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摘 要：文章通过工程案例介绍在原有钢结构厂房山墙进行大门开洞改造的设计思路及施工步骤。从施工方便、投资最低等方面选择最优的改造方案。
关键词：墙架柱；托架；抽柱
中图分类号：TU274 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）08-0001-02
随着国家提倡节能减排、绿色建筑以及减少建筑垃圾排放的号召，建筑业的发展已由大规模的新建时期转移到新建与旧有建筑维修、改造、加固并重时期。部分工业企业的旧有技术已阻碍了生产进步，影响了产品质量的提升，也制约着经济效益。而其中某些厂房由于使用功能的改变、生产工艺的改变、设备的更新、或是在原有厂房的基础上，再续建新车间，二者共同来实现新的工艺要求。这就需要对原有厂房的布局进行改造，增加某部分的使用空间，托梁（架）抽柱[1]这项技术能有效的解决扩大柱距这一问题。
1 工程概况
2009年，由我公司承担的抚顺某机械设备制造有限公司（大型螺纹环锁紧式换热器）搬迁扩能改造项目，为新建及搬迁项目，车间全长478.4 m，跨度75 m，檐口高度为28.7 m。主厂房车间建筑面积为46 387.2 m2。该厂房为三连跨排架结构，屋架为轻型钢屋架及钢梁。厂房基本柱距为12 m。其中20 b线至37线交C轴、D轴利用旧有厂房钢柱搬迁，吊车吨位及工作制与旧有厂房相同，因此不需进行新的设计。
厂房平面布置，如图1所示。该厂区原计划分两期建设，1～20 a轴为先建部分，20b-41轴为后建部分。因此在20 a轴线山墙最初设计时，作为临时封闭措施，仅设计了4.5 mx4.5 m的大门。
该厂房下柱、中柱采用钢管混凝土双肢格构柱，上柱均采用焊接H型钢柱。钢材选用Q235B，钢管内混凝土强度等级为C40。厂房外墙采用组合压型钢板，墙面檩条采用冷弯薄壁卷边C型钢，钢材选用Q235B。对于20 a轴临时墙架柱采用双肢钢管格构柱。原设计考虑待20 b至41线建设完成，拆除20 a线的墙面，保证厂房贯通完整。
但是到2010年底，该公司由于资金问题，20 a轴以后的厂房暂缓建设。为了保证容重车间的运输功能，需要在原设计的20 a轴临时墙架中部开设一大门。业主要求即便以后建设20 a轴之后的部分厂房，仍可利用该大门作为两个车间的运输通道，该墙面也不需拆除。因此大门洞口尺寸要尽可能的大，最后定为9 mx9 m洞口，如图2所示。由于该厂房已经投入生产使用，故要求设计时应综合考虑施工方便，施工周期短，不影响厂区生产。
2 设计方案的选取
业主最初的想法是用焊接H型钢换掉新开门洞处被截断的钢管格构墙架柱。若采用业主的建议，施工工程量较大。首先得拆除新开洞口所在位置的全部墙板及墙梁，然后才能换掉已有的墙架柱，最后还需要恢复拆除部分的墙面系统，达不到施工简单、施工周期短的要求。
经过仔细考量，进一步分析，由于新开洞口很大，此部分必须设置相关构件以承载洞口上方相关区域的荷载，且还需考虑如何把要拆除的墙架柱和需要设置的构件结合起来，达到既施工方便、周期又短的目的。
新开洞口两侧的柱距为12 m，若采用设置托梁的设计方案，因跨度较大，则托梁所需的截面会很大，且施工较困难，不好操作。
考虑原有山墙墙架柱在墙面外为双肢格构柱，若采用托架，则构件轻巧，平面外的稳定也容易满足。托架平面外支撑布置，如图3所示，综合评定，此方案能够满足要求[2]。
3 设计计算
对于新增加托架TJ-1承担的荷载以竖向荷载为主，主要为拟拆除洞口上方墙架柱及墙面材料的自重P=40 kN，作为集中力作用在托架跨中。由于墙面荷载左右均匀布置，故托架采用豪克式桁架，使桁架斜腹杆均处于受拉状态，按照《钢结构设计规范》GB50017-2003表5.3.9受拉构件容许长细比取250，若是按受压构件则长细比容许值为150。杆件按受力及长细比控制的截面将比受压状态计算的小很多。构件变形值
3.6 mm<[VQ]=l/400=12 000/400=30 mm
满足规范要求[3]。
经计算，采用托架形式，截面应力也较小，且各项指标均满足结构设计要求。
山墙在风荷载作用下，托架水平支撑计算：由风荷载产生的力FW=17.5 kN，该集中力作用在跨中位置。采用PKPM计算，托架水平支撑在风荷载下的构件应力、节点位移也均满足结构设计要求。
4 节点构造处理
连接节点处理上：①钢管柱与托架采用铰接连接，该连接只向两侧墙架柱传递竖向荷载，不传递弯矩，能充分利用已有钢柱的强度。同时铰接连接施工简单，容易操作。②作为托架中间竖杆的原有钢管柱，由于9 m标高以下部分被切除，此处为开口截面，在托架TJ-1左右下弦杆拉力作用下，容易撕裂。因此在连接形式上采用环形节点板连接，连接节点板为一个整体，对节点处钢柱起到环向约束的作用，避免环向应力过大导致钢管撕裂和柱承载力的下降，试验证明该连接方法具有优越的受力性能[4]，连接节点设计如图3所示。
5 施工步骤
①第一步拆除拟开洞口部分（11.100 m标高以下）的墙板及墙面檩条；
②第二步安装托架TJ-1；托架制作时应预起拱L/3 000；
③第三步现场安装托架间水平支撑；
④第四步截断拟开洞口处的墙架柱；截断处用12 mm钢板封堵端口；
⑤最后恢复多拆除部分的墙面系统。
6 结 语
每个工程都有自己的特点，所以托梁（架）抽柱的方案也应根据实际的工程情况选取。
①本案例中需要拆除的柱子为钢山墙柱，在考虑设置托梁（架）时，综合利用原有柱子，作为新设托架的一部分，结构设计上可行，施工上操作简单。
②由于大部分托梁（架）抽柱的改造工程都安排在厂区设备检修期间，而检修期一般都不会太长，这就需要前期的准备工作都应在停产前准备完成。因该工程中构件均为钢构件、且墙架柱承受竖向荷载有限，在设计时承载力富裕较多，而是以与稳定相关的长细比作为控制指标，因此该案例中托架两侧的钢柱并不作强度加固，而长细比仍然满足现行规范要求。
③为了实施合理的托梁（架）抽柱方案，实现荷载的有效转移，保证截柱过程以及截柱后厂房结构的安全性，托梁（架）抽柱及结构加固施工方案也很重要，因此设计应给出托梁（架）抽柱的施工顺序，确保施工过程的安全性。
参考文献：
[1] 黄慧平.抽柱施工技术探讨[J].建筑科学，2008，（16）.
[2] 吴铁汉，陈岚，袁精玲.厂房改造中大跨度托梁抽柱的设计与施工[J].工 业建筑，2002，（11）.
[3] GB 50017—2003，钢结构设计规范[S].
[4] CECS 230：2008，高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程[S].
关键词：墙架柱；托架；抽柱
中图分类号：TU274 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）08-0001-02
随着国家提倡节能减排、绿色建筑以及减少建筑垃圾排放的号召，建筑业的发展已由大规模的新建时期转移到新建与旧有建筑维修、改造、加固并重时期。部分工业企业的旧有技术已阻碍了生产进步，影响了产品质量的提升，也制约着经济效益。而其中某些厂房由于使用功能的改变、生产工艺的改变、设备的更新、或是在原有厂房的基础上，再续建新车间，二者共同来实现新的工艺要求。这就需要对原有厂房的布局进行改造，增加某部分的使用空间，托梁（架）抽柱[1]这项技术能有效的解决扩大柱距这一问题。
1 工程概况
2009年，由我公司承担的抚顺某机械设备制造有限公司（大型螺纹环锁紧式换热器）搬迁扩能改造项目，为新建及搬迁项目，车间全长478.4 m，跨度75 m，檐口高度为28.7 m。主厂房车间建筑面积为46 387.2 m2。该厂房为三连跨排架结构，屋架为轻型钢屋架及钢梁。厂房基本柱距为12 m。其中20 b线至37线交C轴、D轴利用旧有厂房钢柱搬迁，吊车吨位及工作制与旧有厂房相同，因此不需进行新的设计。
厂房平面布置，如图1所示。该厂区原计划分两期建设，1～20 a轴为先建部分，20b-41轴为后建部分。因此在20 a轴线山墙最初设计时，作为临时封闭措施，仅设计了4.5 mx4.5 m的大门。
该厂房下柱、中柱采用钢管混凝土双肢格构柱，上柱均采用焊接H型钢柱。钢材选用Q235B，钢管内混凝土强度等级为C40。厂房外墙采用组合压型钢板，墙面檩条采用冷弯薄壁卷边C型钢，钢材选用Q235B。对于20 a轴临时墙架柱采用双肢钢管格构柱。原设计考虑待20 b至41线建设完成，拆除20 a线的墙面，保证厂房贯通完整。
但是到2010年底，该公司由于资金问题，20 a轴以后的厂房暂缓建设。为了保证容重车间的运输功能，需要在原设计的20 a轴临时墙架中部开设一大门。业主要求即便以后建设20 a轴之后的部分厂房，仍可利用该大门作为两个车间的运输通道，该墙面也不需拆除。因此大门洞口尺寸要尽可能的大，最后定为9 mx9 m洞口，如图2所示。由于该厂房已经投入生产使用，故要求设计时应综合考虑施工方便，施工周期短，不影响厂区生产。
2 设计方案的选取
业主最初的想法是用焊接H型钢换掉新开门洞处被截断的钢管格构墙架柱。若采用业主的建议，施工工程量较大。首先得拆除新开洞口所在位置的全部墙板及墙梁，然后才能换掉已有的墙架柱，最后还需要恢复拆除部分的墙面系统，达不到施工简单、施工周期短的要求。
经过仔细考量，进一步分析，由于新开洞口很大，此部分必须设置相关构件以承载洞口上方相关区域的荷载，且还需考虑如何把要拆除的墙架柱和需要设置的构件结合起来，达到既施工方便、周期又短的目的。
新开洞口两侧的柱距为12 m，若采用设置托梁的设计方案，因跨度较大，则托梁所需的截面会很大，且施工较困难，不好操作。
考虑原有山墙墙架柱在墙面外为双肢格构柱，若采用托架，则构件轻巧，平面外的稳定也容易满足。托架平面外支撑布置，如图3所示，综合评定，此方案能够满足要求[2]。
3 设计计算
对于新增加托架TJ-1承担的荷载以竖向荷载为主，主要为拟拆除洞口上方墙架柱及墙面材料的自重P=40 kN，作为集中力作用在托架跨中。由于墙面荷载左右均匀布置，故托架采用豪克式桁架，使桁架斜腹杆均处于受拉状态，按照《钢结构设计规范》GB50017-2003表5.3.9受拉构件容许长细比取250，若是按受压构件则长细比容许值为150。杆件按受力及长细比控制的截面将比受压状态计算的小很多。构件变形值
3.6 mm<[VQ]=l/400=12 000/400=30 mm
满足规范要求[3]。
经计算，采用托架形式，截面应力也较小，且各项指标均满足结构设计要求。
山墙在风荷载作用下，托架水平支撑计算：由风荷载产生的力FW=17.5 kN，该集中力作用在跨中位置。采用PKPM计算，托架水平支撑在风荷载下的构件应力、节点位移也均满足结构设计要求。
4 节点构造处理
连接节点处理上：①钢管柱与托架采用铰接连接，该连接只向两侧墙架柱传递竖向荷载，不传递弯矩，能充分利用已有钢柱的强度。同时铰接连接施工简单，容易操作。②作为托架中间竖杆的原有钢管柱，由于9 m标高以下部分被切除，此处为开口截面，在托架TJ-1左右下弦杆拉力作用下，容易撕裂。因此在连接形式上采用环形节点板连接，连接节点板为一个整体，对节点处钢柱起到环向约束的作用，避免环向应力过大导致钢管撕裂和柱承载力的下降，试验证明该连接方法具有优越的受力性能[4]，连接节点设计如图3所示。
5 施工步骤
①第一步拆除拟开洞口部分（11.100 m标高以下）的墙板及墙面檩条；
②第二步安装托架TJ-1；托架制作时应预起拱L/3 000；
③第三步现场安装托架间水平支撑；
④第四步截断拟开洞口处的墙架柱；截断处用12 mm钢板封堵端口；
⑤最后恢复多拆除部分的墙面系统。
6 结 语
每个工程都有自己的特点，所以托梁（架）抽柱的方案也应根据实际的工程情况选取。
①本案例中需要拆除的柱子为钢山墙柱，在考虑设置托梁（架）时，综合利用原有柱子，作为新设托架的一部分，结构设计上可行，施工上操作简单。
②由于大部分托梁（架）抽柱的改造工程都安排在厂区设备检修期间，而检修期一般都不会太长，这就需要前期的准备工作都应在停产前准备完成。因该工程中构件均为钢构件、且墙架柱承受竖向荷载有限，在设计时承载力富裕较多，而是以与稳定相关的长细比作为控制指标，因此该案例中托架两侧的钢柱并不作强度加固，而长细比仍然满足现行规范要求。
③为了实施合理的托梁（架）抽柱方案，实现荷载的有效转移，保证截柱过程以及截柱后厂房结构的安全性，托梁（架）抽柱及结构加固施工方案也很重要，因此设计应给出托梁（架）抽柱的施工顺序，确保施工过程的安全性。
参考文献：
[1] 黄慧平.抽柱施工技术探讨[J].建筑科学，2008，（16）.
[2] 吴铁汉，陈岚，袁精玲.厂房改造中大跨度托梁抽柱的设计与施工[J].工 业建筑，2002，（11）.
[3] GB 50017—2003，钢结构设计规范[S].
[4] CECS 230：2008，高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程[S].