某电厂储煤棚断柱的加固方案与设计

崔宏海 刘晓彬 尹继洁

1 加固工程简介

青岛市某电厂储煤棚为两跨钢筋混凝土排架结构，跨度18 m，柱距7.65 m，屋盖为钢屋架支撑的压型钢板轻钢屋盖。储煤棚为开敞式结构，檐口高度10 m，排架柱采用独立基础，基顶埋深1.2 m。所在地区的设防烈度为6度，排架柱主要承受竖向的屋面荷载，水平荷载较小。储煤棚的两根排架柱由于受到运煤车的碰撞，导致柱的下半部分出现多处局部断裂，裂缝宽度达到1cm～2cm，局部的柱身偏移达到20cm～30cm。柱子破坏后由于钢屋架发生内力重分布，使得结构临时没有倒塌，但是储煤棚的整体可靠性已经极大降低，形成安全上的巨大隐患。如果断柱的损坏程度进一步加剧，或者在某些临时的外部作用(如阵风)的影响下，储煤棚可能会发生连锁破坏，最终整体倒塌，因此迫切需要进行加固处理。

2 加固方案分析

该工程加固施工的危险性很大，施工过程中可能会出现新的不安全因素，破坏结构原有的稳定，极易造成屋架整体的倒塌。考虑到当前结构已经基本稳定，如果在加固过程中将柱拆除，必然会重新改变屋架的内力分布，造成钢屋架局部屈曲，甚至引起屋架的整体坍塌。因此不宜贸然改变屋架的受力状态，应该采取更安全、可行、简便的加固方法。

由于原混凝土柱的材料强度和质量没有问题，因此仅仅加固断裂部位即可。断裂部位考虑利用外包角钢骨架进行加固，外包角钢骨架通过钢缀板和钢夹板与原混凝土柱连接起来，即将断柱重新连接为整体，实现加固。加固要点如下:

1)不需拆除、替换原柱，更安全;

2)断柱可以适度纠正，但不需要严格纠正;

3)角钢骨架与原柱牢固连接，很好地约束断柱，并能完全承受原柱应该承受的荷载;

4)角钢骨架的根部锚固在后浇的基础里面，后浇基础与原基础通过植筋来可靠连接;

5)角钢与原柱的空隙处、断柱的裂缝处进行灌浆处理;

6)角钢进行防腐处理。

3 加固设计

角钢加固的施工详图如图1～图3所示。钢缀板用来将角钢连接固定成受力骨架;钢夹板通过穿透混凝土柱的螺栓与柱连成整体，并与角钢骨架焊接，保证角钢骨架与混凝土柱的整体性。角钢加固过程中利用刚性很大的工具螺栓箍来临时固定和夹紧角钢，并且在螺栓箍的夹紧过程中，可以起到适当纠正断柱的作用。

图1 角钢加固断面图

图2 角钢加固立面图

图3 角钢加固三维示意图

4 加固后验算

4.1 设计荷载

该工程屋面恒载标准值 0.15 kN/m2;屋面活载标准值0.5 kN/m2;基本风压 0.6 kN/m2，粗糙度类别 B 类;基本雪压0.2 kN/m2;抗震设防烈度6度，地震分组第二组，不考虑地震作用。

柱高H=11.2 m，柱的计算高度在平面内外均取H0=1.25H=14 m。计算得到柱的竖向压力设计值最大为N=121.2 kN，风荷载作用下柱承受的最大弯矩为M=13.4 kN·m。

4.2 承载能力验算

选用L100×10的Q235角钢，四根角钢通过缀板连接形成格构柱，并认为该格构柱承受全部荷载作用。

1)轴压承载能力验算。

角钢形成的格构柱:Ix=413252 922mm4，Iy=254080 018mm4;λx=60.5，λy=77.1;λ1=17.8，λ0x==63，λ0y==79.1。由换算长细比查得 φx=0.79，φy=0.69。因此轴心受压情况下的极限承载能力为:

满足要求。

2)压弯承载能力验算。

压弯情况下强度验算:

满足要求。

弯矩作用平面内稳定验算:

此外平面外分肢的稳定性也能够满足要求。

5 加固步骤

根据工程的实际情况和加固设计要求，合理地确定加固施工过程。主要的施工过程如下:

1)加工角钢及缀板、夹板、螺栓箍等配件;

2)利用斜杆适当支撑断柱;

3)开挖断柱处地基，露出原有基础;

4)打磨柱边，安置外包角钢，利用螺栓箍临时固定;

5)通过拧紧螺栓箍或采用其他措施适当纠正断柱，并调整好角钢位置;

6)柱上钻孔，利用螺栓安装钢夹板，并与角钢焊成整体;

7)焊接剩余钢缀板;

8)原基础植筋，浇筑新基础;

9)柱局部损坏处灌浆、注胶等修补;

10)角钢进行防腐处理，完成加固。

实际施工中遇到的具体情况具体对待，适当调整施工方案。

［1］ 戴北山.大吨位钢柱倾斜顶升纠偏技术［J］.工业建筑，2009，39(12):115-117.

［2］ GB 50068-2001，建筑结构可靠度设计统一标准［S］.

［3］ GB 50009-2001，建筑结构荷载规范［S］.

［4］ GB 50010-2002，混凝土结构设计规范［S］.

［5］ GB 50367-2006，混凝土结构加固设计规范［S］.

［6］ GB 50017-2003，钢结构设计规范［S］.