工业厂房结构改造设计的分析与思考

李守静

昊华工程有限公司

工业厂房结构改造设计的分析与思考

李守静

昊华工程有限公司

当代工业建筑结构的改造已经成为了建筑维护的重要环节，对既有工业建筑的改造和合理利用也已得到了重视，日渐达成人们的共识。本文结合工程实例，从几个方面对工业厂房的结构改造设计进行了阐述。对工业厂房的改造提出了几点思考及建议。

结构改造；基础改造设计；屋顶增层

1 引言

近年来，我国的工业建筑蓬勃发展，对老旧工业厂房的改造和利用也早已受到国内外各方面的关注。究其原因大致有三点：其一，解决建筑占地与土地资源不足的矛盾。其二，老旧工业厂房展现了一个城市工业技术发展的轨迹，虽然经历了几十年的时代发展变迁，但仍然发挥着不可或缺的作用。其三，经济发展之下，使用者对原有建筑物的功能提出了新的要求，需要对其进行科学合理的改造和利用。

结构改造设计需要考虑的问题较多。由于受场地、原有建筑功能、层数的增加、新旧规范等诸多因素的影响，改造设计中会出现水平作用和竖向作用增大，导致原有结构构件承载力不足、结构整体刚度不均匀、抗震方面或基础不均匀沉降方面受到影响。以下将通过两则实例来简要探讨一下结构改造设计和施工中的一些技术问题。

2 实例一

2.1 工程概况

某工业建筑为3层钢筋混凝土框架结构，建于21世纪初期，后拟在建筑北侧扩建一单层建筑，用作食堂。扩建的建筑采用钢筋混凝土框架结构体系，具有较大的空间构造，能更好的合理布局，适合食堂这类多数人活动的场所。建筑面积为783.200m2，屋顶标高5.000m，地基承载力特征值为180Kpa，场地类别Ⅱ类，抗震设防烈度7度，结构抗震等级3级，丙类建筑。

2.2 地基基础改造设计

扩建工程结构设计中的特殊之处是如何处理好对既有建筑在不均匀沉降方面的影响，新旧结构如何可靠连接等问题。

若扩建结构与既有建筑结构的基础距离较远，可采用独立基础、条基等基础形式，根据新增落地结构面积大小，选取与既有结构分缝或相连接的方案，无论连接或分开，均要考虑基础持力层应力的相互影响，验算二者沉降差异，以便采取相应的结构设计及施工方案。若扩建结构与既有结构的基础距离较近，则据以往工程经验来看，有采用人工挖孔灌注桩基础的，也有采用桩筏复合基础，桩采用静压锚杆桩进行设计施工的，总之要使得基础沉降满足现有规范要求，同时减小对既有建筑基础的影响。

本建筑是在原有建筑物范围内的改造项目，由于在原有建筑范围内，要拆除一些无用的旧的建筑物、构筑物及设备基础，因此在改造的范围内地下部分，会形成一些坑凹、洞穴，这些地下的坑凹、洞穴如果处理不当，将对新建的建筑物造成很大的影响。因此当新建建筑物的基础与老建筑物、构筑物的基础及设备基础相重叠时，必须将原有基坑加以处理，处理方法：可采用三七灰土或级配砂石，分层夯实回填至设计基底标高，处理宽度超出基础外边1m，压实系数不小于0.95或0.97。对于深度超过1.50m的坑、穴，以下部分可采用素土分层夯实回填，到基底部分用三七灰土回填，回填厚度不小于500mm。

扩建结构的框架柱在南侧和西侧与原有结构柱相距很近，分别相距350mm和100mm，与原有独基重叠。原有基础采用杯形基础，底部双向配筋，设计承载力较大，经过整体计算之后，扩建后的结构能满足现有规范要求，基础承载力和沉降变形也能满足现有规范要求。鉴于此，结构设计将扩建的柱基作用在原有厂房柱基上，将原有厂房的西、南两侧基础加固，采用植筋方法。植筋前对所有钢筋及植筋胶进行现场拉拔试验，以确定钢筋及植筋胶是否符合设计要求，植筋后进行非破损性拉拔试验，来检测工作状态的植筋质量，检测数量是植筋总数的10%。锚固胶的粘结强度设计值等具体要求均应符合《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006的规定，检测试验合格后方可进行下道工序。南侧的加固基础在原有毛石条基-0.200m处增加一道地圈梁，调节可能发生的不均匀沉降，加强基础的整体性，有利于抗震。其余扩建基础均采用独立基础，墙下采用条形基础。基础平面示意图，如图1所示。

图1

3 实例二

3.1 工程概况

某工业建筑为6层钢筋混凝土框架结构，屋顶结构标高22.165m，抗震设防烈度7度，结构抗震等级3级，丙类建筑。现根据企业发展需要，需增加新设备，拟在屋顶加开4个直径1.550米的预留孔用于设备安装，并在相应跨和临跨处加盖一层钢棚将其置于室内。新建的钢棚为双跨、单层钢结构体系，长度13.000m，跨度6.000m，高度4.700m。

3.2 结构改造设计

改造工程与新建工程相比，设计难度大，施工复杂。要考虑新增结构的传力路线及整个结构的计算模型，还要考虑方便施工，在施工过程中保证既有建筑结构的安全。

首先确定改造方案，本工程中屋面局部使用功能发生改变，屋顶局部加盖单层钢棚，这两处变化都要考虑原有屋面设计荷载的改变。屋顶增层还要考虑对既有结构在抗震性能方面的影响。

本次改造设计中，根据工艺设备专业提出的对接条件，取增层处屋面恒载为4.50KN/m2，活载为5.00KN/m2，每个孔洞荷载为88KN。计算模型分为两部分，一部分为增加钢棚的分析计算，另一部分是将设备荷载及屋顶增层的荷载叠加到原有结构上重新核算承载力。单层钢结构部分的计算模型为门式刚架轻型房屋钢结构体系，考虑到屋面及外墙等维护系统均采用轻质材料，用以抵消因功能改变而增加的设计荷载。柱脚采用铰接，与既有建筑物对应柱顶上新增加的柱墩相连接（共8个），柱墩高度为775～1070mm不等（原有屋面为结构找坡）。模型分析计算时需注意风荷载的起算高度在23米处，风压高度变化系数会变大。另一部分是各种荷载的增加，经复核计算后，原有结构仍能满足承载力的要求。屋面新增设备为圆罐，依次置于原有屋面横向的4根次梁及1根主梁中间，另一侧紧贴原有屋面的一根竖向主梁布置，圆罐需要在上部有约束对其加以固定，以增强罐体稳定性，为此，设计者和校审人员经过研究讨论，决定在圆孔四周增加钢梁来固定，使得每个圆孔嵌于钢梁形成的外接正方形之中，再在每个正方形的四角处焊接4根斜钢梁，使得每个罐体上增加8处固定点与钢梁固定。钢梁两端的支座将被固定在屋面主次梁相交处新增加的混凝土支墩上（每边4个，共8个），支墩顶上安装预埋钢板，为安装钢梁所用。钢梁选用25b工字钢，斜钢梁选用25b槽钢。

这4个直径为1.550米的孔洞，在开洞前应先在屋面板上放线后再沿线凿开，不可用大锤以免破坏屋面板及梁，待沿线剔开后，再用重锤剔凿，剔好的洞口用小锤整平，将剔除的钢筋上下弯入锚固，剪去多余的钢筋，用C40细石混凝土将表面抹平，马上安装加固角钢，角钢要紧贴洞口表面，并将角钢的锚固钢筋伸入面层内。

屋顶新开预留孔及增加钢梁及柱墩示意图，如图2所示。

图2

4 工业厂房改造的意义

（1）把旧工业厂房改造成其他用途的建筑，相对于新建建筑更节省资金，既能避免拆迁费用，又能节省能源，更有利于节约，这与中央大力提倡的“节约能源资源，建设资源节约型、环境友好型社会”的要求是一致的。

（2）工业遗产保护是社会广泛关注的话题。任何有价值的工业建筑，通过改造和再利用，让它变成适合新功能需要的建筑，焕发新的光彩，既传承了历史，为后代留下文化遗产，也使其物有所用，一举两得。

5 结束语

（1）工业厂房的改造设计不仅要满足企业的生产发展要求，同时要保证建筑的施工成本，应在成本控制和满足工业发展要求的基础上实现建筑结构改造。

（2）从技术层面上讲，确定改造设计方案时，应综合考虑建筑现有的结构、基础和功能建设需求，有针对性的进行综合改造。既有建筑物的改造很大一部分投资是对设备的改造，包括原有设备系统更新换代及增加大量的新设备系统。结构改造设计要根据给排水、暖气通风、强电弱电等相关专业改造的内容来确定改造方案。设计阶段各专业应相互沟通配合，施工时不得随意开凿设备孔洞。

（3）改造的具体实施过程中应综合考虑到转化建筑功能、节约费用、保护环境这几个方面。还应避免一味节省造价造成建筑质量缺陷等问题。科学合理的改造工业厂房将会关系到企业未来发展、国家财政投资、城市发展等重要课题。

[1]GB 50367－2006.混凝土结构加固设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2006.

[2]JGJ 79－2012.建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2012.

[3]GB 50009－2012.建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2012.

[4]GB 51022－2015.门式刚架轻型房屋钢结构技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2015.

[5]黄彬辉,谢振昌.单层及多层厂房的结构改造设计[J].中外建筑,2008(4):133～136.

[6]程婧,周均清.浅谈老旧工业厂房的改造[J].四川建筑,2007(1):17～18.

[7]郭卿.建筑物改造结构设计应考虑的问题[J].现代经济信息,2009(19):274.

[8]李晓琴.工业建筑结构的加固改造与设计要点[J].产业科技与论坛,2016，15(3):60～61.