整体顶升大型结构厂房屋面系统抽柱换梁施工技术探讨

钟彪

（攀钢集团工程技术有限公司，四川 攀枝花 617000）

近年来，在配合工艺改进、设备更新和技术改造而对老厂房进行相应的改造工程中，经常遇到整体顶升大型结构厂房屋面系统、抽柱换梁的施工难题，如何以最快的速度、最少的投资、安全可靠完成改造任务、尽早恢复生产是建设单位和施工单位都在研究且亟需解决的重要课题。针对该课题，攀钢集团工程技术有限公司的科技工作者和施工管理人员开展了大量的研究工作和工程实践，总结出了“整体顶升大型结构厂房屋面系统抽柱换梁施工技术”，成功地解决了攀钢钒轨梁厂950生产技术线改造工程中“整体顶升大型结构厂房屋面系统抽柱换梁”施工任务。

攀钢钒轨梁厂950生产厂房建于20世纪70年代，结构老化，屋面系统结构复杂（FG跨厂房屋架为钢结构，GJ跨为混凝土结构，两跨屋盖盖板为混凝土结构）、跨距30m，改造部位的混凝土屋面板重达110t，且厂房净空高度低。改造后的950生产线轧制主线在FG跨，要求矫直后的型钢从轧制主线所在的FG跨的1#、2#、3#、4#柱位置横移过跨至堆场所在的GJ跨。见图1。

改造内容：保留原混凝土屋架及屋面系统时，拆除2#、3#两根混凝土厂房柱及原托架梁，新增一根钢立柱、加固1#柱、更换新托架梁。在新托架梁安装前的所有工作均须在不停产的前提下进行。

1 技术特点

（1）采用柱基预压、承重柱分段制安、移除柱基预压实现新增承重柱安装和屋架荷载有效转移。

（2）不破坏原有屋面系统，搭设新托架梁，实施多点同步顶升，实现载荷平稳、有效、安全地转移。

图1 改造厂房

（3）设计制作专用荷载转移装置，解决屋面系统、屋架系统、托架梁、厂房柱间的荷载转移。

2 工艺流程及操作要点

2.1 工艺流程

前期准备→加固1号混凝土柱、改造柱顶支座→3-4号柱间新增钢柱基础施工→拆除新钢柱位置上方旧行车梁部分走道板→3-4号柱间新增钢柱安装→安装29.5m新托架→荷载转移装置的设计制作与安装调试→屋面系统整体顶升、新旧托架梁之间荷载转移施工。

2.2 操作要点

（1）前期准备。根据工艺路线，做好措施材料、工机具等准备，抽柱施工前期，拆除连接各个厂房柱之间的隔热墙，形成施工通道。

（2）加固1号混凝土柱。1号混凝土上柱（不含牛腿）采用灌胶粘钢加固处理，上柱四角用L125×12角钢反扣，柱体四面用5mm×60mm钢板，间隔300mm布置，柱顶1200mm高处用12mm钢板四面环包，钢结构材料与混凝土柱身注胶粘结形成一体，1号混凝土下柱需将基础加大，下柱柱身及牛腿三面加宽。

（3）改造1#混凝土柱顶支座。1#柱为混凝土结构，新增托架梁与1#柱连接，新增托架梁焊接在原1#柱顶钢结构支座上，由于原支座问题与新托架梁无法直接焊接，需要将支座板上、下翼缘板和立板整体加宽、加筋改造；新增托架梁安装后，将屋盖系统的载荷由此支座板传到1#柱上。

（4）新增钢柱基础施工。新增钢柱安装之前，基础要先形成，钢柱基础采用预留杯口式；因钢柱安装时，柱上方有旧吊车梁、旧托架及屋架，严格控制基础标高；在3#、4#柱间新增钢柱安装之前，拆除钢柱正上方走道板，形成2m×2m的一个安装孔，保证钢柱安装时，能顺利穿入。

（5）安装3#、4#柱间新增钢柱。新增钢柱高14.07m，重约6.5t，下柱为钢管混凝土柱，上柱为制作H型钢。因场地狭小及原有吊车梁和托架梁没有拆除，只能将新增立柱分三段运输到位，现场组对焊接、安装。

（6）安装29.5m新托架。新托架长29.5m，宽960mm，总重22t，由两榀单片桁架和上、下弦杆件形成整体框架。新托架的安装位置在1#柱与新增钢柱之间。新托架安装时，原托架系统暂时须保留，现场施工采用单片吊装到位，待原托架卸载后连接上下系杆的方法进行。在托架单片安装前，需要将托架下弦梁与2#、3#混凝土干涉处上下翼缘板内侧切割，补强切割部位。避免托架下弦与混凝土柱干涉，将混凝土柱两侧混凝土破拆深约50mm，在托架两端与柱连接板的内侧，将上下弦H型钢内侧翼缘板切去600mm。

（7）荷载转移装置的设计制作与安装调试。荷载转移装置设计制作如图2所示。称重传感器安装位置在主千斤顶油缸活塞杆顶端与横梁相接处的位置，重量测量范围0～80t，每个主千斤顶处各一套，采用计算机集中控制；为了保证新托架梁受力均匀和屋面系统同步平稳提升，选用集中供油的一拖九(备用一台)同步80t千斤顶（顶升设备）。

图2 荷载转移装置图

（8）屋面系统整体顶升、新旧托架梁之间荷载转移施工。①荷载转移装置制作安装就位后，将8个80t液压千斤顶分别放置在4套顶升下压的装置上。②在未进行改造的厂房屋面上设置一个沉降观测点，实时监测改造的5个屋面的标高变化情况，荷载转移前在新增托架节点处设置观测点，在屋架顶升时通过水准仪观察各参考点的变化情况。③取出2#、3#柱顶屋架支座底板与混凝土预埋螺栓连接的螺母，去除旧托架梁下玄与混凝土柱预埋件连接螺栓，确保顶升时相关连接件分离。④缓慢启动8个80t的同步液压千斤顶，起升速度为1mm/min，千斤顶启动后，要随时观测相对参考点与支座顶板位置的变化情况；当某一个千斤顶称重显示达到13.85t时，停止该千斤顶的顶升，启动锁紧装置，待全部千斤顶称重显示达到13.85t时，停止顶升启动锁紧装置；监测点对标高变化进行实时检测。1#柱-新增4#柱之间的旧托架梁连同上部整个屋面及屋架系统的载荷重量，经由4组顶升装置传递至新增托架梁上玄从而传递至新增托架梁，托架梁又将上述荷载传递至加固后的1#柱和新增4#柱上，此时，2#、3#柱已无荷载。⑤顶升完成后，仔细检查托架现在的起拱值和各节点的情况，在4个支座节点处用钢板焊接支座横梁，将新托架梁的下玄连接横梁安装焊接到位，至此新托架梁成为整体受力梁。⑥拆除2#、3#柱柱顶混凝土及预埋板；8组千斤顶泄压，速度1mm/min，观察屋架支座与参考点相对位置的变化，传感器显示为0时，荷载转移至新托架4组支座横梁，至此，荷载转移完成。⑦移除千斤顶，拆除上下顶架，拆除1#～4#柱间原托架、吊车梁系统，拆除2#、3#混凝土柱。⑧安装29.5m吊车梁及辅助系统。

3 技术创新点

（1）研究重型混凝土屋架载荷快速转移的施工方法，实现了在不破坏原有屋面及屋面系统结构的情况下，使原屋面载荷平稳、有效、安全地转移至新增钢柱及托架梁上，完成旧厂房改造承重柱及屋架载荷的转移，专利：重型混凝土屋架载荷快速转移的施工方法（ZL2015 1 0012971.2）。

（2）研究承重柱分段施工及屋架载荷转移方法，实现了承重柱及屋架载荷的转移，缩短了施工工期。专利：新增承重柱及屋架载荷转移方法（ZL2015 1 0089331.1）。

（3）研制了一种专用屋面荷载转移装置，有效地解决了在保留大型厂房屋面系统的情况下，拆除支撑柱的难题。专利：用于工业厂房改造及屋架载荷转移装置“ZL2015 2 0017123.6”。

（4）该施工技术具有创新性，填补了国内该施工领域的空白，其整体技术达到国内先进水平。

4 实施效果

2015年，“整体顶升大型结构厂房屋面系统抽柱换梁施工技术”成功应用于攀钢钒轨梁厂950生产技术改造工程中，解决了“保留原厂房混凝土屋架及屋面系统、拆除2#、3#厂房柱、新增一根钢柱实现型钢横移过跨要求”，工期提前15天，该工程获得了“冶金行业优质工程奖”。

2016年、2017年，在攀钢钒公司产品结构优化调整改造项目—旧厂房拆除施工中和攀钢钒公司成品库房检修中也应用了该施工技术，工期分别提前10天和7天，取得了良好的效果。