工業廠房加固改造的探討與設計

張元農

（煤炭工業濟南設計研究院有限公司，山東 濟南 250031）

隨著國家經濟的高速發展，企業也要發展，或對原工業生產線進行技術改造，或進行設備更新以及廠房的改建和擴建，或擴大再生產，或升級換代，以適應新的生產和工作的需要。新建生產線設備自重一般要增加，如果增加重量很大就會造成原廠房混凝土結構承載力不足，不能適應新的使用要求，導致廠房開裂以及抗震性能不良等，影響了廠房的安全和使用功能，因此需要對原廠房進行改造和加固。

廠房結構改造和加固補強主要是提高結構或構件的強度和剛度、穩定性和耐久性；廠房結構加固補強后將大大延長混凝土結構的使用壽命，保證正常的使用要求，從而更好地為社會服務。房屋建筑結構加固方案的選擇十分重要，加固方案的好壞直接影響到房屋結構的加固效果和質量，合理的加固方案應做到加固后效果明顯，對原結構使用功能影響小，技術可靠，施工方便，經濟合理。

1 結構加固思路

對房屋的加固設計要有對要加固房屋是要做加法還是做減法的設計思路。做加法就是對原要加固房屋只做增加補強建筑構件而不局部拆除原建筑構件的設計，這種設計不拆或少拆原房屋，加固的安全性高一點。另一種加固思路就是對要加固房屋進行一種先做減法再做加法的設計思路，即根據設計要求先拆除部分建筑構件，再在這個基礎上新增補強部分建筑構件達到加固改造的目的。對房屋的加固設計改造方案要兼顧合理性、經濟性和安全性，根據實際情況選擇合適的加固方法。

任何對房屋的加固一開始都要對原房屋結構進行改造，這種改造是對原結構的一種損壞，這種損壞是短暫的、是合理的、是必須的，只有這樣才能建造出一個新的更安全合理有用的建筑。如果沒有認識到這一點，就會導致一開始的加固理念是片面的。

被加固的原房屋結構通常仍然具有一定的承載力，在加固時應盡量減少對原有房屋的損傷，盡量利用原有結構的承載力，要對原房屋拆除和改造的最不利結構點進行結構計算，通過結構計算看一看原房屋結構在這一點上損傷的程度，防止房屋在加固改造中倒塌，這種工程實例是很多的。為保證房屋在施工中的安全，要制定出最優加固方案，制定出相關的安全措施和施工方案，把加固風險降到最低。對加固過程中有可能出現傾斜、失穩、過大變形或坍塌的混凝土結構，應在加固設計文件中提出相應的臨時性安全措施。

2 混凝土房屋結構加固特點

混凝土加固結構的受力特點。房屋結構加固前原結構已經承受荷載，稱之為第一次受力，房屋結構加固后的再受力則屬于第二次受力。加固前原結構已經產生應力應變，存在一定的壓縮變形、彎曲變形等，同時原結構混凝土的收縮變形已經完成。加固時新增加的結構部分和原結構在新的荷載作用下共同受力。加固結構屬于新、舊二次結構。加固前和加固后兩部分能否成為一個整體取決于新、舊結合面能否充分地傳遞結構受力，因此不同于一次整體澆注結構。

3 混凝土結構加固的設計計算原則

混凝土結構加固設計首先采用結構分析方法，應遵守《混凝土結構設計規范》(GB50010)規定的結構分析基本原則，且在一般情況下，應采用線彈性分析方法計算結構的作用效應。其次在加固混凝土結構時，應進行承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的設計驗算。還包括結構上的作用，應經過調查或檢測核實；結構的計算模型應符合其實際受力和構造狀況；結構、構件的尺寸，對原有部分應采用實測值；驗算結構、構件承載力時，應考慮原結構在加固時的實際受力狀況，包括加固部分應變滯后的特點，以及加固部分與原結構共同工作程度；加固后應對相關結構、構件及建筑物地基基礎進行必要的驗算；結構加固用的混凝土，其強度等級應比原結構、構件提高一級，且不小于C25級；加固用鋼材一般選用具有較高的強度利用率和較好的延性，能較充分地發揮被加固構件新增部分的材料潛力。

混凝土結構常用的加固方法有增大截面加固法、置換混凝土加固法、體外預應力加固法、外包型鋼加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維復合材加固法、預應力碳纖維復合板加固法、增設支點加固法、預張緊鋼絲繩網片-聚合物砂漿面層加固法、繞絲加固法等。加固方法的選擇應根據實際條件和使用要求，進行多方案比較，按技術可靠、安全適用、經濟合理、方便施工原則進行選擇。

4 混凝土廠房加固工程實例

混凝土結構加固設計已得到廣泛應用。以棗莊煤礦陶莊熱電廠鍋爐改造工程為例，鍋爐改造工程原除氧器的工作能力已不能滿足新建鍋爐及發電需要，需要加大容量。原除氧器工作重量為6t，根據新建鍋爐及發電要求新建除氧器工作重量為40t。經過對原廠房結構進行復算，發現原廠房在拆除舊除氧器換上新建除氧器后，原來的老梁承載力已不能滿足新建除氧器的承載力要求，需要對原廠房的梁和柱進行加固。

首先對原電廠主廠房進行鑒定，查閱原電廠主廠房圖紙，發現原廠房為九十年代設計建造的廠房，使用了二十多年，還在建筑物的有效使用年限內。委托有關建筑質量監督檢測單位和聘請專家對主廠房主體結構進行全面檢測和安全鑒定，檢測結果顯示：地基基礎未見不均勻沉降，上部承重結構及圍護結構系統完好；建筑物梁、板、柱混凝土抗壓強度等級符合設計要求；建筑物框架梁、柱截面尺寸符合設計要求；建筑物鋼筋配置滿足設計和規范要求。其次加固前應拆除原除氧器和其他設備及自身基礎，達到卸除作用在結構上的恒載或卸除大部分活荷載，達到減少二次受力的影響，降低加固后結構新加受力鋼材的滯后應變，使得加固后的新加受力鋼材能充分發揮強度作用。

經過綜合分析和多方案比較，確定采用粘貼鋼板加固法比較合理。粘貼鋼板加固法是采用結構膠粘劑將薄鋼板粘貼于原結構構件的混凝土表面，使之形成具有整體性的復合截面，用以補充梁的配筋量不足，以達到提高其截面承載力的一種直接加固方法。其優點是施工簡便快捷，原構件自重增加小，結構外形改變不大，建筑使用空間影響小；缺點是有機膠的耐久性和耐火性問題，加固用的鋼板需要進行防腐、防火處理。粘貼鋼板加固法適用于鋼筋混凝土受彎、斜截面受剪、受拉及大偏心受壓構件的加固。

加固方案：從圖1中可以看出，新加L-1，L-2，L-3梁在不妨礙工人操作和使用的情況下，可以在拆除原除氧器基礎后在原樓板上新澆砼梁，主要用于放新建除氧器，設計可用一般梁的設計方法設計，詳見圖1。

主框架梁KL-1在加上新荷載后，經過結構計算發現原鋼筋混凝土梁受彎和受剪均不滿足設計要求，需要進行加固（加固配筋計算從略）。按粘貼鋼板加固法計算公式計算，確定鋼筋混凝土梁上下均需要粘貼鋼板，設計圖見圖2。加固后鋼筋混凝土梁上下鋼板之間用M14螺桿連接，上下部加固鋼板和原梁之間應用高強度結構膠粘貼，放入的結構膠應經過檢驗合格符合國家標準后方可施工。粘鋼加固基材必須堅實，粘結面不應有疏松、孔洞及風化等缺陷，施工前應對基材進行處理和打磨等，植筋鉆孔時應盡量減少對混凝土梁和柱的破壞。上下鋼板之間的M14螺桿按照箍筋計算，螺栓桿上端與上部鋼板用螺帽連接并擰緊后焊死，螺桿下端與下部鋼板焊接連接。從美觀和防銹角度考慮在梁側抹1:2水泥砂漿與螺桿找平。框架梁和柱在節點處，用鋼板在梁端上下面各包柱一周并與梁端上下鋼板焊接，用于傳遞梁端正負彎矩。

圖1 除氧器位置加固圖

圖2 主框架梁KL-1加固修改圖

加固方案確定后梁和柱的內力的計算方法一般有：（1）精確計算的方法。把整個主廠房框架梁、板、柱全部輸入計算機，把荷載有變化的和沒變化的全輸入計算機，加上風荷載及地震設防要求用計算程序整體計算，對承載力不夠的梁、板、柱進行加固；（2）簡化計算的方法。當要加荷載不是很大時，只對要增加設備改造的樓層的梁、板、柱進行計算，對框架柱端及梁支座負彎矩進行適度調幅求出梁和柱要承受的彎矩和剪力等，對梁、板、柱進行加固計算和設計。本加固方案梁和柱的內力的計算方法按照第一種精確計算方法計算，并與按照第二種簡化計算方法得出的結果進行對比，最后根據內力大小按照《混凝土結構加固設計規范》要求進行計算和設計。

5 結語

隨著科學技術不斷進步和新型施工技術的不斷出現，混凝土結構加固設計計算理論、技術措施和應用材料會更加成熟完善。在加固改造工程中界面處理是很重要的，如果出現空鼓、脫落、“兩層皮”等質量問題將關系到結構改造的安全性，因此設計的構造技術措施必須引起足夠的重視。對建筑物進行加固時要從建筑的總體上有一個全面的把握，在結構構件和節點的處理上要符合現代結構設計理念和現行建筑結構設計規范的要求。