浅谈旧工业厂房加固改造

摘要： 工业厂房因勘察设计和施工的失误，非正常使用、荷载众多且使用环境恶劣等因素的影响，结构体系的承载力降低，严重影响结构的安全使用。厂房的改建比新建节约资源，且回收投资的速度快，使得结构加固工作变的尤为突出。本文结合湘潭市电机股份公司车间厂房的工程加固实例，并根据笔者多年来的工作经验，指出了旧工业厂房存在的主要安全问题及加固特点，为实际工程合理的选择加固方案提供参考。

Abstract： The bearing capacity of the structural system of industrial buildings is reduced because of the faults of prospective design and construction， the non-normal application， the heavy load， and the harsh application environment， and as a result， the safe usage of the structure is seriously affected. Reconstruction of the factory buildings saves more resources and recyles the investment much faster than building a new one， which distinguishes the structure reinforcement work. This paper takes the workshop project reinforcement of Xiangtan Electric-al Motor CO.， LTD as an example， and on the basis of the author"s working experiencees， this paper points out the main security problems and reinforcem-ent characteristics of the old industrial buildings， and provides references for the choice of reinforcement scheme in practical project.

关键词： 旧工业厂房；结构加固；安全问题；改造特点

Key words： old industrial factory buildings；structural reinforcement；security problem；rebuilding characteristics

中图分类号：TU746.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）12-0069-03

0 引言

近代建筑业的发展可以划分为三个阶段，第一阶段为大规模新建时期，这一时期建筑的特点是规模大，但是标准较低；第二阶段是新建与维修加固改造并重时期，在此阶段，新的建筑不断建设，过去的建筑需要维修和加固；第三阶段是现代化加固改造为重点的时期，由于昂贵的拆建费用以及对生活生产秩序和环境的严重影响，阻碍了新一轮的新建高潮，使得见效快、投资少的现代化加固改造不断发展。到1990年，美国用于建筑物维修和加固上的投资已占到建筑总投资约50%，英国为70%，德国为80%。在我国，统计数据显示，“一五”期间，用于改造资金仅相当于同期基本建设投资的4.2%，“三五”期间则达到27%，“四五”则为31.7%，“七五”期间增长到了54%，从数据的变化可以看出，国家用于旧建筑物的维修和加固的费用将逐步增加，特别是工业建筑。

工业厂房作为生产的基础设施，在建国初期建造的多数厂房陆续进入老化期，严重阻碍了生产的进步，限制了生产的发展，因工厂拆建费用高，这些旧厂房仍在使用。但大部分厂房存在安全问题，如出现大块混凝土掉落的伤人事件。根据统计资料显示，改建比新建可节约40%，缩短工期约50%，回收投资的速度比新建厂房快3～4倍[1]。为了维持正常的生产和节约资源，促进国民经济的快速发展，对旧工业厂房进行结构加固日益成为土木界的研究热点。

1 旧工业厂房存在的主要安全问题

经过调查研究及查阅相关文献资料，发现旧厂房主要存在以下安全问题：

①设计时，注重节省，其承载力富余较少，结构安全系数较小；

②由于当时施工条件的限制，浇筑混凝土的强度往往达不到设计强度，或强度离散性较大，使得结构安全系数进一步下降；

③混凝土构件在长期使用过程中，因风化和破损较为严重，导致构件有效截面面积减小，露筋和钢筋锈蚀，最终使得构件承载力降低；

④钢结构构件及连接件锈蚀，严重影响结构的承载能力；

⑤在使用过程中，由于实际荷载相对于设计荷载有所改变（如吊车起重量增大），引起结构承载力不能满足要求；

⑥混凝土屋面板风化严重，引起露筋及混凝土块掉落的现象；

⑦地基承载力不满足要求，引起基础下沉，房屋开裂；

⑧由于温度应力引起围护砖墙开裂；

⑨由于钢吊车梁截面太小，在吊车运行时会引起过大的振动，影响吊车的正常使用。

2 旧工业厂房改造的特点

经过调研发现，旧工业厂房改造的特点如下：

2.1 工期短。旧厂房加固改造的工期受到严格限定，一般需大修改造的车间，都是产值高，生产任务多，大多数旧厂房的改造不能停产，即要求边加固边生产。即使能停产，时间也非常短，因此加固改造所用时间越短越好。

2.2 设计施工难度大。原厂房有旧设备、旧管线、吊车等设施，加固改造时，许多设备不能移动，工作空间有限，大多数情况只能依靠小型机械施工。安全性要求高，许多设备非常贵重和精密，注意防火及高空坠物。故设计及施工前，需多次深入到现场仔细观察记录，制定出切实可行的设计和施工方案。

2.3 加固前要对原结构做检测。厂房使用时间长了，混凝土会出现碳化现象，钢屋架及钢筋会锈蚀，预应力混凝土的预应力会下降等，导致原结构及构件可能不安全，故设计前要做检测，检测资料是加固改造的基础资料。

2.4 按新规范加固改造。规范几年要修订一次，新规范更严谨，更安全，也更全面，旧厂房加固改造时要注意执行新规范。

3 实例

3.1 工程概况 湘潭电机厂线圈车间单层厂房，建于1971，跨度18米，长度84米，柱距6米，钢屋架，厂房为无檩体系，上铺大型屋面板，混凝土排架柱，原设计为预应力混凝土吊车梁，使用了30多年之后，改成了钢吊车梁，厂房主要生产电机产品。原厂房吊车为15吨，要求改造后厂房吊车的起重能力达到30吨。经过现场对厂房的基础、柱子、屋盖系统、墙体等进行结构检测，鉴定结果表明必须对该工程进行结构加固。

3.2 结构检测

经现场测量和检测，结果如下：

①对结构平面尺寸及梁柱截面尺寸采用米尺进行测量，结果表明厂房结构平面布置与构件尺寸基本符合设计要求。

②钢筋混凝土构件混凝土抗压强度钻芯取样法检测，如图1所示。检测中采用钻芯法取样，然后加工成试件在实验室内进行单轴压缩实验，如图2所示，确定混凝土的抗压强度，对原结构的混凝土强度做出正确的评价。混凝土抗压强度检测结果表明：柱混凝土立方体强度标准值为20.8Mpa，满足原混凝土设计强度值（原设计混凝土为200号）。基础混凝土立方体强度标准值为19.3Mpa，满足原设计强度要求。

③柱混凝土碳化深度最大值为16mm，小于混凝土保护层厚度。

④配筋情况的检测。钢筋仪探测结果显示构件内部配筋情况符合设计要求。

⑤排架柱变形和裂缝的检测。垂直度检测结果中，柱顶偏移最大值为18mm，符合国家现行规范规定，后期因吊车荷载加大，经验算原柱不满足承载力要求，排架柱需加固。

⑥原钢吊车梁按15吨吊车设计，吊车起重量增加至30吨后，对吊车梁的强度、刚度、稳定性、疲劳等进行了验算，验算结果表明吊车梁需要加固。

⑦屋架挠度测定。测量结果满足《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）的规定。由于原有钢屋架暴露在空气中，且使用年数较久，尽管厂方对钢屋架定期进行防腐防锈处理，但车间内含有大量的水蒸气，钢材的锈蚀是不可避免的。经现场实地观测，屋架上下弦杆及腹杆均有不同程度的积灰现象，灰尘清除后，暴露出钢材锈蚀现象，其中上弦和腹杆锈蚀情况不严重，下弦锈蚀的最严重。根据锈蚀程度不同，考虑构件截面的削弱，必须有针对性的采取加固措施，屋盖支撑是按旧规范设计的，规范已修改多次，故应按新规范增加屋盖垂直及水平支撑。

⑧屋面加固。因厂房使用年数较长，大型混凝土屋面板有一部分碳化较严重，屋面板板缝内掉灰，板局部有小块混凝土掉落的现象，对厂房内的生产工人造成安全威胁，故须对屋面板进行加固。

3.3 结构验算分析 根据现场检测结果和原厂房的结构施工图，采用PKPM2010结构设计软件对该厂房进行结构验算，结果如下：

①混凝土排架柱的上、下柱的截面配筋均不满足承载力的要求，柱纵筋和箍筋的布置不符合《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）的构造要求；

②排架柱牛腿的截面尺寸、配筋均不满足现行规范设计要求；

③因吊车起重量由原来15吨增至30吨，导致钢吊车梁和混凝土基础均不能满足承载力要求。

3.4 可靠性评定 依据《工业厂房可靠性鉴定标准》（（GB J144-90））[2]，对该厂房进行可靠性评定。

按照规范要求，对该厂房进行结构布置及支撑系统、承重结构系统、围护结构体系等三个方面十几个子项进行可靠性评级。其中，结构布置及支撑系统基本合理，评定为B级；承重结构系统项目评定为C级；围护结构体系评定为B级。可靠性综合评级为三级，可靠性不符合国家现行标准和规范要求，影响正常使用，个别项目必须立即采取加固措施。

3.5 结构加固措施 鉴于以上检测及可靠性评定结果，制定该厂房加固改造方案如下：

①基础加固。因吊车吨位增大，荷载增加，故须加固混凝土基础；

②排架柱承载力不满足要求。部分柱出现局部钢筋外露的现象，采用外包钢加固柱子；

③钢吊车梁加固方案。在原吊车梁的上翼缘用结构胶粘贴8mm厚的钢板，再用高强螺栓连接。在吊车梁的下翼缘增加“工”字形梁来扩大吊车梁的截面，采用结构胶和高强螺栓进行连接，以提高吊车梁的强度和刚度；

④屋架加固方案。钢屋架暴露在空气中，钢材锈蚀，根据锈蚀情况，对上弦及腹杆仔细清理灰尘和浮锈，刷一道防锈漆，再刷面漆。对于下弦仔细清理灰尘和浮锈，焊接两根L80X5角钢进行加固，刷一道防锈漆，再刷面漆二道，同时增加屋盖垂直及水平支撑；

⑤屋盖系统加固方案。清理板缝并将破损部分表面混凝土和浮渣清除干净，用聚合物砂浆修补平整，屋面板采用双向粘贴碳纤维布加固，双向碳纤维布由200g/m2单向编织碳纤维布粘贴而成。板纵肋和横肋采用3mm厚的钢板粘贴加固。

4 结论及展望

旧厂房使用时间较长，在加固之前宜做全面的结构检测，对厂房的整体乃至每根构件的结构安全必须做到心中有数。旧工业厂房加固的方法较多，必须仔细比较，本厂房采用扩大法加固基础，采用外包钢方法加固厂房排架柱，可以在车间不须停产的情况下进行加固施工，深受用户欢迎，本厂房加固改造后使用情况良好。

参考文献：

[1]张鑫，李安起，赵考重.建筑结构鉴定加固改造技术的进展[R].济南：中国力学学会结构工程专业委员会、《工程力学》编委会等单位联合主办，2010.

[2]中华人民共和国国家标准.工业厂房可靠性鉴定标准（GB J144-90）[S].北京：中国建筑工业出版社，1991.

[3]徐镇凯，袁志军，胡济群.建筑结构检测与加固方法[J].工程力学，2006，（23）：117-130.

[4]中国工程建设标准化协会标准，CECS25：90混凝土结构

加固技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1990.

[5]唐民彦.植筋技术的应用特点和问题探讨[J].四川建筑科学研究，2003（29）：42-43.

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