工业厂房混凝土框架结构加固改造设计

孙磊

摘要：工业厂房的框架结构的加固改造设计，是对已建成厂房的一种维修护养，是为了更好的满足企业生产的要求。在我们加固设计之前，要对厂房原有的设计机构进行充分的测量、分析和相关数据的计算，在此基础上我们才能更好的了解已建成部分的机构状况及荷载分布等，从而为加固方案的确定提供相关设计指数。

关键词：工业厂房 混凝土框架结构 加固改造设计

中图分类号：TU37 文献标识码：A

一、混凝土框架结构

我国的工艺厂房一般由屋盖、柱、吊车梁、制动梁以及各种支撑和墙架组成，在这种厂房中，其框架结构主要有横向框架、屋盖结构、支撑体系等。

横向的框架结构由柱及其所支撑的屋架或者屋盖组成，它通常是单层厂房结构中的承重体系，所承受的主要是其自重、风雪等产生荷载以及吊车横向与竖向的荷载，并负责实现该种荷载向基础的传递。屋盖的结构承担横梁、托架等屋盖结构所产生的荷载。支撑体系，在单层厂房中与柱、吊车梁等组成一个纵向的框架，并且能够使承重体系中的个别平面结构形成一个空间的整体结构，以保证单层厂房结构所要求的刚度及稳定性的要求。

二、混凝土框架结构设计相关问题

由于工业厂房的应用条件不同，其设计时所应考虑的因素也会有所不同，具体而言工业厂房的框架结构设计主要有以下几种：

一是框架支撑体系。它是将支撑体系中横向部分设计为钢接框架，将纵向部分设计成柱形支撑体系，用柱间的支撑来抵抗水平的荷载。该种框架结构能够实现成本的结构，但是柱间的支撑可能会对使用产生影响，这种结构在一些横向结构较短、横向较长的厂房中应用较多。

二是框架体系。它是把厂房的纵向和横向均设计成钢接框架，没有柱间支撑体系。这种结构在应用时能够不受空间的影响，但是施工时要采用截面的形式，会带来原材料使用量的增加。

三是混合支撑体系。即钢架和支撑的混合，它能够有效减少柱的纵向弯矩同时也会有刚度等的要求，在保证楼面刚度符合支撑的要求，实现柱间支撑的作用。

在工业厂房混凝土结构设计时应该遵循一定的原则，保证该种结构设计能够满足工业生产的要求，同时又能够实现建设成本的有效结构，保证有限空间和成本范围内厂房空间最大化设计及高效施工的实现。具体设计时，应该从长远发展的角度出发，既要满足当下企业发展的需求，又要为企业日后的发展留有充分的余地。混凝土结构的设计要在经济实用的基础上，保证框架结构设计的有效性，保证其结构设计的合理，其保证整个框架结构能够满足一定刚度和抗震能力的要求。

例如某铁路局档案馆大修改造工程，原建筑物使用功能不能满足现有档案馆使用要求，需进行新建或者改造已满足建筑物使用功能，满足单位的正常生产生活要求；但考虑原址新建需报国家立项审批等复杂程序，故于原址改造加固处理满足单位功能使用。该工程为主体7层局部8层框架结构，对其分为基础及主体加固两部分，基础使用静压力钢管桩，于原承台周围布置钢管桩，后在承台钻孔植筋使承台与钢管桩结为一体，起到加固效果。主体由底至定框架柱四边均包角钢加固处理，框架梁植筋加大截面，满足荷载要求。原址加固既节省工程时间，又不造成工程环境污染及浪费，为最佳施工方案，在以后工业民用建筑中可广泛应用。

三、工业厂房加固改造的设计

通过上文，我们了解了工业厂房混凝土框架结构及其设计的相关问题，但是在实践中，我们会发现在一些厂房投入使用后由于混凝土结构的强度不足，延展性较差等原因导致其使用功能和安全性等方面无法达到现有的要求，对已建成厂房的加固改造成为一种必然。该种加固改造的实现，要在混凝土框架结构设计的基础上，综合运用建筑新技术等进行加固改造设计。

工业厂房混凝土结构的加固改造设计，要从厂房的具体情况出发，根据厂房现有的混凝土框架结构，分析其桩基础等结构，综合考虑厂房的配套需求，进行综合改造，在保证其原有用途的同时实现厂房新功能的增加。

对于加固方案的确定，要依据原框架结构的相关计算资料，并结合施工时工业厂房现实所要承受的负荷等因素确定相关加固要素，在无法获得原有计算资料的情况下，便要通过现场的测量和计算来确定相关要素和基数。按照改造后的厂房荷载，以现行设计规范作为基础，对于荷重所涉及的框架进行相关系数的计算分析，将计算结果以表格形式呈现，并且分析相关内力组合等。活载、风载等和永久荷载组合，实现对梁柱的内力控制，而对于地震作用的组合则不起控制的作用；对于框架中的柱配筋数值小于原数值的，即受力方向原框架柱配钢筋便可以满足该种需求。通过对框架梁其控制作用的组合数据及原框架梁所允许承载力的比较分析，可以确定工业厂房框架结构中所要加固的部位，及其钢筋结构间距等细节问题。

根据比较分析的结果，我们可以选择增大截面实现加固的或者通过外包钢来实现加固。前者是通过使用与已建成部分同种材料的钢筋混凝土来增加其构件的厚度和截面面积，从而提高混凝土结构的承载力并且满足厂房正常使用的要求。该种加固方法施工相对简单，适用的范围较广，能够有效的实现梁、柱、板等结构的加固需求，但是该种加固方法施工时需要水湿原有建筑面，工作量相对较大，并且其养护的期间较长，对于厂房的生产作业会产生一定的影响，此外，截面的增加也会对厂房的外观结构和房屋的净高产生影响。后者是用型钢等材料外包在混凝土构件的四周或者两角以实现加固，该种加固方法可以根据具体施工方式的不同分为干式加固及湿式加固两种。其施工相对简单，现场的工作量相对较少，且具有工期短，加固结构受力可靠等特点，在增大截面加固方法不适用的构建部位可以使用；就外包钢加固自身而言，干式加固施工相对简单而湿式加固的效果更佳。

工业厂房的加固改造要进行科学合理的设计，在进行设计之前，要对加固的结构进行充分的了解和科学的分析。对于加固结构而言，是一种二次受力结构，原结构已经载荷受力，并且新增加的部分在加固后并不是立即分担原机构的荷载，而是在新增荷载下才会开始受力，因此，整个结构在其后的二次载荷过程中新增加部分的应力、应变始终滞后于原结构的累计应力、应变。当原结构达极限破坏时，新加部分的应力、应变可能还达不到自身的极限状态，其潜力得不到充分发挥。此外，加固结构部分作为一种二次组合结构，其与原结构间会存在一种整体工作受力的问题。整体结构的受力关键点在于结合面的构造及其处理和施工方法，结合面混凝土粘结强度低于其自身的强度，会使这样一种二次组合结构的承载力小于一次性整体浇注结构的承载力。这样一种承载力上的差异，使得我们在加固改造的框架结构设计时，便不能完全依照普通结构进行设计，而应该按照相关技术规范和国家标准进行相关计算和具体设计。

加固改造设计中的计算，要考虑刚度分配系数和外力因素的影响，通过对原有混凝土框架结构中相关加固点的受力刚度数值化的分析和计算，来确定外包钢的框架结构强度等具体数值。并且通过外力分配系数的计算，来确定加固设计所需要的材料刚度及结构形式。根据加固方案的不同，有针对性的进行计算分析，通过数值化的分析来确定相关技术指标，为具体加固改造设计方案的确定提供基础，而这也为加固工程的顺利开展提供了保证。

四、结语

对于加固设计方案的选定，要将各种可能的影响因素均予以考虑，并且进行施工可行性等的分析，以选择最优的加固设计方案。在设计的过程中，应该注意一些细节问题的处理，熟练的运用相关规范，并且从整体结构的角度出发，设计出科学合理的加固改造方案，以保证厂房加固改造施工完成后能够更好的满足企业生产和发展的需求。

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