1 前言

为满足工艺变化要求，已建工业厂房经常会出现由于跨度或柱距不足而需抽柱的情况。依据不同条件，抽柱方法有多种多样，如拆除屋面系统开放施工、托架拔柱、托梁断柱、顶盖安托梁拆柱等等。在莱芜钢铁集团股份有限公司特殊钢厂(简称莱钢特钢厂)中轧车间厂房抽柱工程中，采用了一种刚架托牛腿抽柱新方法，建成后，使用效果良好。

2 工程概况

莱钢特钢厂中轧车间主厂房始建于1970年，三面环山，仅一个出口，厂房剖面见图1。厂房南端原有一小冷床，因生产规模扩大，冷床需进行改造(新设步进式冷床两组)。

图1 厂房A—A剖面图

改造后2^#冷床宽度为9m，超过原厂房6m柱距，因而35轴线中柱需抽掉，要求净空高度2.5m左右，详见图2。由于厂房三面环山，采用拆除屋面系统开放施工方法已不可能，经过考察分析，结合工程实际，拟定采用刚架托牛腿方法。

图2 工程装配图

3 工程设计

3.1 基本思路
因要求净空高度低于牛腿底面，若中柱两牛腿在吊车轨道中心线截面处能够抵抗由于屋面系统荷载、部分柱自重而产生的剪力，则可做两片跨度符合要求的刚架，分别通过两牛腿承托传至该柱上的屋面系统荷载及部分柱自重(由于刚架中心线与吊车轨道中心线重合，故吊车竖向荷载及吊车梁自重直接传至刚架)。待连接可靠后，将下柱在刚架底部截面处截断，在不改变原结构体系的情况下，达到抽柱目的。
3.2 牛腿的抗剪强度验算
牛腿承担屋面系统荷载及部分柱自重产生的剪力，共计520kN。按两牛腿平均分配，每个牛腿承受剪力为260kN。以较小牛腿验算，图3中A—A截面为刚架翼缘边处牛腿。不计A—A截面处钢筋承担剪力，仅素混凝土部分承担剪力为:
V = 0.07fcbh (1)
式中fc ——C20混凝土弯曲抗压强度，5N/mm2；
b ——A-A截面宽度，取400mm；
 h ——A-A截面有效高度，取590mm。
代入数值计算得V为247.8kN，加上包牛腿钢板及牛腿支座承担剪力将远大于260kN，故牛腿抗剪强度满足要求。
3.3 刚架的设计
刚架采用焊接钢板制成，支座按固接设计。受力简图见图4。
P包括传至柱上的屋盖系统荷载、吊车竖向荷载、柱截断后剩余部分柱自重、吊车梁及轨道自重，总计标准荷载值P为1050kN。其中吊车荷载系统是按两跨各两面吊车在最不利位置处运用影响线求得的。计算刚架强度及稳定性时，考虑荷载分项系数及动力系数(P′为1420kN)。计算刚架梁挠度时，按荷载标准值(P为1050kN)。估算截面按两片刚架均分荷载P′计算，弯矩图见图5。整体稳定考虑两片刚架相连。

图3 牛腿抗剪部位示意图

图4 刚架受力简图

图5 弯矩图(单位：kN.m)

据此选定刚架如图6所示，可满足局部稳定及疲劳验算要求。按此刚架截面及挠度计算原则计算，刚架梁最大挠度值V为4.3mm，其中静荷载产生挠度值V-_静为2.5mm，动荷载产生挠度V-_动为1.8mm，吊车运行过程对屋盖系统影响不大。
3.4 钢板包牛腿及牛腿支座设计
因牛腿底面为斜面，需做一平支座与刚架顶面连接，以通过牛腿将荷载传至刚架。钢板包牛腿系做平支座用。钢板包牛腿及牛腿支座设计如图7所示。
3.5 其它
刚架柱脚基础是由原34、36线柱基础加固而成。为使包牛腿钢板与牛腿表面密实，采用了钢板焊接固定后灌环氧树脂的办法。为防止牛腿支座与刚架顶部和屋架与柱顶连接年久失效，采用了增加34-35、35-36线上柱间支撑及在刚架底部使刚架与柱连接的办法。

图6 钢架结构

图7 35轴线柱钢板包牛腿及牛腿支座立面图

4 工程实施

该工程焊接工作量大，质量要求高。开工前，要求施工单位做出详细的施工方案，组织有关方面专家进行多次论证，制定了各种质量监督保证措施。施工过程中，通过合理组织，严格把关，仅用48天就完成了任务。
4.1 主要施工工序
(1)刚架及柱脚制作；(2)做刚架基础；(3)安装刚架柱脚及刚架主体；(4)做钢板包牛腿及牛腿支座；(5)做柱间支撑；(6)试压；(7)连接；(8)截柱；(9)刷漆。
各施工工序可根据施工力量安排交叉进行，不同施工顺序工期不同。
4.2 刚架的制作安装
刚架分柱脚与刚架柱、刚架梁两部分制作,为便于安装就位,梁与柱采用螺栓连接。刚架梁、柱安装前,由于车间内吊车难以通行,采用了在吊车梁上挂倒链的方法进行吊装。
4.3 试压
为避免使用后结构变形过大而扰动原厂房，同时也为了在使用前对结构可靠性进行实际检验，需在截柱前在实际荷载作用位置对刚架进行试压，即施加一相当于使用后实际荷载标准值的预压力，以使结构产生预加变形，实际荷载作用后，仅随动荷载变化而变形，减少对屋面的扰动。施加预压力的方法很多，结合本工程特点，采用了重力加载方法。当荷载加至40%时，加载困难。通过对加载记录的分析(加载记录见表1)，认为实际变形与理论计算值接近，决定采用按理论计算值控制变形(加楔)的办法达到加载目的，这样既省工省力，工期也能加快。实际使用证明，此方法可行。

表1 加载记录*mm

注：表中数据为塞尺读数。

5 应用情况

本工程自1993年投入使用至今，已按设计假定使吊车运行至最不利位置对结构进行检验，原厂房柱顶基本未受扰动。
实际应用证明，刚架托牛腿抽柱方法具备以下特点：(1)设计思路清晰，受力明确，不改变原结构体系。(2)可在不停产或少停产的情况下进行。不停产时仅对吊车滑线加以保护即可施工。(3)工期短。本方法现场作业量小，若工序组合合理，可在较短工期内完成。(4)造价低。与拆除屋面系统开放施工等方法比较，造价大大降低。(5)适应性广，具有一定的推广价值。本方法刚架跨度可以变化，吊车吨位可大可小，只要净空高度满足要求，对中柱拆除均可采用。