王璀瑾　董立恒　陳映棠　王天晴

(1.四川大學(xué)錦城學(xué)院，四川 成都　611731；2.中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都　610042；3.山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原　030001)

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加固老舊混凝土廠房的實(shí)用方法

王璀瑾1董立恒2陳映棠3王天晴3

(1.四川大學(xué)錦城學(xué)院，四川 成都611731；2.中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都610042；3.山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原030001)

分析了老舊混凝土廠房存在的安全隱患，介紹了老舊廠房在檢測(cè)評(píng)估與計(jì)算分析中的注意事項(xiàng)，闡述了廠房屋面板、屋架及其他構(gòu)件的加固方法，以保證老舊廠房的安全性。

老舊廠房，屋面板，屋架，檢測(cè)評(píng)估，加固方法

建于20世紀(jì)60年代以前的老舊鋼筋混凝土廠房大部分均超過(guò)了目前所規(guī)定的50年的設(shè)計(jì)使用年限。由于技術(shù)及其他方面的原因，人們對(duì)建筑物的設(shè)計(jì)使用年限認(rèn)識(shí)不足，尤其對(duì)建筑物在使用過(guò)程中需要進(jìn)行維護(hù)、維修和保養(yǎng)缺乏應(yīng)有的重視。對(duì)使用者來(lái)講，似乎認(rèn)為工程建成之后“一勞永逸”，而當(dāng)出現(xiàn)災(zāi)害事故時(shí)才有所覺(jué)醒。這正是現(xiàn)在這類工程事故頻發(fā)的原因。

基于經(jīng)濟(jì)及廠房?jī)?nèi)生產(chǎn)不能中斷的考慮，這類廠房往往不可能拆除重建，因而對(duì)其進(jìn)行必要的加固處理，延續(xù)廠房的使用壽命，保證今后一定時(shí)期內(nèi)的安全使用成為首選。廠房的加固要遵循一定的流程，首先要進(jìn)行必要的檢測(cè)普查，找到隱患的根源；其次所提出的加固方法應(yīng)有針對(duì)性，保證加固的有效性；第三，所選擇的加固方法應(yīng)考慮施工的可操作性；第四，加固工程造價(jià)要有合理性。

本文的目的在于總結(jié)廠房加固的工程經(jīng)驗(yàn)，以期作為同行在進(jìn)行決策、設(shè)計(jì)和加固施工時(shí)的參考。

1　老舊廠房安全隱患的特點(diǎn)

老舊鋼筋混凝土廠房基本采用了相似甚至相同的建造方法，如采用標(biāo)準(zhǔn)的6 m柱距、1.5 m×6 m的預(yù)制大型屋面板、預(yù)制鋼筋混凝土折線型屋架或者T型薄腹梁、預(yù)制或現(xiàn)澆階梯形柱子、獨(dú)立杯型基礎(chǔ)和預(yù)制T型吊車梁等。

這類廠房發(fā)生事故往往從屋面板開始。由于屋面保溫隔熱材料一般采用了爐渣，荷載較重，屋面防水卷材老化且年久失修，導(dǎo)致雨水直接侵蝕屋面板。再加上屋面板本身混凝土保護(hù)層較薄，使配筋早已銹蝕不堪，因而這類構(gòu)件很容易首先破壞。特別是處于天溝或者落水管附近的屋面板，工程普查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題最多。此外，由于屋面板端部原有埋件已經(jīng)嚴(yán)重銹蝕，與支承處的連接已形同虛設(shè)，很容易脫落傷人，這些在同類廠房中具有普遍現(xiàn)象。

這種廠房另一個(gè)容易發(fā)生問(wèn)題的構(gòu)件是屋架。一般屋架下弦為鋼筋混凝土受拉構(gòu)件，正常情況下肯定是帶裂縫工作，裂縫的存在使下弦所配拉筋長(zhǎng)期受到空氣的侵蝕，尤其對(duì)于那些存在有害氣體的車間，這個(gè)問(wèn)題更為嚴(yán)重。此時(shí)，下弦拉桿的鋼筋截面可能已嚴(yán)重削弱，存在斷裂危險(xiǎn)。在屋架端部上下弦交接處，由于內(nèi)力平衡將產(chǎn)生較大的水平剪力，如果構(gòu)造不合理，將導(dǎo)致下弦拉筋錨固失效。工程普查也表明此處出現(xiàn)開裂的事例較多。一般屋架為靜定桁架，任何一根桿件或一處節(jié)點(diǎn)的失敗都將使其變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系而垮塌。還需要強(qiáng)調(diào)的是，屋架的破壞往往是突發(fā)性的，一般不會(huì)有明顯征兆，發(fā)生前不會(huì)給人們留下足夠的時(shí)間空間，所以它的破壞是災(zāi)難性的。與屋面板相比，它影響的區(qū)域更大，理應(yīng)引起人們更多的重視。

作為廠房排架結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的柱子較少出現(xiàn)突然倒塌的先例，但在極端偶發(fā)事件(例如風(fēng)災(zāi)和地震等)條件下柱子如若存在隱患將產(chǎn)生致命的影響。一般廠房中柱子的隱患主要表現(xiàn)在混凝土保護(hù)層脫落，鋼筋嚴(yán)重銹蝕，與屋架、吊車梁、支撐、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的連接失效，由于基礎(chǔ)不均勻沉降等導(dǎo)致的柱子垂直度偏差加大，由于配箍率較低等原因造成的豎向劈裂等。甚至在某些生產(chǎn)車間柱子還時(shí)常遭到意外撞擊而嚴(yán)重?fù)p傷等。

吊車梁開裂破壞的事例也較多，原因除預(yù)制時(shí)先天不足外，主要是超載、疲勞和年久失修。甚至發(fā)生提高吊車噸位而不計(jì)算和加固吊車梁的事例。好在吊車梁發(fā)生事故前往往已嚴(yán)重變形或開裂而影響了吊車的運(yùn)行，使用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)予以加固。

廠房基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降最為常見(jiàn)，它帶來(lái)的危害有時(shí)是極端危險(xiǎn)的。其原因一般是地基受水浸泡等。老舊廠房受長(zhǎng)期壓實(shí)作用，有時(shí)短期活載起控制作用，因而較少發(fā)生由于超載而產(chǎn)生下沉的情況。

與其他結(jié)構(gòu)相比，支撐對(duì)于排架結(jié)構(gòu)的作用更為重要。屋蓋支撐和柱間支撐構(gòu)成了廠房結(jié)構(gòu)空間穩(wěn)定體系。在通常情況下，支撐的作用被嚴(yán)重忽視，有時(shí)銹蝕破壞已不起作用但并未修補(bǔ)，一旦發(fā)生意外事件將可能引起整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞。老舊廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)破損一般均較嚴(yán)重，時(shí)有發(fā)生脫落傷人事件。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性對(duì)增加廠房的耐久性的作用不可低估。

2　檢測(cè)評(píng)估

檢測(cè)評(píng)估是為加固設(shè)計(jì)施工提供技術(shù)依據(jù)，這一環(huán)節(jié)不可缺失。檢測(cè)普查和加固設(shè)計(jì)宜由同一單位甚至同一組技術(shù)人員承擔(dān)，以便使加固更有針對(duì)性，并做到“胸中有數(shù)”，避免脫節(jié)。常常發(fā)生的情況是，檢測(cè)由一個(gè)單位承擔(dān)并出具了檢測(cè)報(bào)告，而由另一單位承攬加固設(shè)計(jì)。由于設(shè)計(jì)人員不了解具體的情況而“照本宣科”，所出具的方案“驢頭不對(duì)馬嘴”，造成很大浪費(fèi)而達(dá)不到加固的目的，甚至造成工程事故。

老舊廠房往往檔案所存圖紙資料不全，甚至無(wú)圖紙資料，所以需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪、掃描等工作，有時(shí)需要重新繪制一套完整的廠房圖紙。為了為下一步加固設(shè)計(jì)提供參數(shù)，還需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣和室內(nèi)試驗(yàn)等工作。為了不使取樣對(duì)廠房造成二次傷害，應(yīng)及時(shí)對(duì)取樣部位修補(bǔ)和恢復(fù)。為了判斷鋼材指標(biāo)，可盡量在附屬構(gòu)件(例如支撐)上取樣，取樣后馬上用其他桿件替換。

3　計(jì)算分析

在加固設(shè)計(jì)之前應(yīng)進(jìn)行老舊廠房的整體計(jì)算分析，可采用現(xiàn)有的通用計(jì)算程序進(jìn)行。其難點(diǎn)在于計(jì)算參數(shù)的選取問(wèn)題，例如混凝土強(qiáng)度指標(biāo)、所配鋼筋的強(qiáng)度指標(biāo)、型鋼支撐的強(qiáng)度指標(biāo)等。這就需要研究老舊廠房建設(shè)的時(shí)代背景，并結(jié)合檢測(cè)普查時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)取樣綜合各方面的經(jīng)驗(yàn)研究確定。荷載的取值標(biāo)準(zhǔn)是廠房計(jì)算分析時(shí)的另外一個(gè)難點(diǎn)，畢竟隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)行荷載規(guī)范也有較大的變化，應(yīng)以廠房檢測(cè)普查的實(shí)測(cè)情況為基礎(chǔ)，并考慮新規(guī)范的要求選取。需要特別指出的是廠房加固后所要達(dá)到的安全可靠度標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算參數(shù)的選取相互關(guān)聯(lián)，除材料強(qiáng)度是既定事實(shí)客觀存在外，所期望的房屋加固后的后續(xù)使用年限和使用功能是否變化等直接決定了其他參數(shù)的選取。考慮老舊廠房加固針對(duì)的是既有建筑，可根據(jù)后續(xù)使用年限的要求調(diào)整其安全等級(jí)。這在現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范中有較為明確的規(guī)定[1]。

4　加固方法

4.1屋面板加固

大型屋面板脫落一般源于主肋的斷裂和端部支點(diǎn)的失效，有這種危險(xiǎn)情況的屋面板已不可能再用下粘鋼板或粘碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行加固。如果采用原肋擴(kuò)大截面的方案，則由于板肋混凝土已嚴(yán)重酥裂而無(wú)法植入拉接筋。再加上高空作業(yè)，加大截面支模困難，同時(shí)擴(kuò)大截面時(shí)必然加重屋架的荷載，所以這種方法可操作性較差。采用原肋下增設(shè)H型鋼、在連接部位開口向上放入C型鋼間斷焊接、原肋與C型鋼之間縫隙灌入高強(qiáng)灌漿料的方案可形成新的組合板肋共同受力。此外H型鋼與屋架上弦增設(shè)的角鋼相連，可防止屋面板支點(diǎn)失效而可能發(fā)生的脫落。實(shí)際工程中，采用此種方法加固效果良好，如圖1所示。如若屋面板較為良好，也可采用粘碳布予以補(bǔ)強(qiáng)。粘碳布可防止板酥裂部分脫落傷人。對(duì)積灰嚴(yán)重的屋面，應(yīng)清理積灰以減輕荷載。

4.2屋架加固

屋架上弦可采用雙側(cè)增設(shè)角鋼的方案，角鋼用橫穿上弦的植栓進(jìn)行拉接。為保證角鋼能與上弦共同工作，二者之間可以灌入結(jié)構(gòu)膠。補(bǔ)強(qiáng)角鋼可隨上弦折線走勢(shì)在節(jié)點(diǎn)區(qū)分段等強(qiáng)焊接。外伸的角鋼肢增大了屋面板的支撐長(zhǎng)度，可謂一舉兩得。

屋架下弦可采用開口向上的槽鋼補(bǔ)強(qiáng)。當(dāng)下弦尺寸較寬或縱

向彎曲凹凸時(shí)，槽鋼往往難以完全與下弦擬合，此時(shí)也可采用雙角鋼的方案固定于下弦兩側(cè)。為保證下弦型鋼與原構(gòu)件的連接，除二者間灌入結(jié)構(gòu)膠外，還應(yīng)每隔一定間距設(shè)置箍帶，并用螺栓緊固。

屋架腹桿也可采用雙槽鋼背對(duì)背補(bǔ)強(qiáng)，雙槽鋼之間采用綴板焊接。綴板間距可視桿件拉壓性質(zhì)分別取80倍和40倍的單肢最小回轉(zhuǎn)半徑。槽鋼與原腹桿之間也應(yīng)灌入結(jié)構(gòu)膠。

屋架加固成敗的關(guān)鍵所在是各節(jié)點(diǎn)區(qū)的處理?？刹捎娩撐菁艿臉?gòu)造方法在原混凝土屋架兩側(cè)均設(shè)置節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行可靠連接，尤其特別注意支座節(jié)點(diǎn)上、下弦桿的壓、拉力的合理傳遞。圖2是在實(shí)際工程中所采用的屋架加固方法示意圖。

4.3廠房其他構(gòu)件的加固

排架柱下柱可視其破損程度和計(jì)算結(jié)果分別采用外粘鋼板(型鋼)或擴(kuò)大截面的方式加固處理，上柱采用外粘鋼板(型鋼)較為簡(jiǎn)單合理。吊車梁一般為簡(jiǎn)支構(gòu)件，通常的加固方法均可采納。但在擴(kuò)大截面時(shí)應(yīng)注意伸入端部支承牛腿的鋼筋錨固問(wèn)題。支撐體系可采用型鋼替換的方式解決。但應(yīng)注意盡管支撐桿件施工時(shí)不一定處于受力狀態(tài)，但為防止出現(xiàn)意外，只能逐根替換，即切除一根馬上恢復(fù)一根，千萬(wàn)不可同時(shí)拆除，防止發(fā)生危險(xiǎn)事故。當(dāng)判明廠房基礎(chǔ)產(chǎn)生了不均勻沉降時(shí)，可按現(xiàn)行規(guī)范[2]進(jìn)行處理。當(dāng)相鄰柱子沉降差較大無(wú)法恢復(fù)，且柱子荷載較小時(shí)，斷柱抬升的方案也是一個(gè)較好的選項(xiàng)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的更新改造可有效增加廠房的耐久性。實(shí)際加固中，常有將重型屋面板拆除換成輕屋面的成功實(shí)例。但應(yīng)特別注意，原屋面板具有支撐的附加作用，拆除時(shí)應(yīng)檢查屋蓋支撐，必要時(shí)應(yīng)增加上弦支撐。

5　結(jié)語(yǔ)

雖然老舊混凝土廠房破損程度有別，有時(shí)所發(fā)生的裂縫或變形千奇百怪，但統(tǒng)一的建造模式和基本相同的結(jié)構(gòu)布置又使這些問(wèn)題具有共性和普遍性。工程實(shí)踐證明，如果對(duì)其進(jìn)行較為仔細(xì)的檢測(cè)普查，找到隱患的根源所在，進(jìn)行認(rèn)真的分析計(jì)算和合理的加固設(shè)計(jì)及施工，定能保證今后一定時(shí)期內(nèi)的安全使用，使老舊廠房煥發(fā)青春。

[1]GB 50367—2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JGJ 123—2012，既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范[S].

Practical method of strengthening outdated concrete workshop

Wang Cuijin1Dong Liheng2Chen Yingtang3Wang Tianqing3

(1.Jincheng College of Sichuan University, Chengdu 611731, China;2.China Southwest Architectural Design & Research Institute Corp., Ltd, Chengdu 610042, China;3.Shanxi Academy of Building Research, Taiyuan 030001, China)

The paper analyzes safety hazards existing in old concrete workshop, introduces matters needing attention in old workshop detection evaluation and calculation, and describes reinforcement methods of workshop roof board, roof truss and other components, with a view to guarantee the safety of old workshop.

old workshop, roof board, roof truss, detection evaluation, reinforcement method

1009-6825(2016)25-0057-02

2016-06-24

王璀瑾(1990- )，女，碩士；董立恒(1992- )，男，碩士；陳映棠(1981- )，男，碩士，工程師；

王天晴(1960- )，男，碩士，高級(jí)工程師,一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師

TU375

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