2007年末完成并開始設(shè)備安裝，2008年4月設(shè)備安裝基本結(jié)束，準(zhǔn)備試車前的外方審查，審查中發(fā)現(xiàn)安裝在第5層，標(biāo)高18.5 m的大型設(shè)備K101的安裝標(biāo)高低了2.8 m，將直接影響工藝流程，造成裝置不能順利開車。該設(shè)備操作重接近100 t，屬于塔類高聳設(shè)備。支撐結(jié)構(gòu)抬高2.8 m，難度大，結(jié)構(gòu)安全不易保證，工藝流程上解決不但需要增加設(shè)備，而且增加運(yùn)行成本，經(jīng)過綜合分析比較，決定由結(jié)構(gòu)專業(yè)采取措施來解決。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定

確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵在于保證結(jié)構(gòu)受力明確、安全合理，節(jié)點(diǎn)處理簡單、可靠和施工方便。原有設(shè)備所在位置的梁柱布置見圖1。

圖1 ▽18.480梁平面模板圖

大型高聳設(shè)備的支撐結(jié)構(gòu)，一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更合理，因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性非常好，但由于該設(shè)備已經(jīng)就位，支撐結(jié)構(gòu)如果采用混凝土結(jié)構(gòu)，土建施工和設(shè)備安裝都存在很多問題，很難實(shí)現(xiàn)。如果在原有K101設(shè)備支撐梁上起2.8 m鋼框架，來支撐近100 t重的設(shè)備，也存在問題，首先是梁上起鋼柱，柱腳節(jié)點(diǎn)不能保證剛性連接，鋼結(jié)構(gòu)雖然強(qiáng)度很高，能夠滿足承載力要求，但鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性很差，尤其是支撐這種重要的設(shè)備，采用鋼支架，結(jié)構(gòu)安全無法保證。經(jīng)過反復(fù)研究論證，決定采取混凝土與鋼結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)，來承擔(dān)設(shè)備荷載，既利用K101設(shè)備所在跨內(nèi)的四個(gè)混凝土框架柱，在標(biāo)高21.3 m處設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)支撐平臺，K101設(shè)備直接支撐在標(biāo)高21.3 m鋼梁上。見圖2。

圖2 ▽21.300鋼梁平面布置圖

該處理方案的特點(diǎn):受力明確而且直接，設(shè)備荷載通過最短的路徑傳遞給柱子;充分利用混凝土框架柱的優(yōu)勢，既受壓能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，也充分利用了鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，抗彎承載能力強(qiáng)，施工和設(shè)備安裝方便。同時(shí)通過設(shè)置水平支撐解決了鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的問題。該方案的最大難點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和施工。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

增加一個(gè)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層，鋼梁按照交叉梁系布置，使設(shè)備荷載盡量均勻地傳遞到四個(gè)框架柱上，鋼梁與混凝土柱的連接節(jié)點(diǎn)很難做到剛接，計(jì)算時(shí)將鋼梁與混凝土柱的連接節(jié)點(diǎn)設(shè)置為鉸接，通過SATWE結(jié)構(gòu)分析軟件計(jì)算，原有框架梁柱完全滿足承載力和變形要求。但由于在標(biāo)高21.3 m處增加了一個(gè)結(jié)構(gòu)層，致使框架柱在標(biāo)高18.5～21.3 m之間形成了短柱，短柱及新增節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)不能滿足抗震規(guī)范的構(gòu)造要求，需要進(jìn)行抗震加固。

4 節(jié)點(diǎn)及短柱加固設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)結(jié)合短柱的加固同時(shí)考慮，采用濕式外包鋼加固法，在柱四角包L100×12角鋼，角鋼穿過短柱下部節(jié)點(diǎn)的樓板，在緊貼梁底的位置設(shè)置扁鋼箍，角鋼上部包至新增鋼梁與混凝土柱連接節(jié)點(diǎn)上部500 mm，整個(gè)包角鋼范圍內(nèi)設(shè)置扁鋼箍，間距300 mm左右，在節(jié)點(diǎn)范圍適當(dāng)加密，以提高短柱及節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗震承載能力。新增鋼梁與混凝土柱的連接節(jié)點(diǎn)處，用16 mm厚的鋼板，鋼板兩側(cè)與包柱的角鋼焊接，鋼板中部用M20化學(xué)螺栓，交錯布置，與混凝土柱連接，鋼與混凝土之間采用環(huán)氧樹脂膠灌注，使之達(dá)到型鋼與混凝土整體工作，共同受力。見圖3和圖4。

圖3 ▽18.480－21.760柱加固節(jié)點(diǎn)圖

K101設(shè)備荷載傳遞到鋼梁梁端，產(chǎn)生的梁端支座反力設(shè)計(jì)值達(dá)到460kN，如此大的剪力，完全依靠化學(xué)螺栓和結(jié)構(gòu)膠來承擔(dān)，顯然是不合適的，存在安全隱患，于是在鋼梁三分之一跨度位置下設(shè)置斜支撐，支撐的下端落在標(biāo)高18.5m框架梁柱交匯處，支撐的設(shè)置減小了梁的跨度，降低了鋼梁的截面高度，同時(shí)將豎向力直接傳遞到原有鋼筋混凝土框架的節(jié)點(diǎn)上，大大降低了新增的鋼梁與混凝土柱的連接節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)，從而使結(jié)構(gòu)更加安全可靠。見圖5(a)、(b)。

圖4 1－1剖面圖

圖5 C、D軸立面圖

5 施工要求

改造加固的效果很大程度取決于選材和施工質(zhì)量，其性能均應(yīng)符合《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50367－2006要求，且具有各種性能試驗(yàn)合格證，并按規(guī)范要求做相應(yīng)的檢驗(yàn)。①要求選擇A級膠;②選用8.8級化學(xué)螺栓;③抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為490 MPa;④抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為290 MPa。

對施工提出嚴(yán)格要求:首先應(yīng)對原混凝土表面進(jìn)行處理，對混凝土表面存在的缺陷清理至密實(shí)部位，并將鋼與混凝土接觸表面鑿毛，柱四角打磨成半徑≥7 mm的圓角，清除混凝土表面的浮塊、粉末，并用壓力空氣吹掃干凈，在型鋼骨架焊接完成后進(jìn)行注膠，膠縫的厚度應(yīng)控制在3～5 mm，加固后的型鋼和混凝土表面掛Φ2.5@25×25鋼絲網(wǎng)，再噴抹50 mm厚M10水泥砂漿，作為加固結(jié)構(gòu)的防護(hù)層，同時(shí)起到鋼結(jié)構(gòu)的防火和防腐的作用。

6 結(jié)語

改造工程于2008年7月施工完成，同年裝置按原計(jì)劃順利開車，安全穩(wěn)定運(yùn)行至今。結(jié)構(gòu)改造方案的實(shí)施為裝置順利開車提供了保障。

該工程改造加固方法較為簡便，施工周期短，對原結(jié)構(gòu)破壞很小，改造痕跡不明顯，滿足了工藝要求，結(jié)構(gòu)性能和使用效果很好。

1 GB 50367－2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006．

(Translated by Zhuo Hong)

Reconstruction and Reinforcement Design for Main Unit Building of a Chemical Plant

Zhu Yinying，et al
(PetroChina Northeast Refining＆Chemical Engineering Co．Ltd．Jilin Design Institute Jilin 132002)

The scheme and structure treatment methods for adding large equipment supporting structuresinanexistinghigh-levelreinforcedconcrete industrial building are presented in this paper．

supporting structureschemestructure treatment

*朱銀鷹:國家一級注冊結(jié)構(gòu)師，高級工程師。1989年畢業(yè)于吉林建筑工程學(xué)院工民建專業(yè)。從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，聯(lián)系電話:(0432) 63959404，E－mail:jly_zyy0292@petrochina.com.cn。

2011－08－15)