工業廠房結構改造設計的分析與思考

李守靜

昊華工程有限公司

工業廠房結構改造設計的分析與思考

李守靜

昊華工程有限公司

當代工業建筑結構的改造已經成為了建筑維護的重要環節，對既有工業建筑的改造和合理利用也已得到了重視，日漸達成人們的共識。本文結合工程實例，從幾個方面對工業廠房的結構改造設計進行了闡述。對工業廠房的改造提出了幾點思考及建議。

結構改造；基礎改造設計；屋頂增層

1 引言

近年來，我國的工業建筑蓬勃發展，對老舊工業廠房的改造和利用也早已受到國內外各方面的關注。究其原因大致有三點：其一，解決建筑占地與土地資源不足的矛盾。其二，老舊工業廠房展現了一個城市工業技術發展的軌跡，雖然經歷了幾十年的時代發展變遷，但仍然發揮著不可或缺的作用。其三，經濟發展之下，使用者對原有建筑物的功能提出了新的要求，需要對其進行科學合理的改造和利用。

結構改造設計需要考慮的問題較多。由于受場地、原有建筑功能、層數的增加、新舊規范等諸多因素的影響，改造設計中會出現水平作用和豎向作用增大，導致原有結構構件承載力不足、結構整體剛度不均勻、抗震方面或基礎不均勻沉降方面受到影響。以下將通過兩則實例來簡要探討一下結構改造設計和施工中的一些技術問題。

2 實例一

2.1 工程概況

某工業建筑為3層鋼筋混凝土框架結構，建于21世紀初期，后擬在建筑北側擴建一單層建筑，用作食堂。擴建的建筑采用鋼筋混凝土框架結構體系，具有較大的空間構造，能更好的合理布局，適合食堂這類多數人活動的場所。建筑面積為783.200m2，屋頂標高5.000m，地基承載力特征值為180Kpa，場地類別Ⅱ類，抗震設防烈度7度，結構抗震等級3級，丙類建筑。

2.2 地基基礎改造設計

擴建工程結構設計中的特殊之處是如何處理好對既有建筑在不均勻沉降方面的影響，新舊結構如何可靠連接等問題。

若擴建結構與既有建筑結構的基礎距離較遠，可采用獨立基礎、條基等基礎形式，根據新增落地結構面積大小，選取與既有結構分縫或相連接的方案，無論連接或分開，均要考慮基礎持力層應力的相互影響，驗算二者沉降差異，以便采取相應的結構設計及施工方案。若擴建結構與既有結構的基礎距離較近，則據以往工程經驗來看，有采用人工挖孔灌注樁基礎的，也有采用樁筏復合基礎，樁采用靜壓錨桿樁進行設計施工的，總之要使得基礎沉降滿足現有規范要求，同時減小對既有建筑基礎的影響。

本建筑是在原有建筑物范圍內的改造項目，由于在原有建筑范圍內，要拆除一些無用的舊的建筑物、構筑物及設備基礎，因此在改造的范圍內地下部分，會形成一些坑凹、洞穴，這些地下的坑凹、洞穴如果處理不當，將對新建的建筑物造成很大的影響。因此當新建建筑物的基礎與老建筑物、構筑物的基礎及設備基礎相重疊時，必須將原有基坑加以處理，處理方法：可采用三七灰土或級配砂石，分層夯實回填至設計基底標高，處理寬度超出基礎外邊1m，壓實系數不小于0.95或0.97。對于深度超過1.50m的坑、穴，以下部分可采用素土分層夯實回填，到基底部分用三七灰土回填，回填厚度不小于500mm。

擴建結構的框架柱在南側和西側與原有結構柱相距很近，分別相距350mm和100mm，與原有獨基重疊。原有基礎采用杯形基礎，底部雙向配筋，設計承載力較大，經過整體計算之后，擴建后的結構能滿足現有規范要求，基礎承載力和沉降變形也能滿足現有規范要求。鑒于此，結構設計將擴建的柱基作用在原有廠房柱基上，將原有廠房的西、南兩側基礎加固，采用植筋方法。植筋前對所有鋼筋及植筋膠進行現場拉拔試驗，以確定鋼筋及植筋膠是否符合設計要求，植筋后進行非破損性拉拔試驗，來檢測工作狀態的植筋質量，檢測數量是植筋總數的10%。錨固膠的粘結強度設計值等具體要求均應符合《混凝土結構加固設計規范》GB50367-2006的規定，檢測試驗合格后方可進行下道工序。南側的加固基礎在原有毛石條基-0.200m處增加一道地圈梁，調節可能發生的不均勻沉降，加強基礎的整體性，有利于抗震。其余擴建基礎均采用獨立基礎，墻下采用條形基礎。基礎平面示意圖，如圖1所示。

圖1

3 實例二

3.1 工程概況

某工業建筑為6層鋼筋混凝土框架結構，屋頂結構標高22.165m，抗震設防烈度7度，結構抗震等級3級，丙類建筑。現根據企業發展需要，需增加新設備，擬在屋頂加開4個直徑1.550米的預留孔用于設備安裝，并在相應跨和臨跨處加蓋一層鋼棚將其置于室內。新建的鋼棚為雙跨、單層鋼結構體系，長度13.000m，跨度6.000m，高度4.700m。

3.2 結構改造設計

改造工程與新建工程相比，設計難度大，施工復雜。要考慮新增結構的傳力路線及整個結構的計算模型，還要考慮方便施工，在施工過程中保證既有建筑結構的安全。

首先確定改造方案，本工程中屋面局部使用功能發生改變，屋頂局部加蓋單層鋼棚，這兩處變化都要考慮原有屋面設計荷載的改變。屋頂增層還要考慮對既有結構在抗震性能方面的影響。

本次改造設計中，根據工藝設備專業提出的對接條件，取增層處屋面恒載為4.50KN/m2，活載為5.00KN/m2，每個孔洞荷載為88KN。計算模型分為兩部分，一部分為增加鋼棚的分析計算，另一部分是將設備荷載及屋頂增層的荷載疊加到原有結構上重新核算承載力。單層鋼結構部分的計算模型為門式剛架輕型房屋鋼結構體系，考慮到屋面及外墻等維護系統均采用輕質材料，用以抵消因功能改變而增加的設計荷載。柱腳采用鉸接，與既有建筑物對應柱頂上新增加的柱墩相連接（共8個），柱墩高度為775～1070mm不等（原有屋面為結構找坡）。模型分析計算時需注意風荷載的起算高度在23米處，風壓高度變化系數會變大。另一部分是各種荷載的增加，經復核計算后，原有結構仍能滿足承載力的要求。屋面新增設備為圓罐，依次置于原有屋面橫向的4根次梁及1根主梁中間，另一側緊貼原有屋面的一根豎向主梁布置，圓罐需要在上部有約束對其加以固定，以增強罐體穩定性，為此，設計者和校審人員經過研究討論，決定在圓孔四周增加鋼梁來固定，使得每個圓孔嵌于鋼梁形成的外接正方形之中，再在每個正方形的四角處焊接4根斜鋼梁，使得每個罐體上增加8處固定點與鋼梁固定。鋼梁兩端的支座將被固定在屋面主次梁相交處新增加的混凝土支墩上（每邊4個，共8個），支墩頂上安裝預埋鋼板，為安裝鋼梁所用。鋼梁選用25b工字鋼，斜鋼梁選用25b槽鋼。

這4個直徑為1.550米的孔洞，在開洞前應先在屋面板上放線后再沿線鑿開，不可用大錘以免破壞屋面板及梁，待沿線剔開后，再用重錘剔鑿，剔好的洞口用小錘整平，將剔除的鋼筋上下彎入錨固，剪去多余的鋼筋，用C40細石混凝土將表面抹平，馬上安裝加固角鋼，角鋼要緊貼洞口表面，并將角鋼的錨固鋼筋伸入面層內。

屋頂新開預留孔及增加鋼梁及柱墩示意圖，如圖2所示。

圖2

4 工業廠房改造的意義

（1）把舊工業廠房改造成其他用途的建筑，相對于新建建筑更節省資金，既能避免拆遷費用，又能節省能源，更有利于節約，這與中央大力提倡的“節約能源資源，建設資源節約型、環境友好型社會”的要求是一致的。

（2）工業遺產保護是社會廣泛關注的話題。任何有價值的工業建筑，通過改造和再利用，讓它變成適合新功能需要的建筑，煥發新的光彩，既傳承了歷史，為后代留下文化遺產，也使其物有所用，一舉兩得。

5 結束語

（1）工業廠房的改造設計不僅要滿足企業的生產發展要求，同時要保證建筑的施工成本，應在成本控制和滿足工業發展要求的基礎上實現建筑結構改造。

（2）從技術層面上講，確定改造設計方案時，應綜合考慮建筑現有的結構、基礎和功能建設需求，有針對性的進行綜合改造。既有建筑物的改造很大一部分投資是對設備的改造，包括原有設備系統更新換代及增加大量的新設備系統。結構改造設計要根據給排水、暖氣通風、強電弱電等相關專業改造的內容來確定改造方案。設計階段各專業應相互溝通配合，施工時不得隨意開鑿設備孔洞。

（3）改造的具體實施過程中應綜合考慮到轉化建筑功能、節約費用、保護環境這幾個方面。還應避免一味節省造價造成建筑質量缺陷等問題。科學合理的改造工業廠房將會關系到企業未來發展、國家財政投資、城市發展等重要課題。

[1]GB 50367－2006.混凝土結構加固設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2006.

[2]JGJ 79－2012.建筑地基處理技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2012.

[3]GB 50009－2012.建筑結構荷載規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2012.

[4]GB 51022－2015.門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2015.

[5]黃彬輝,謝振昌.單層及多層廠房的結構改造設計[J].中外建筑,2008(4):133～136.

[6]程婧,周均清.淺談老舊工業廠房的改造[J].四川建筑,2007(1):17～18.

[7]郭卿.建筑物改造結構設計應考慮的問題[J].現代經濟信息,2009(19):274.

[8]李曉琴.工業建筑結構的加固改造與設計要點[J].產業科技與論壇,2016，15(3):60～61.