钢结构改造加固方案

钢结构改造加固方案总述我做钢结构加固设计和现场技术管理快十五年了，这几年接了不少老厂房改造的活，这次整理的这个方案，是我刚完成技术交底的一个旧工业厂房改造项目，业主原本打算把用了二十多年的老厂房拆了重建，算下来不仅建造成本高，还要停产小半年，停工损失加起来数额不小，所以找到我们做改造加固。我全程跟进了现场检测、方案设计调整，整个方案完全从项目实际情况出发，既满足了业主新增荷载和功能的要求，又帮业主省了近一半的总成本，还把工期压缩到了三个月，完全符合业主要求，下面我把完整的方案整理出来。1项目概况与改造加固需求1.1原有钢结构建筑基本情况这个项目是单跨梯形钢屋架厂房，整体跨度24米，一共12个开间，每个柱距6米，总长度72米，檐口高度9米，原有设计是轻型加工加普通货物堆放，配套有一台5吨的桥式行车。我第一次带团队进场检测的时候，先整体逛了一圈，又系着安全带爬上去挨个构件检查，总结下来原有结构的情况是这样的：钢柱用的是H型钢，整体变形不大，只有靠近大门的三根钢柱因为常年偏堆重载，有不到1厘米的侧向弯曲，大部分钢柱的锈蚀都不严重，只有柱脚部位因为常年返潮，锈蚀深度大概有原截面的10%左右；屋架是普通热轧型钢拼装的梯形屋架，下弦最大下挠有3厘米，部分下弦杆件和节点有锈蚀，有两个节点原来的焊缝出现了细微开裂；檩条用的是160mm高的C型钢，部分靠近天窗的檩条因为常年漏雨，锈蚀比较严重，最薄的地方只剩下原厚度的一半；原有行车梁是工字钢截面，用了二十多年，因为动荷载反复作用，部分焊缝有开焊的情况，侧向刚度也已经满足不了更大行车的要求；基础是独立杯口基础，我们用仪器测了沉降，这么多年沉降已经稳定了，大部分基础承载力都还有富余，只有少数几个承吊车轮压的基础，荷载余量已经不多。说实在的，我爬在屋架上检测的时候，踩在有些锈透的檩条上晃悠悠的，当时心里就捏了一把汗，下来就告诉业主，绝对不能直接上新设备，必须做加固，不然太危险了。1.2本次改造的具体需求业主这边的需求很明确，一共有三点核心要求：第一，把原来的5吨行车换成10吨的桥式行车，满足新生产线大型构件的吊装需求；第二，在车间北侧划出三分之一的区域新增二层设备平台，放置打包和检测设备；第三，整个屋顶要铺设光伏板，新增了大概每平米20公斤的均布荷载。除此之外，业主额外提了两个硬性要求：一是尽量不要长时间全厂区停产，施工的时候要保留南侧一半区域正常生产，不能全停亏不起；二是总造价不能超过拆了重建的一半，能省则省，控制成本。基于这些实际需求，我们团队反复调整，最终确定了下面的改造加固方案。2改造加固的总体思路与设计原则摸清楚了原有结构的情况和业主的所有需求，我们团队碰了好几次，改了三版设计，最终确定了本次改造加固的总体思路和基本原则，保证方案既安全又实用，完全贴合项目实际。2.1总体设计思路我们的核心思路就是“能留则留、缺啥补啥”，最大限度保留原有完好的结构构件，只对承载力不满足要求、锈蚀损坏严重的构件做加固或者更换，尽量减少对原有结构的扰动，降低施工对正常生产的影响，同时严格符合现行的钢结构设计规范和加固规范的要求，最终满足业主新增功能的所有要求，不打折扣。2.2设计遵循的基本原则2.2.1安全第一原则我干了这么多年钢结构加固，一直跟团队说，结构安全是底线，哪怕少赚点钱，也绝对不能在安全上打折扣。所有加固构件的承载力计算，我们都留了不低于10%的安全余量，绝对不卡着规范的最低值做，毕竟厂房要用二三十年，什么情况都可能遇到，留点余量心里才踏实，业主用着也放心。2.2.2经济适用原则能利用原有构件的绝对不换新，能局部加固的绝对不整体换，比如原来的屋架只是承载力差一点，我们就加预应力拉杆提高承载力，不用整个换掉，这样比全换省了快三分之二的材料钱，完全符合业主的造价要求，也避免了材料浪费。2.2.3方便施工原则大部分加固用的构件我们都场外预制好，现场只做拼接和固定，尽量减少现场动火和高空作业的工作量，施工的时候分区域作业，南侧生产北侧施工，互不影响，满足业主不停产或少停产的要求，把业主的停工损失降到最低。2.2.4耐久耐用原则加固完不是交完工就完事了，我们要保证加固后的结构能正常使用最少三十年，所以所有的防锈防腐、焊缝质量都严格按最高标准来，绝不偷工减料，给业主留下一个能用几十年的放心工程。3各部位具体改造加固方案基于以上的思路和原则，我们针对原有结构各个部位的不同情况，制定了分部位的加固方案，具体内容如下：3.1钢柱加固原有钢柱因为新增了行车荷载和二层平台的荷载，经过计算，有11根钢柱的竖向承载力和侧向刚度不满足要求，我们采用增大截面法加固，具体做法是：先把这11根钢柱表面的旧漆和锈蚀清理干净，那三根有侧向弯曲的钢柱，先通过千斤顶顶推校正，校正偏差控制在千分之一以内，合格之后再进行下一步，绝对不能带着变形就加固，这是我现场盯死的要求，之前见过太多图省事留下隐患的例子，这一步绝对不能省。校正完成后，在原有H型钢柱的两个翼缘外侧各焊接一块和柱同长、厚度12mm的钢板，钢板每隔30厘米焊一道加劲肋，和原有钢柱连成整体，保证共同受力。柱脚部位，原来的锚筋拉力不够，我们在原有柱脚的四个角新增四根M30的锚栓，锚栓植入基础80厘米，拉拔试验合格后再固定，最后把柱脚周围原有混凝土凿毛，浇筑一层10厘米厚的微膨胀混凝土，把整个柱脚包起来，既解决了柱脚返潮锈蚀的问题，又提高了柱脚的锚固能力。3.2屋架系统加固原有屋架因为新增了光伏荷载，整体承载力不够，还有局部锈蚀和下挠，我们分步骤处理：首先是原有屋架杆件的处理，所有杆件先彻底除锈，锈蚀深度小于原截面10%的，清理完刷防锈漆就可以，锈蚀深度超过10%的，在锈蚀部位贴焊同厚度的钢板补强，那两个焊缝开裂的节点，把原有旧焊缝清干净，重新开坡口焊，焊完做无损探伤，保证焊缝内部没有缺陷。处理完原有构件，我们给每榀屋架下弦新增两道Φ32的预应力钢拉杆，拉杆两端通过锚具固定在屋架两端的柱顶，张拉控制应力按设计值的1.05倍施加，张拉完锁紧锚具，这个方法特别适合旧钢屋架加固，不仅不增加太多自重，还能抵消原来的下挠，我们当时张拉完测，原来最大3厘米的下挠回去了近2厘米，整体刚度一下子就提上来了，效果特别明显。然后是檩条，原有檩条大部分完好，只是荷载不够，我们在原有每两根檩条中间新增一根同型号的C型钢檩条，减小屋面板的跨度，原来锈蚀严重不能用的直接换掉，这样既满足了光伏荷载的要求，又比全换檩条省了一半钱，性价比很高。3.3行车梁加固原有行车梁是给5吨行车设计的，现在要上10吨的，抗弯承载力和侧向刚度都不够，我们采用下翼缘加焊工字钢的增大截面法加固：先把原有行车梁下翼缘的锈蚀和旧漆清理干净，把一块和行车梁同长的16号工字钢贴焊在下翼缘底部，满焊保证整体受力，然后每隔1米在行车梁侧面加焊一块10mm厚的侧向加劲肋，提高侧向刚度，防止行车动荷载下侧向失稳。所有原有焊缝我们全部重新检查，开焊、不饱满的全部清掉重焊，所有焊缝都做磁粉探伤，不合格的磨掉重焊，行车是动荷载，常年反复受力，焊缝出问题太危险，我那时候天天蹲在行车梁上挨个查，工人都说我太较真，但是安全这东西，就是得较真，宁可慢两天，也不能留下隐患。3.4新增二层设备平台结构新增的二层设备平台，我们直接利用加固完的原有钢柱做支撑，主梁采用高强螺栓和钢柱连接，尽量减少现场焊接，不仅施工快，连接质量也更有保证，次梁用H型钢，间距比常规设计小了10公分，因为设备运行有震动，密一点刚度大，用着稳，平台铺8mm厚的花纹钢板，最后做水泥砂浆面层，我们还特意提醒业主在每个设备底座下面加橡胶减震垫，减少震动对结构的影响，工人操作的时候也舒服，不会整个平台都跟着晃。3.5基础加固我们计算完，大部分原有独立基础的承载力都满足要求，只有四个承受行车最大轮压的柱基础，荷载增加了35%，承载力不够，我们采用扩大底面积的方法加固：先把基础周围的土方挖开，露出原有基础的侧面，把侧面混凝土凿毛，植入拉结钢筋，然后绑上钢筋笼，浇筑C30微膨胀混凝土，把基础底面积扩大40%，做完养护之后再施工上部的钢柱加固，这样既解决了承载力问题，又不用重新做基础，省了好多工期和成本。3.6整体防锈防腐处理所有加固构件进场之前就先刷一遍防锈漆，现场焊接完成后，把焊渣和浮锈清理干净，所有原有构件露出的部位和新增构件，都再刷一遍防锈漆，最后刷一遍和面漆，除锈等级严格要求，锈蚀部位要做到露出均匀的金属光泽，这个工序看起来不起眼，但是直接决定了结构能用多少年，我一直跟工人说，结构好不好，一半看受力，一半看防锈，偷这一步的懒，三五年就锈坏了，对不起业主给的钱，也砸我们自己的招牌。4施工管控与后期维护要求4.1施工安全与质量管控因为是边生产边施工，我们的安全管控特别严，所有工人进场都做三级安全教育，高空作业必须系双钩安全带，动火必须开动火证，现场配足够的灭火器，每天开工前我都要开五分钟早会，说当天的安全注意事项，提醒大家避开生产区域的设备和通道。所有工序做完都要验收，锚栓拉拔、焊缝探伤、预应力张拉应力这些，全部检测合格才能进下一道工序，绝对不允许抢进度偷工序，质量不合格的必须返工，没有商量的余地。4.2进度管控业主要求三个月完工，不耽误新生产线进场，我们安排分区域流水施工，北侧先做基础加固，同时场外预制所有加固用的钢板、拉杆、檩条，基础完工做钢柱加固，再做行车梁和屋架加固，最后做平台和刷漆，不同工序交叉作业错开，既不互相影响，又能压缩工期，最后我们比原计划提前三天完工，完全符合业主的进度要求。4.3后期维护要求交完工我们也跟业主说好了维护要求，每年要安排专人对整个结构做一次全面检查，看看焊缝有没有开裂、锈蚀有没有发展、行车固定螺栓有没有松动，不要随便在屋架和梁上挂额外的重物，每五年重新刷一遍防锈面漆，一旦发现有什么问题，随时可以找我们，我们免费上门查看处理。方案总结总的来说，这个钢结构改造加固方案，完全从项目的实际情况出