既有大型舊廠房主體結構快速改造技術研究

宋一帆

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

1 工程背景

當前中國鋼鐵行業陷入全面虧損的階段，結合上海城市發展的需要，寶鋼集團提出結合自身特點加快轉型的發展策略，希望通過轉型得到新的機遇。2015年11月寶鋼集團與上海市楊浦區簽訂共建科創中心重要承載區和“上海互聯網＋產業園”戰略合作框架協議，改造利用寶鋼附屬的二鋼廠區及相應設施，打造具有全國影響力的“互聯網＋”創業創新示范產業園。

2 工程概況

二鋼廠位于上海市楊浦區，占地總面積約173 000 m2，已有建筑面積162 000 m2。目前先行開發的為東區，總用地面積為60 678 m2，改造后總建筑面積為129 262 m2，其中地上為117 762 m2，地下11 500 m2（圖1）。整個東區改造建設單位共劃分為4個標段。

上海互聯網＋產業園項目東區三標段工程主要由主軋加熱爐跨（2#廠房）、鋼坯跨（3#廠房）、辦公樓（15#樓）這3個單位工程組成?，F狀建筑面積約12 000 m2，改造后建筑面積約為31 000 m2，新增建筑面積約19 000 m2。

圖1 廠區示意（虛線為東區）

2#廠房為單層廠房，長約240 m，寬34 m，高度為23 m。結構形式為單跨排架＋坡型屋架，排架柱及屋架均為鋼結構，屋面及墻身均為彩鋼板。

3#廠房為單層廠房，長約120 m，寬24 m，高度為23 m。結構形式為單跨排架＋三角形屋架，排架柱為混凝土柱，屋架為鋼結構，屋面及墻身均為彩鋼板。

15#房為4層磚混辦公樓，長約18 m，寬11 m，高度為19 m。

目前3#廠房和15#房由于改造后功能定位未明確，目前僅停留在設計階段，故2#老廠房的改造施工是整個標段的重中之重，且該廠房體量較大，能夠滿足建設單位先期亮化東區的基本要求。該廠房建造于20世紀80年代末期，其主要由軋機跨（主跨）、主電室（附跨）組成（圖2）。

根據改建圖紙描述，2#廠房軋機跨排架柱整體保留，其他構件（墻面檁條、行車梁、鋼結構屋架）全部拆除。然后在軋機跨內新建4層鋼結構框架及鋼結構屋架。主電室新建3層鋼結構框架（局部4層）及屋架，建筑總高度24 m（圖3）。

圖2 2#廠房80年代示意

圖3 2#廠房改造后示意

3 施工難點分析

根據原有設計資料及傳統施工工藝分析，2#廠房主體結構（二結構除外）原施工周期約為180 d（表1）。

表1 2#廠房主體結構原施工周期

本工程于9月1日正式開工，若按部實施，施工周期將遠超建設單位要求，甚至將跨越當年春節。這將極大地影響建設單位以小帶大、以點畫圓的發展部署。故如何結合現場特點進行優化，在不增加造價的前提下滿足建設單位的工期目標將至關重要。

4 設計方案及施工方案調整

針對本工程的特點、難點，在認真熟悉改造內容，了解設計意圖后，結合現場實際情況，在得到設計單位同意的前提下對部分原有的設計方案進行了調整，大大地減少了施工周期。除此之外，我方還根據現場情況修改施工工藝，為優化工期提供第2層面的支撐[1-4]。

4.1 拆除工程工期優化

按2#廠房結構特點，原方案采用分解＋吊裝的拆除工藝，屋面拆除先是在屋面底部搭設滿堂支撐架，人工上操作面進行構件分解，然后利用大型吊機將構件吊運至地面。此種做法雖然在安全層面能夠做到無瑕疵，但是在工期和造價方面均沒有優勢。第一，大面積的滿堂支撐架搭設，既耗費人工也耗費時間，最重要的是室內構筑物拆除完畢后需先將材料清理干凈，方可有搭設架體的條件；第二，由于2#廠房高度約24 m，哪怕屋架構件并不大，也還是需要使用大型的起吊設備方可進行材料吊運。為此，我公司經過研究后選擇使用鷹隼式液壓剪刀機對2#廠房鋼結構進行拆除，本工程選用日立450長臂液壓剪配TCF-60A剪刀。該機械有效作業高度28 m，機身加機械臂總長度為30 m，本工程建筑最高點為24 m。因此，在拆除建筑最高點時機械停放的位置距拆除點可以達到18 m，機械操作臂施工角度為380°，而且機械施工時逐步向前推進，不進入建筑內部，使機械有足夠的避讓空間。此外，360°剪刀旋轉，既可以控制拆除構件向建筑內部掉落，也可以控制拆除水平構件時，在構件一端被剪斷并呈豎直狀態后再徹底剪斷另一端節點，使構件豎直掉落。同時考慮構件垂直掉落產生的噪聲或彈跳后的二次隱患，我方在面層上增加了黃沙包，有效地避免了施工噪聲。整個屋架及墻面拆除施工僅花費4 d，室內結構拆除5 d，剩余時間為材料清理共計6 d，一共耗費時間為15 d（圖4、圖5）。

圖4 剪刀機作業

圖5 作業完成后

4.2 樁基工程工期優化

按設計意圖，原本擬定采用靜壓錨桿樁來進行工程樁施工，錨桿樁利用原廠房地坪進行作業，但是我方進入現場后發現2#廠房內部存在大量深淺不一的設備基礎及暗池。錨桿樁樁架無法適應現場場地條件。此外，為了匹配計劃要求，前期錨桿樁樁架數量為8～10臺，每2臺樁基需配置1臺鎬頭機進行地下清障（清障過程中可能會破壞錨桿樁樁架固定的地坪和堆樁場地）。故錨桿樁樁基施工對場地條件及工期都有一定的要求。我方經過研究發現，2#廠房凈空高度約23 m，若將2#房按設計要求拆除完畢后，大型的靜壓樁樁機完全可以在廠房內部進行靜壓樁施工，這樣可以將清障和壓樁根據施工流程進行流水布置，使整個場布的壓力最小化，此外整個沉樁的工期將從原先的20 d壓縮至10 d（圖6、圖7）。

4.3 原主體結構排架柱改造工期優化

由于排架柱加固施工的快慢直接影響后續新建鋼結構的施工進度，故如何加快排架柱的施工至關重要。

圖6 清障作業

圖7 壓樁作業

現場存在幾個問題：第一，由于排架柱之間存在新增的地梁，故基礎施工時，排架柱的改造腳手架將受其影響無法搭設；第二，老結構除銹、防火防腐涂料施工難度極大，且質量無法控制；第三，排架柱為鋼格構柱，若大面積包鋼施工，為了控制其焊接變形，勢必分段電焊，這又大大增加了施工工期。

首先，我方在排架柱周圍對原土進行夯實，然后在腳手架搭設區域澆筑了厚100 mm的C25混凝土硬化地坪，根據地梁的分布情況，布置排架柱的腳手架立桿，若立桿必須設置在地梁位置處，則在地梁上方增加1根18#工字鋼，使立桿可以在該位置放置，從而解決腳手架排腳的問題。對于第二、第三個問題，我公司直接建議結構設計取消排架柱的包鋼及防火防腐涂料的施工，用最簡單的外包混凝土來替代。這樣施工起來既簡單又快捷，還能減少對后續鋼結構施工的影響[5-7]。

整個排架柱共分3次進行混凝土外包施工，第1次施工標高為5.450 m，第2次施工標高為13.250 m，第3次施工至柱頂。由于排架柱柱筋所在位置與原圖紙描述不符，其位置在杯口基礎底部，而非4.480 m，故根據現場實際情況，我方分為4個步驟還原了設計工況，使后續施工如期進行。

第一步：沿混凝土柱子外口將保護層進行剝離，探明柱子主筋所在位置。

第二步：在探明的主筋位置處，植入新增配筋。

第三步：將植入的鋼筋與原有鋼筋接長至5.45 m標高處，由于僅鑿除了100 mm保護層的厚度（鑿多了怕杯口壞掉），故無法進行機械連接，所有的鋼筋連接為電焊，且單面焊（設計認可）。

第四步：澆筑細石混凝土至5.450 m標高處。

除了5.45 m節施工周期為8 d，其余施工周期均為6 d?？偸┕すて跒?0 d，且腳手架搭設工期在基礎施工工期內，不占用絕對工期（圖8、圖9）。

4.4 主體新建鋼結構工期優化

本次鋼結構樓承板采用的是鋼筋桁架板，其主要特點是實現了機械化生產，有利于鋼筋排列間距均勻、混凝土保護層厚度一致，提高了樓板的施工質量。裝配式鋼筋桁架樓承板可顯著減少現場鋼筋綁扎工程量，加快施工進度，增加施工安全保證，實現文明施工。由于該桁架板的特點，現場施工段的鋼筋綁扎工程從原有的3 d簡化為1 d，總工期減少8 d。

圖8 排架柱改造中

圖9 排架柱改造后

5 實施效果

通過實施相關工期優化舉措，最終2#廠房主體結構改造工期為122 d，達到了建設單位的工期目標（表2）。

表2 工期優化情況

6 結語

在改造過程中，通過對施工工藝優化，在沒有造成額外投入的情況下，盡可能地加快了施工的速度，淡化了工期不足的矛盾，同時確保施工的質量和安全，為落實建設單位的發展戰略提供了基礎。