一、工程概况
冶炼车间结构形式为等高二跨排架结构，跨度12.0+16.0m，柱间距6.0m，总长度96.0m，17榀排架。轻钢结构屋盖，变截面工字钢屋面梁，C型檩条，压型钢板夹心板屋面，钢筋混凝土柱，外墙为砖砌体有梁体系，天然地基独立杯型基础。车间原来设置二部10吨中级工作制桥式吊车，改造需要增设20/5吨重级工作制桥式吊车。
二、工程地质条件
场地地貌为长江河漫滩。地基土除素填土外，分布有第四系全新统长江冲积形成的粉质粘土夹粉土、粉土夹粉砂、粉砂夹粉土、粉砂，深部为第四系上更新统冲积土层。
三、需要解决的问题
新增20/5吨重级工作制行车，可能带来以下问题：
1、原有吊车梁承载能力不足，或加固或更换；
2、原柱刚度较弱，柱承载能力与刚度可能不足，需要加固；
3、基础承载力或基础结构配筋可能不足，需要加固。
四、设计条件
（1）车间在生产过程中不排放侵蚀性气体和液体，生产环境的温度低于60°，屋面无积灰荷载，修建在非寒冷区，环境类别为一类。
（2）基本雪压为0.35KN/m2，雪荷载准永久值系数分区为Ⅲ区。
（3）基本风压为0.40KN/m2，地面粗糙度类别为B类。
（4）抗震设防烈度为7°，设计基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第一组。
（5）车间AB跨内二部10吨中级工作制行车，BC跨内二部20/5吨重级工作制行车。
（6）原主体结构设计年限为50年，结构安全等级为二级，结构重要性系数1.0，车间抗震设防分类为丙类建筑，地基基础设计等级为丙级。
（7）本次改造加固设计后续使用年限暂定为30年。
（8）根据岩土工程勘察报告，车间所处地段为建筑有利地段，场地地势平坦，场地类别为Ⅱ类，基础底面埋深1.5m，地基持力层为粉质粘土，承载力特征值80Kpa。
（9）屋面做法：压型金属复合保温板，钢板板厚0.6mm，保温绝热材料为聚氨酯，厚度80mm，自重标准值0.16KN/m2。
（10）车间维护墙，采用粘土砖砌体，墙厚240mm，外墙水泥砂浆贴瓷砖，厚度20mm，内部抹灰涂料，厚度20mm，设三道圈梁。
（11）车间钢筋混凝土排架柱及山墙抗风柱均为工地预制混凝土构件，混凝土强度等级C20，钢筋主筋采用HRB335，箍筋HPB235级。
（12）车间柱下独立基础为工地现浇混凝土杯型基础，混凝土强度等级C20，钢筋采用HRB335级。
五、排架结构分析
1、吊车荷载
本次改造业主采用河南合力起重机械有限公司生产的QDY20/5-L16.5 -A7型行车，主要技术参数如下：
吊车型号 | QDY20/5-L16.5-H12-A7 | 起重量Qmax（吨） | 20/5 | ||
吊车跨度Lk（mm） | 14.5 | 轮数 | 4 | 总轮距W（mm） | 5500 |
轮距W1（mm） | 2000 | 轮距W2（mm） | 1500 | 轮距W3（mm） | 2000 |
桥架宽度B（mm） | 6100 | 轮边距（B-W）(mm) | 300 | 最大轮压Pmax（KN） | 155 |
最小轮压Pmax（KN） | 32.6 | 工作制 | A7 | 生产单位 | 河南合力 |
20/5吨行车二台 | 吊车竖向作用标准值Dmaxk（KN） | 619 | 吊车竖向作用标准值Dmink（KN） | 176 | 单侧水平荷载标准值Kk（KN） | 13.6 |
10吨行车二台 | 吊车竖向作用标准值Dmaxk（KN） | 226.2 | 吊车竖向作用标准值Dmink（KN） | 30.2 | 单侧水平荷载标准值Kk（KN） | 9.1 |
2、屋面荷载
屋面板0.16KN/m2，檩条及拉条自重0.10KN/m2，屋架悬挂管道荷载标注值0.1KN/m2，变截面工字钢梁自重标准值0.8KN/m，雪荷载0.35KN/m2，屋面均布可变荷载0.5KN/m2，作用于柱顶荷载：
柱名 | A柱 | B柱 | C柱 |
恒载轴力标准值Ngk（KN） | 17.26 | 40.28 | 30.21 |
活载轴力标准值Nqk（KN） | 18.05 | 42.11 | 31.58 |
作用点距上柱中线偏心距（mm） | 50.0 | 0.0 | 50.0 |
恒载弯矩标准值Mgk（KNm） | 0.86 |
| -1.51 |
活载弯矩标准值Mqk（KNm） | 0.90 |
| -1.58 |
3、风荷载
柱名 | A柱 | B柱 | C柱 |
女儿墙左风集中荷载W2k（KN） | 8.41 |
|
|
女儿墙右风集中荷载W2k（KN） |
|
| -8.41 |
柱左风标准值w1（KN/m） | 2.07 |
| 1.29 |
柱右风标准值w2（KN/m） | -1.29 |
| -2.07 |
4、排架分析结果
柱名 | A柱 | B柱 | C柱 |
原柱截面 | 350*600 | 350*600 | 350*600 |
原柱配筋（mm2） | 1360（4Φ20） | 1360（4Φ20） | 1360（4Φ20） |
10吨行车复核柱配筋（mm2） | 1520（4Φ22） | 1520（4Φ22） | 1520（4Φ22） |
20吨行车复核柱配筋（mm2） | 2981 | 2101 | 2649 |
20吨行车复核水平位移（mm） | 10.9（1/736） | 10.2（1/784） | 11.2（1/712） |
分析结果 | 原柱刚度与配筋均不满足，而且相差较大 | ||
5、吊车梁分析结果
原来吊车梁为H600*220*8*12，满足10吨行车要求，但无法承担20/5吨行车需要。
跨中最大竖向弯矩标准值Mpmax（KNm） | 535.6 | 跨中最大竖向弯矩设计值Mpmax（KNm） | 841.0 |
跨中最大水平弯矩标准值Mmax（KNm） | 11.5 | 跨中最大水平弯矩设计值Mmax（KNm） | 75.2 |
最大剪力标准值Qmax | 436.0 | 最大剪力设计值Qmax | 686.0 |
最大正应力（MPa） | 631.0 | 最大剪应力（MPa） | 176.0 |
验算结论 | 吊车梁抗弯与抗剪均无法满足要求，而且相差较大 | ||
6、地基基础分析结果
原来基础为天然地基独立基础，地基承载力特征值仅80KPa。考虑原厂房建设使用至少10年，原地基承载力可以提高10-15%，即可以按特征值90KPa考虑新行车基础验算，深宽修正后地基承载力设计值按100KPa考虑。
柱名 | A柱 | B柱 | C柱 |
柱轴向荷载标准值Nk（KN） | 308.0 | 899.0 | 694.0 |
围护墙荷载标准值Ngk（KN） | 179.0 | 179.0 | 179.0 |
基础覆土自重G（KN） | 252.0 | 315.0 | 252.0 |
荷载总计N+G（KN） | 739.0 | 1393.0 | 1125.0 |
地基承载力f（KPa） | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
计算基础面积A(m2) | 7.4 | 13.9 | 11.3 |
原基础面积A（m2） | 8.4 | 10.5 | 8.4 |
相差面积（m2） | 0.0 | 3.4 | 2.9 |
相差荷载（KN） | 0.0 | 377.3 | 285.0 |
相差幅度 | 0.0 | 32.5% | 34.5% |
六、结构构件加固或更换
1、柱加固
经验算，柱的侧向刚度与承载能力均不能满足要求，而且相差较大。所以采用扩大截面法加固。中柱采取四面围套方法，边柱采取三面围套方法。
2、吊车梁加固或更换
原有吊车梁承载能力相差较大，提供两个方案，一是拆除更换新的吊车梁，另一种是将原有吊车梁拆下后到工厂二次加工加固。考虑目前钢材价格便宜，而人工费较贵的特点，二者费用不差上下。建议优先考虑更换吊车梁。
吊车梁处置 | 型号 | 重量（kg） |
更换吊车梁 | H900*500*14*250*14*10 Q345 | 1075.0 |
原来吊车梁 | H600*220*14*220*14*8 Q235 | 533.0 |
加固吊车梁 | H900*（500*12+220*14)*(250*12+220*12)*10 Q345 | +485.0 |
方案一：更换吊车梁
方案二：加固吊车梁
3、基础加固
原独立基础面积不足，截面配筋不足，相差30%以上，需要对地基基础加固。建议采用锚杆静压预制混凝土小方桩方式加固，小方桩截面200*200，单节长度2.5m，硫磺胶泥截桩，计划桩长15.0m，预估单桩承载力150KN。每个基础增设2根桩。
八、预估时间
（1）锚杆静压桩：25天
（2）柱加固：35天
（3）吊车梁：15天
（4）恢复：5天
综合工期预估40-45天