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摘要：本文结合建滔(番禺南沙)石化有限公司某生产厂房增加大型离心烘干机的生产线改造项目，简要介绍工业厂房内局部增加大型振动设备，荷载变动较大的情况下如何进行结构改造加固设计。
关键词：工业厂房；增加大型振动设备；结构改造加固设计；荷载变动
工业厂房在建成使用后，经常会出现局部或整体改变生产用途的情况，相应会面临建构筑物内局部或整体使用荷载与原设计有较大变动的情况。近年来，由于国民经济发展形势趋缓的影响，一些设计建成于2000年左右的厂房，因变换业主或改、扩建生产线等各种原因，出现大量需进行结构改造加固设计的项目。由于设计及使用年限等各种原因，此类改造项目一般会面临原设计规范过期从而导致混凝土强度和钢筋强度等均不满足现行规范要求，甚或出现原设计图纸资料不全的情况，需要结构设计工程师结合实际情况及自身经验采取相应的解决措施。
本文结合建滔(番禺南沙)石化有限公司年产1万吨TBBA结晶、离心烘干的生产线改造项目，结构专业的主要工作：1）复核原生产厂房本期改造区域的结构负荷并提出加固措施；2）首层新增设备基础、二层局部新增两台大型离心机的支撑框架设计、三层局部新增结晶釜操作钢平台设计。本文仅针对本次改造工作的主要难点即在该车间二楼原设计为办公室、活荷载仅为2.0KN/m2的D轴~G轴交3轴~4轴区域内新增两台大型离心机，简要介绍工业厂房内局部增加大型振动设备、荷载变动较大的情况下如何进行结构改造加固设计。
1 工程概况
1.1设计依据
本项目需改造的厂房为一栋主体4层、局部5层、高29米的多层钢筋混凝土框架结构厂房。厂房首层、二层层高均为7米，且一层到三层大型动、静设备均布置较满，是一栋较为典型的化工生产厂房。根据业主提供的厂房竣工图蓝图及相关资料，该厂房设计、建成于2002至2003年，但厂房设备图纸欠缺，故厂房各层楼面原设计设备荷载不详，仅有业主提供的少数设备的大概荷重供参考。且经过十多年的不断改造，设备布置和荷载均与最初有较大出入。
1.2设计条件
1.2.1自然条件
该项目设计自然条件：抗震设防烈度为七度，设计采用抗震等级为二级，地震加速度0.10g，第一设计地震分组；基本风压值为0.70KN/m2，地面粗糙度为B类，建筑场地土类型为软弱土，场地类别为Ⅳ类。
1.2.2设备条件
卧式虹吸刮刀卸料离心机是一种连续运行、间歇卸料的过滤式离心机。它能在离心力及虹吸力的双重作用下，周期性地进行反冲、进料、分离、洗涤、甩干、卸料等操作。离心机主机外形尺寸约为4050×2745×2275 mm，配备6个减振支腿，转鼓装料限重1t，配备0.7m厚钢筋混凝土隔振平台板约19t，动荷载约49t，主机功率约142KW，转鼓转速约为950 rpm。离心机的立面示意图及荷载参数详见图1和图2（减震支腿由4个改为6个）。
1.2.3工艺布置条件
根据工艺流程走向及现场已有设备分布情况，且充分考虑离心机设备吊装可行性等综合因素，设备工艺布置条件详见图5。
1.2.4原结构现状条件
经过结构设计师现场踏勘后发现，现场梁尺寸与设计图纸有明显误差，提出需检测核实本次改造关键位置的梁、板、柱尺寸、定位及配筋。经检测，按照《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB50144-2008），混凝土梁构件未出现明显的变形、开裂及渗漏等结构性损坏现象，二层部分钢筋混凝土梁截面尺寸与设计图纸不符，钢筋混凝土梁底纵筋配置与设计图纸相符，框梁支座纵筋未能检测，钢筋混凝土强度等级为C30，与原设计相符。
2结构设计与分析
在以上设计条件下，设计师严格按国家相关标准、规范及企业要求展开设计，确保安全生产、满足工艺生产要求、保护环境和施工经济可行。
2.1 计算模型的选取
经过初步软件建模模拟计算，可发现原设计X向框架梁配筋富余较大，Y向框梁、次梁配筋均无富余，故可初定支撑离心机的主框梁应落在X向框架梁或框架柱上，即采取叠合梁方案。因原设计X向框架梁面纵筋及箍筋均较密集，若采用直接在原有框梁上植筋加高做叠合梁的办法，在原设计框梁仅为350宽的情况下，植筋工作量很大且对原结构破坏较大，经过方案对比，采取稍微抬高离心机支撑框架梁的办法，新建框梁与二层楼面相距仅150mm，采用小截面的钢管混凝土短柱传递剪力至二层原框架梁，形成分开的新“叠合梁”（详见图3），且为了减轻自重，支撑框架不设混凝土楼板，由业主后期在需要的地方用钢楼板铺设，新增两台离心机支撑框架平面布置，详见图6。
2.1 设备荷载的取值
设计师根据设备工艺布置条件（详见图5），结合该项目实际情况和相似工程设计经验，对离心机施工吊装及安装后试运行等各种工况进行多工况模拟计算。
2.1.1使用阶段设备荷载取值
本项目离心机主机功率约142KW，转鼓转速约为950 rpm，动荷载约49t，根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012），建筑结构的动力荷载，在依据充分时，可将设备自重乘以动力系数后，按静力计算方法设计，系数可取1.1~1.3。离心机开机状态下离心力最大，设计师经过与厂家沟通减震器减震效果的情况下，根据隔振平台以上不同位置设备荷载的分布，做到对动荷载尽可能的精确合理模拟，考虑离心状态下滚筒两侧的离心力偶叠加工况及开机完成后最大装料工况下取动力系数1.3的动荷载（详图4）等几种工况。最终经过比较计算，取计算包络结果。加上新增框架梁的自重，新建每台离心机均相当于在原结构上大约增加了约100t的荷载。
2.1.2施工阶段荷载取值
根据规范要求，尚应考虑施工阶段设备吊装及存放位置的荷载工况，进行施工阶段离心机静荷载存放在原有楼面的位置及支撑方式模拟计算，并给出施工指导。
3施工安装及其他
根据《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367-2006),笔者在尽量少破坏原有结构的基础上，选取了架空的叠合梁方案，避免了大面积的植筋工作对原有框架梁的破坏。新建框架梁通过框架柱和原X向框架梁共同承担竖向力，新增的钢管混凝土短柱与原X向框架梁的连接通过少量钢筋连接，解决了短柱模板难施工、抗剪要求高的难点。且根据计算结果，在靠近原框架柱的地方贴原框柱加设钢管混凝土短柱，传递剪力至原有框架梁、柱节点域，充分利用了原有结构形成共同承担竖向力的体系，提高了仅靠植筋与原有柱的连接来传递剪力的安全系数，提高了可施工性及安全性。
4结语
在化工厂房内增加重型设备的改造工程，在通过初步核算可行的前提下，难点就是要通过选取合理方案做到加固补强、提高承载力、增强使用功能，满足新增设备的使用要求，并且不能破坏原有结构。因此，选取的加固方案要以提高加固工程质量、安全可靠、经济可行为根本。对不同的加固方案可采用不同的施工方法和质量评定标准。本文所介绍的厂房内增设动力设备改造项目为化工厂房改造较为典型的常见案例，但每个项目又因为原结构的现存状况及新加设备的大小、放置位置的不同等，会对结构改造设计的计算模拟、方案选取形成不同程度的难点和要求。综合来说，应结合业主使用要求、施工条件、工程造价等几方面要求进行设计。本设计从加固方案，到考虑施工方案及工程造价上，均很好的满足了业主的实际需求。
参考文献：
[1] 混凝土结构加固设计规范 （GB 50367-2006），中国建筑工业出版社，2006
[2] 混凝土结构设计规范 （GB 50010-2010），中国建筑工业出版社，2010
[3] 建筑结构荷载规范 （GB 50009-2012），中国建筑工业出版社，2012
论文作者:石春燕
论文发表刊物:《防护工程》2017年第4期
论文发表时间:2017/7/7
标签：荷载论文; 离心机论文; 设备论文; 框架论文; 厂房论文; 结构论文; 工况论文; 《防护工程》2017年第4期论文;