某电厂烟道框架结构改造设计简述

虞莹 李翠娥 孙玺玺 姚育华

(杭州北高峰电力工程设计有限公司,浙江杭州 310007)

某电厂烟道框架结构改造设计简述

虞莹 李翠娥 孙玺玺 姚育华

(杭州北高峰电力工程设计有限公司,浙江杭州 310007)

简要地介绍了,因工艺生产需要,受场地、环境限止,一个大跨度多层框架被改建成体形复杂的高层不规则框架,所遇到的一系列问题。

多层框架体系 高层框架体系 极不规则结构 钢烟囱的设置方案 钢框支撑体系 新旧基础整体发挥作用 施工顺序必须遵循由下而上的次序

1 工程概况

本工程为某电厂环保脱硫改造工程项目的烟道支架改建工程,因受场地限制,工艺根据建设方要求,只能在已支承着生产仍需要的旧有烟道的框架体系之上,再布置一个新增的烟道,而原框架体系实为17．45m大跨度砼框架结构(参见图一)。

此外还要求在其上架设直径为7m的临时钢烟囱,使框架结构的总高度达到52m(钢烟囱顶标高为60m)。也就是要将原来一个多层框架体系(原设计按老规范属多层框架)扩建为一个高层框架体系,工程当地抗震设防烈度为6度,改建后的结构体系,对抗震设计而言,成了极不规则结构一类的体系。经详细分析、研究后,决定上部新增的结构体系采用钢框支撑结构体系。

对原下部砼框架结构体系也相应增加了必要的钢支撑,对原下部砼框架结构体系中的梁、柱构件,以及原基础,则依据分析、计算情况,按满足高层建筑规范各项要求进行加固或改建,最终形成了如图二的结构体系。

图一

2 设计过程中遇到的主要技术问题和处理情况

(1)临时钢烟囱的设置方案,在烟囱设计中结构主要需解决的是因承受水平荷载引起的稳定、及强度问题。钢烟囱规范推荐的是独自落地的塔架式、自立式及拉索式。但在本工程中均无条件实施。因此采用了工业厂房中常用的由楼层梁支承设备的方式(即视临时钢烟囱为一个大型设备安置在楼层上),但这样,就不得不考虑到原来作用在烟囱体上的水平荷载,转传到楼层的支承梁(包括只对临时钢烟囱起水平控制作用的梁)及上部钢框架上的情况,就是支承钢烟囱的楼层梁还必须验算其在水平方向也同时受较大荷载时的受力状况(因而局部构件要人工验算)。这就是,最终在上部钢框架中要局部采用箱形截面梁和较普遍地设置柱间钢支撑的重要原因。

(2)新扩建加高的结构体系的确定。为了尽可能减少新增结构的自重、保证上部框架在各类荷载组合下的空间整体稳定、减少层间位移和符合高规各项技术数据限值的要求,后增的上部结构,采用的是钢框支撑体系。与其他的钢结构中支撑一样,竖向和水平支撑的布置时,充分考虑了结构体系受力变形时定性分析的状况。框支体系电脑程序分析计算的过程及结论,也体现了所布置的支撑在本工程中起着关键的作用。应该指出,支撑的最终布置是在分析计算过程中不断调整、改善才得到的成果。

(3)原有下部砼框架的改造及加固。由于原框架结构是柱距为17．45m的大跨度砼框架结构,原内部空间已布满了烟道等设备,没有条件另外增加直接支承于地基的新柱。在新的结构体系中为增强侧向刚度,改善原梁、柱的受力状况,必须增设柱间斜支撑,并依据数十次的验算、分析、不断的调整的方法,以及依据各构件自身状况分别采用加大截面、外包钢等不同方式给于加固,局部位置的柱作了加高、甚至要改造成剪力墙,才使此工艺生产布置所依托的改建结构方案具有实现的可能。

图二

(4)基础的加固。原勘察资料表明本工程所处的地质状况尚好,勘察提供的地基承载力特征值为200kpa。下层也不存在软弱土层。原工程采用的是天然地基,原柱基都为独立柱基。考虑到原工程已使用多年,可以考虑采用修正后的地基承载力特征值。据此,除了原基础在上部改建后,在新增荷载下,经复核验算能满足要求的柱基础维持原有状况外,分别采用了将原独基扩大、增加地梁连接、合并改建成有大地梁的条形基础等方式。这中间包含着我们的积极期望,即实施新旧基础整体发挥作用的意图(参见图三示意)。这里特别要指出基础扩建时的构造措施(包括插筋)要充分体现新增荷载后,将尽可能由柱体直接通过扩大后的新砼整体基础传到地基的意图。

(5)施工顺序必须遵循由下而上的次序,不应上、下同时施工,以使新增荷载同时支承于下部已加固构件的全断面上。同时对参与施工的人员和施工的质量的要求,应制定比一般正常全新工程从严、从高的准则。

图三

3 结语

总结以上情况,可见要实施这样一种极不规则的扩建结构方案,虽然是可能的,但是,无论在经济上、人力上、物力上都是要付出大代价的,也就是用上述的代价才能换取空间的利用。

另外,我们认为,如遇类似改建工程必须全面仔细分析、谨慎判断,有条件时宜另觅方案。因为这种改建不仅给施工带来较大难度(从而有可能产生质量隐患),工期也相对会长。从经济角度讲也并不一定存在巨大利益空间。