楊志東

（志品（福州）技術(shù)工程有限公司　350000）

淺談鋼結(jié)構(gòu)廠房及設(shè)備基礎(chǔ)改造

楊志東

（志品（福州）技術(shù)工程有限公司350000）

鋼結(jié)廠房建筑是工業(yè)建筑，和普通民用住宅有所區(qū)別，在工業(yè)房屋中加固設(shè)計(jì)的實(shí)行是一個(gè)繁雜、長(zhǎng)期的工作，應(yīng)當(dāng)聯(lián)系所有要生產(chǎn)的商品，全局考慮，來(lái)確定改造工程的具體計(jì)劃。假如僅是依據(jù)建筑領(lǐng)域的流行元素加以設(shè)計(jì)，不結(jié)合其使用目的，是無(wú)法得到一個(gè)科學(xué)的改進(jìn)計(jì)劃的?？偨Y(jié)過(guò)往的改造措施方案，應(yīng)考慮到設(shè)施基礎(chǔ)、零星組件、地腳螺栓、鋼梁振動(dòng)等多個(gè)要素的影響。鋼結(jié)廠房的改造還要全面考慮廠房的空間在生產(chǎn)中作用，殘余應(yīng)力與結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力所產(chǎn)生的影響。設(shè)備基礎(chǔ)的改造，需要結(jié)合設(shè)備自身和原有的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合考慮。以軸向力方式傳遞鋼梁上動(dòng)荷載，能有效防止梁振幅過(guò)大而造成不良后果。

鋼結(jié)構(gòu)廠房；設(shè)備基礎(chǔ)；改造

1　引言

改革開(kāi)發(fā)以來(lái)，伴隨國(guó)內(nèi)工業(yè)的迅速發(fā)展，廠房建造的需求數(shù)量也持續(xù)增多，此時(shí)對(duì)廠房房屋的要求也持續(xù)提升。在目前全新的工業(yè)發(fā)展形勢(shì)下，不但要具有廠房的基本效能，并且還需要有很高的安全性能與對(duì)生產(chǎn)的適應(yīng)性，廠房房屋的基本是確保廠房架構(gòu)安全與滿足對(duì)工業(yè)需求的保證，所以增強(qiáng)廠房基礎(chǔ)的設(shè)置與改進(jìn)是特別有意義的。伴隨國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與技術(shù)的提升，國(guó)內(nèi)鋼鐵的生產(chǎn)數(shù)量和鋼材性能都得到大幅度的提升，這對(duì)在日后的廠房維護(hù)和改造都非常有利，變得更高效和更容易操作，鋼結(jié)構(gòu)廠房的承重性能和抗震性能也比較好的得以體現(xiàn)。鋼結(jié)廠房在工業(yè)領(lǐng)域得以大范圍的運(yùn)用，比如許多大規(guī)模的工業(yè)廠房與公共房屋等領(lǐng)域，此就推動(dòng)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展發(fā)揮了很大的促進(jìn)功能。恰是因?yàn)殇摻Y(jié)廠房此些顯著的優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中運(yùn)用的廣泛性，對(duì)廠房的基本建造與改造才變得非常關(guān)鍵。鋼結(jié)廠房基礎(chǔ)是承載整個(gè)廠房房屋、生產(chǎn)設(shè)施、鋼結(jié)構(gòu)自身及地震功能等壓力，并且把壓力傳輸?shù)降鼗耐两軜?gòu)。在鋼結(jié)廠房類(lèi)型持續(xù)增大的狀況下，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和改造，綜合分析鋼結(jié)構(gòu)廠房的受力特性對(duì)加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)廠房的安全建造，更有效地服務(wù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重大的價(jià)值。

2　鋼結(jié)構(gòu)廠房

鋼結(jié)廠房加固改革的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)全面把控下述三個(gè)層面的問(wèn)題：①內(nèi)應(yīng)力；②廠房的空間功能、架構(gòu)平穩(wěn)的基本原理；③殘余應(yīng)力。鋼構(gòu)件在焊接過(guò)程中加熱不均衡或者冷卻不均衡、型鋼在實(shí)施熱軋時(shí)的冷卻不均衡、鋼板周邊通過(guò)氣割以后出現(xiàn)熱塑性變形、構(gòu)件在冷卻過(guò)程中出現(xiàn)的形狀改變，均會(huì)出現(xiàn)一定的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力是架構(gòu)內(nèi)部自均衡力量，對(duì)于靜應(yīng)力的抗拉水平不會(huì)造成影響，可是會(huì)影響構(gòu)件的承載能力。考慮殘余應(yīng)力對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的影響，鋼構(gòu)件在自然環(huán)境通常自然狀態(tài)放置一段時(shí)期后，鋼材里面的晶體產(chǎn)生改變，有珠光體析出碳，讓其晶體組織細(xì)分，殘余應(yīng)力峰值降低。立足于鋼結(jié)構(gòu)總體層面而言，加工與裝設(shè)失誤，也會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)里面機(jī)制形成應(yīng)力，動(dòng)荷載也能夠部分除掉架構(gòu)機(jī)制的內(nèi)應(yīng)力。

“鋼結(jié)構(gòu)負(fù)載水平降低是由于運(yùn)用時(shí)間太長(zhǎng)”的理念是不科學(xué)的。從理論層面而言，應(yīng)當(dāng)盡可能的減小對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的改造數(shù)量，降低由于再次改造所造成的新的內(nèi)應(yīng)力與新的殘余應(yīng)力。

鋼結(jié)廠房改造對(duì)內(nèi)力核算過(guò)程中，通常忽視廠房的空間架構(gòu)受力特征，采用標(biāo)準(zhǔn)間距平面框排架做為核算單元。新的改造加固過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)恰當(dāng)考慮工業(yè)建筑空間架構(gòu)功能，再次核對(duì)構(gòu)件內(nèi)力功能。

廠房架構(gòu)空間的架構(gòu)功能和屋面強(qiáng)度與荷載屬性有著緊密關(guān)系。當(dāng)屋頂支撐部完備，架構(gòu)重點(diǎn)承受動(dòng)荷載等均勻分布的荷載時(shí)，空間功能不突出。鋼架構(gòu)的空間平穩(wěn)性層面不可當(dāng)做強(qiáng)度問(wèn)題處理。構(gòu)件的強(qiáng)度產(chǎn)生問(wèn)題的時(shí)候，理論上僅需加固或者改進(jìn)構(gòu)件自身。當(dāng)構(gòu)件承載力難以滿足的時(shí)候，不但要考慮構(gòu)件的縱向承載力，而且要充分考慮構(gòu)件的桿件穩(wěn)定性。

3　鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)改造的要點(diǎn)

3.1做好基礎(chǔ)形式的選擇

在大多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)廠房中，因?yàn)閺S房的類(lèi)型與生產(chǎn)用途有所區(qū)別，鋼結(jié)構(gòu)承擔(dān)的荷載高低與荷載性質(zhì)也有所差異，并且廠房房屋所處地理位置的地質(zhì)特征讓廠房整體的沉降平橫度及沉降速度有較大的區(qū)別，所以為實(shí)現(xiàn)不同地質(zhì)狀況廠房架構(gòu)的穩(wěn)固，選取的結(jié)構(gòu)架構(gòu)基本模式也有所差異。在選取鋼結(jié)廠房的基本模式時(shí)，應(yīng)全面考慮下述要素的作用，對(duì)廠房所在場(chǎng)地的自然地質(zhì)狀況與地下水系的分布狀況加以綜合的考量。通常而言，鋼結(jié)廠房房屋的間距和跨度均很大，所以在自然狀況較好的時(shí)候，可運(yùn)用單一的基礎(chǔ)模式；在自然狀況較差亦或廠房房屋有很高要求的時(shí)候，運(yùn)用率較高的是樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)是出現(xiàn)時(shí)間較長(zhǎng)并且水平較高的一種基礎(chǔ)方式，其體現(xiàn)出很高承載水平與沉降幅度小、勻稱(chēng)等優(yōu)勢(shì)，適合很多工程地質(zhì)情況運(yùn)用，尤其是在強(qiáng)度較弱的地基狀況下的房屋架構(gòu)中得以大力運(yùn)用。依據(jù)建筑基礎(chǔ)的受力原理能夠把樁基礎(chǔ)分成兩種：①摩擦樁；②端承樁。依據(jù)地基基礎(chǔ)的實(shí)際狀況進(jìn)行相應(yīng)的選擇，前者大多使用在基礎(chǔ)的持力層強(qiáng)度不高或者持力層位置很深的工程項(xiàng)目中；而后者是讓基樁建造在持力層上面，建筑結(jié)構(gòu)的荷載可直接傳遞到持力層中。

譬如，因?yàn)樽匀画h(huán)境與氣候上的不同，國(guó)內(nèi)南方與北方的土層體現(xiàn)出性質(zhì)方面的差異，因此用選擇不一樣的基礎(chǔ)形式。中國(guó)北方省份的地層土大部分是粘性較強(qiáng)的土，所以大部分運(yùn)用獨(dú)立基礎(chǔ)，南方省份與沿海省份大部分是沙土或者雜填土，并且有豐富的地下水，所以大多運(yùn)用樁基礎(chǔ)。但是，對(duì)于北方省份自然環(huán)境不優(yōu)良的省份一般也運(yùn)用此種形式，實(shí)際的選擇形式還應(yīng)依據(jù)鋼結(jié)廠房的現(xiàn)實(shí)狀況整體考慮，不可一概而論。此外，在偏心距較小的狀況下，為了解決基礎(chǔ)需要，也會(huì)運(yùn)用偏心基礎(chǔ)。此種類(lèi)型的基礎(chǔ)可以降低基礎(chǔ)大小，此基礎(chǔ)形式在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用的較少，通常吊車(chē)噸位不大的時(shí)候考慮運(yùn)用偏心基礎(chǔ)方式。

3.2做好基礎(chǔ)的受力剖析

鋼結(jié)廠房具有屋頂承受負(fù)載較小的縱向力與相對(duì)而言，較大的水平力和彎矩力特征，在廠房改進(jìn)過(guò)程中必須要依據(jù)此些特征，重點(diǎn)對(duì)縱向與水平力與彎矩力加以全面的剖析。依據(jù)架構(gòu)特點(diǎn)明晰荷載分布狀況，從而對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的承載能力及穩(wěn)定性進(jìn)行校核。根據(jù)受力分析，可以指導(dǎo)廠房結(jié)構(gòu)的改造和選擇相匹配的鋼材。在對(duì)鋼結(jié)廠房的架構(gòu)基礎(chǔ)加以受力剖析過(guò)程中，在無(wú)法明確某個(gè)方向的作用力的時(shí)候，應(yīng)依據(jù)初始選取的基礎(chǔ)形式與自然狀況實(shí)施嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)和信息統(tǒng)計(jì)時(shí)行剖析，給出地基所能承受的力高低范疇與方向，對(duì)所設(shè)置的架構(gòu)實(shí)施剖析與檢驗(yàn)，確保真正的房屋架構(gòu)所承受負(fù)載作用在架構(gòu)可以承擔(dān)力高低范疇中。譬如，對(duì)于有行吊的鋼結(jié)廠房，在廠房建設(shè)時(shí)常采用剛性柱腳，在新的廠房改造時(shí)，便應(yīng)整體考慮剛性柱腳的受力特點(diǎn)，且對(duì)柱腳實(shí)施受力剖析，依照初始設(shè)置的架構(gòu)校核，核算出新的改造計(jì)劃能夠達(dá)到總體剛度的規(guī)定，除了受力剖析以外，還應(yīng)核算所擔(dān)負(fù)彎矩的高低?；A(chǔ)的受力剖析是對(duì)整個(gè)鋼結(jié)廠房穩(wěn)固性與安全性的保證，唯有對(duì)基礎(chǔ)的受力狀況有明確的認(rèn)知，才可以確保新的改造方案是正確的。

4　對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)的改造

拆掉原來(lái)的生產(chǎn)線設(shè)施，在原有基礎(chǔ)上增添其他機(jī)器設(shè)施。原來(lái)設(shè)施的地腳螺栓地點(diǎn)、高度和尺寸有可能與新設(shè)施的要求不一致。解決的方法通常有兩個(gè)：①依據(jù)當(dāng)前設(shè)施底座改造當(dāng)前地腳螺栓；②依據(jù)原本地腳螺栓改進(jìn)設(shè)施底座。第一種方法未曾考慮原本地腳螺栓的真正狀況，設(shè)施底座依據(jù)新的改造計(jì)劃，通常導(dǎo)致地腳螺栓大范圍的改進(jìn)處置。當(dāng)混凝土中包括體積較大的金屬不能植筋時(shí)，設(shè)施底座應(yīng)當(dāng)再一次改造，移動(dòng)植筋的位置。而第二種方式依據(jù)原本地腳螺栓改進(jìn)設(shè)施底座，適度改造設(shè)施底座的螺孔體積與地點(diǎn)，盡量運(yùn)用當(dāng)前地腳螺栓，減少了改進(jìn)的工作數(shù)量。

設(shè)施基礎(chǔ)的改進(jìn)和地腳螺栓相同，設(shè)施底座設(shè)置過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)考慮現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施基礎(chǔ)的上部標(biāo)高、大小、坑道分布等，減小混凝土切割與植筋工作數(shù)量。

鋼平臺(tái)上裝設(shè)動(dòng)力設(shè)施的時(shí)候，會(huì)造成梁、平臺(tái)板以致整個(gè)平臺(tái)出現(xiàn)大幅度的震蕩。并且也會(huì)形成很大的噪聲，如此會(huì)影響設(shè)施的傳輸速度，加深設(shè)施的磨損與減少設(shè)施的使用時(shí)間。應(yīng)對(duì)此種問(wèn)題的措施，通常是提升鋼平臺(tái)構(gòu)件的剛度，或者是轉(zhuǎn)變鋼平臺(tái)的傳力模式，后者常常獲得的效果更理想。同樣大小的截面面積與長(zhǎng)度的柱、梁，承擔(dān)同等大小的荷載時(shí)，梁的撓度應(yīng)大幅高于柱的軸向變形。因此，動(dòng)荷載應(yīng)當(dāng)盡量用軸向力的形式傳輸。

在鋼結(jié)廠房改造過(guò)程中，通常需要現(xiàn)場(chǎng)增添管道支撐、過(guò)梁、挑梁等零件。處于利于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)與設(shè)施裝設(shè)調(diào)整的目的，就盡量運(yùn)用鋼構(gòu)件形式。砌體架構(gòu)墻面新開(kāi)設(shè)的洞口，洞口過(guò)梁的時(shí)候能夠運(yùn)用角鋼，取代一般使用的鋼筋混凝土過(guò)梁?，F(xiàn)場(chǎng)另增的一些管道過(guò)梁與支架，均應(yīng)應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)形式。

5　結(jié)束語(yǔ)

鋼結(jié)廠房中，內(nèi)部布設(shè)很多數(shù)量的生產(chǎn)設(shè)施、連接管線等，加之由于不同的生產(chǎn)需求經(jīng)常進(jìn)行改造，不同階段不同設(shè)計(jì)者參加鋼結(jié)廠房的改進(jìn)設(shè)計(jì)，會(huì)導(dǎo)致最初材料不全面亦或不正確，均給改造設(shè)計(jì)造成阻礙。各個(gè)部門(mén)的互相協(xié)作，整體的把控即將改造的鋼結(jié)廠房的現(xiàn)實(shí)狀況，才可以制定可操作性的改造計(jì)劃。

[1]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）.

[2]《鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)程》（CECS77-1996）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1996.

[3]《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（CECS25-1990）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1991.

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2015-6-18