单层锯齿厂房改造加固结构设计——以淄博万杰纺织车间为例

敬玲，单体建，孔文龙（.淄博华艺建筑设计有限公司，山东淄博55000；.山东衡泰工程咨询有限公司，山东莱芜700）

0 引言

随着我国城镇化建设的加速及现代化进程的推进，很多老旧厂房虽然未达到使用年限，但其性能已不能满足现在的使用要求，导致了近些年来老旧厂房改造加固工程的大量出现。通过对老旧厂房进行内部空间改造，转化建筑功能及更新建筑立面，使既有建筑重新焕发生命力，成为城市中的新亮点［1］。

目前，国内已有较多老旧厂房改造加固的工程实践。熊仲明等从结构的受力机理的角度对建筑结构改造后立面保护的方法进行了研究［2］；闫争科重点分析了工业厂房中结构改造加固的主要设计［3］；曹淑上等对老旧工业厂房改造再利用成套技术进行研究［4］；陈娅芳等对普通钢筋混凝土排架结构进行改造［5］；武乾等提出了工业厂房的改造加固应该基于改造后的用途和功能对不同的结构部件采取不同的改造方法［6］；刘明学等对京二棉厂锯齿厂房抗震鉴定与加固设计进行了阐述［7］；淳庆等对南京色织厂锯齿形厂房改造加固设计与施工进行了论述［8］。

钢筋混凝土单层锯齿形排架结构厂房是纺织行业常用的一种结构形式［9］，受力和构造有其特殊性。文章以淄博万杰康复中心改造加固设计为例，对新建筑功能进行改造和整体加固及构件加固进行设计，拟为同类建筑的改造加固设计提供一定的参考。

1 工程概况

淄博万杰纺织车间始建于1985年并一直使用至今，建设方拟将此建筑改造升级为康复中心。此次改造希望尽最大可能保留原建筑的工业质感，后续使用年限为30年。原建筑外观及内部如图1所示。原纺织车间分生产厂房和附属用房2部分，分3期建设。中间生产厂房部分为钢筋混凝土单层锯齿形排架结构，四周附属房屋为砌体结构，厂房和附房为一个整体，彼此之间没有设置变形缝。原建筑平面图如图2所示。生产厂房结构柱距8 m×12 m，由钢筋混凝土排架柱、预制风道大梁和三角架及预制混凝土圆孔板装配而成，屋面为坡面预制板上覆盖黏土瓦屋面；附属房屋二层。建筑总长为190 m，总宽为120 m，建筑面积约2.2万 m2，厂房建筑高度为9.1 m，附房建筑高度为5.7 m。抗震设防烈度7度，重点设防类。由于厂房建造时间早，图纸和建设资料缺失，故而对纺织车间进行了现场鉴定，并出具了鉴定报告［10］。

图1 万杰纺织车间厂房原建筑图

2 厂房改造加固设计

2.1 设计基本原则

厂房在改造加固设计中，以鉴定报告为依据，按照现行国家规范和行业标准、规程进行分析和承载力校核计算；注重结构的延性和整体性，保证构造合理，连接可靠；增设或改造梁、柱、支撑或其他构件时，避免或减少节点应力的加大和地震作用在原有构件间的重分配；保留和利用原有的结构和构件，避免不必要的拆除和更换。万杰纺织车间因建设期间管理不善，很多地方未按当时的FJJ 102—84《棉纺织工业企业设计技术规定》［11］建造，造成结构整体受力上存在诸多隐患，为了解决这些问题，通过在风道内部和天窗处增加竖向支撑，屋面板下增加水平支撑等办法，减少了屋面拆除，保证了纵横向的稳定性，使整体受力性能得到提高。需要注意的是改造过程中应先做好支撑，再进行拆除和各种设备安装。

2.2 建筑功能的改造

改造后的新建筑外立面因其锯齿屋面特色鲜明，平面功能也发生了较大改变，改造后的平面及效果如图3、4所示。主要功能布局为（1）出入院服务用房；（2）康复治疗区的康复门诊治疗总床位数为305个，根据科室划分为5个康复区域，分别为心血管康复区、脑血管康复区、皮肤骨科康复区、肿瘤康复区以及水疗区，每个区域均相对独立；（3）查体中心；（4）中药制剂中心；（5）参观展览区。出入院门诊人流通过西侧门厅进入，参观展览区的人流通过东侧门厅进入，中药制剂中心人流通过北侧入口进入，康复治疗的水疗区通过西侧次入口进入，康复治疗的各个区域通过开向室外通廊的次要出入口解决康复治疗人员及医护人员的出入。为解决人流流线增加了东西门厅及室外通廊。

功能的改变，需要对其结构相应改造。具体包括6个方面：

图2 淄博万杰纺织车间原建筑平面图／mm

图3 改造后的建筑平面图／mm

图4 改造后的建筑效果图

（1）拆除厂房部分的内隔墙，用加气混凝土墙板重新分割空间，满足改造后的建筑功能。结合防火分区要求，防火墙砌至三角架或屋面板底部，其他隔墙砌至吊顶底。纺织厂房因要固定织机，地面为200 mm厚混凝土层，因此普通隔墙直接砌于地面之上，只对通廊的室内外分隔墙和墙体较高、荷载较大的隔墙做钢筋混凝土条形基础，同时采取措施保证墙体的稳定性。利用原地面200 mm厚混凝土层在其上做新地面，满足找坡、保温等要求。

（2）改造后的康复中心有多道直通室外的通廊，用通廊把平面分成多个功能区域。通廊有防火排烟要求，需要拆除对应的屋面，但考虑尽量不改变整个排架结构受力状态，保留通廊对应的屋面三角架，仅间隔开间拆除三角架上预制板，每个拆除的开间保留连接三角架顶部和底部各2块预制板，其余的全部拆除。

（3）改造后的康复中心增加了东、西2个门厅。东门厅需要拆除对应的3个柱距的附房，根据门厅宽度拆除预制屋面板及砌体至最近承重墙体或承重梁处，在此部分增加钢结构单元，各结构单元之间用伸缩缝分开。西门厅也需要拆除对应的3个柱距的附房，另因风道大梁支撑在西侧附房墙体上，需先拆除厂房临近附房一跨上的预制板和风道大梁上的承重墙体，贴近西侧附房内侧墙体风道大梁下做钢柱及基础，钢柱与风道大梁顶紧后，再根据门厅宽度拆除附房的预制屋面板及砌体至最近承重墙体或承重梁处。拆除完毕后风道大梁梁头下做钢筋混凝土柱，与支撑钢柱浇为整体。在此部分增加钢筋混凝土框架结构单元，多拆除部分用砌体结构补齐。

（4）原有附房部分除办公室，还有配电室、空调机房、设备间等功能房间，有些房间因功能的原因，尺寸较小、平面不规整，建筑充分利用这些房间开发新的功能，最大程度减小了构件的拆除对结构的影响，仅根据新功能重新开门洞。

（5）原纺织厂房利用风道大梁及上下预制板形成的风道给厂房送风，在风道的底部预制板上开有很多条状的风口，在防火分区部位对风道进行封堵，对风道大梁底部预制板上风口进行封堵，满足耐火极限要求，对新加的风管穿墙部位进行开洞。

（6）原纺织厂房地面有许多排水地沟，对地面原有排水沟进行封堵，满足防火要求。结合给排水专业要求，考虑消防主管、支管、喷淋等吊装，对新加的地沟穿墙部位进行开洞。

2.3 厂房整体加固

（1）单层钢筋混凝土锯齿形排架结构厂房与砌体结构附房宜相互脱开，其间设置伸缩缝或抗震缝。改造前厂房及附房结构单元不明确，结构单元之间没有用变形缝有效地分开。西侧风道大梁支撑在370 mm厚附房的实心砖墙上，若在西侧附房内侧风道大梁下增加混凝土柱与附房部分分开，需要拆除的构件较多且施工难度大、加固成本高。东侧附房砌体结构承重墙兼做锯齿厂房山墙，与边柱在同一轴线上，也需要拆除较多的构件，进行加固，考虑到经过30多年的使用未发现异常情况，两侧处都不再用伸缩缝分开。仅在西侧支撑风道大梁的370 mm厚墙体上增加砌体混凝土组合柱，加强砌体结构刚度，让两侧的刚度尽量均匀。

（2）单层钢筋混凝土锯齿形排架结构应采取有效的措施，保证厂房结构的稳定。风道大梁顶部搁置预制风道顶板，通过预埋钢板与风道大梁相互连接，上面应浇捣50～80 mm厚钢筋混凝土整浇层，上翻梁与风道大梁梁顶上预留钢筋浇成整体。改造前厂房两根风道大梁上的天沟板上无现浇整浇层，无法形成刚性整体。如结合屋面重新做保温排水，将风道大梁上预制天沟板拆除，在风道大梁上植入钢筋，重新浇筑整浇层，考虑需要拆除构件太多，屋面破坏较严重，且改造过程中整体稳定无法保证，改为在风道内加竖向支撑［12］，让2道风道大梁有效地连为一体以保证整体刚度。风道大梁长为12 m，每4 m设置一个加强肋，在每个加强肋上做一道支撑，如图5所示。

（3）单层钢筋混凝土锯齿形排架结构可利用钢筋混凝土天窗框作为屋面垂直支撑，天窗框与三角架立柱、天窗框与天窗框之间通过钢板电焊或螺栓有效连接。改造前厂房钢筋混凝土预制窗框钢筋外露、混凝土脱落严重，与三角架之间也无有效连接，已不能再作为侧向支撑。故在保留了原钢筋混凝土天窗这个建筑外观的前提下，在厂房的端部和中部两个三角架之间加垂直支撑，其余三角架之间加系杆来代替原来的支撑系统，如图6所示。

图5 风道支撑示意图／mm

图6 垂直支撑及系杆示意图／mm

（4）因分三期建设造成了厂房部分南侧为双排柱，北侧为单排柱，考虑到经过30多年的使用未发现异常情况，为减少对主体结构的扰动，维持现状不再改为单排柱。

（5）附房沿厂房四周设置，长×宽为190 m×120 m，附房砌体结构超长。附房部分根据新的建筑功能，在增加东西门厅和通廊后已将砌体部分分成多个独立的结构单元，超长问题得以解决。

2.4 构件加固

依据《淄博万杰康复医院有限公司生产厂房及附属房屋改造加固鉴定报告》的鉴定结果，柱、梁和板混凝土强度C20，基础混凝土强度C25；普通烧结砖MU10，砌筑砂浆强度M1.0；混凝土柱和梁主筋二级，箍筋一级，混凝土预制板配筋为φ4钢丝，混凝土基础配筋为φ12。所有构件箍筋均没有加密区。根据后续使用年限30年，A类建筑［13］，确定风荷载 x30＝0.30+（0.45-0.30）×（3.4／2.3-1）＝0.37 kN／m2；雪荷载 x30＝0.20+（0.35-0.20）×（3.4／2.3-1）＝0.27 kN／m2；设计基本地震加速度0.081g［14］。按照 GB 50426—2007《印染工厂设计规范》6.5.1条计算简图［15］采用 7跨进行计算复核。

（1）板 屋面建筑做法不满足现行保温节能要求，结合新的屋面做法，增加厚为50 mm的C20细石混凝土整浇层，内配双向6＠200钢筋网，剔出板缝，缝内安置通长钢筋12，上下各一根，用S勾＠250拉结，与板面双向6＠200连成整体，增加屋面板的整体性，满足抗震要求。利用原吊顶吊点及吊顶龙骨，更换轻质吊顶板。新做法尽量与原坡屋面预制板上面层做法中的荷载相当，预制板不再加固。

（2）三角架和风道大梁 屋面上设置太阳能热水系统（面荷载0.45 kN／m2）和光伏电池板（面荷载0.2 kN／m2），沿三角架做支架，荷载由三角架承担。三角架上做支墩与预制板整浇层连成整体，具体做法如图7所示。喷淋主管支管风管吊装在三角架上，面荷载0.3 kN／m2。经复核三角架及风道大梁承载力满足要求，仅进行抗震加固，用粘贴碳纤维的方式在未箍筋加密区域进行加固处理。

图7 太阳能支墩示意图／mm

（3）排架柱 经复核，排架柱2个方向以及牛腿承载力均满足要求，仅进行抗震加固。柱牛腿底以下500 mm和室内地坪以上500 mm及三角架立柱底面以上500 mm和斜梁以下500 mm范围内箍筋均未进行加密，用粘贴碳纤维的方式进行加固处理。

（4）附房砌体

①一般墙体 对各自单元进行抗震计算，根据计算结果，对墙体采用钢筋网砂浆面层加固或钢筋混凝土板墙加固；砖砌平拱过梁进行加固处理。且在墙体交接处增设相互可靠拉结的配筋加强带，不再另设构造柱及内圈梁。外墙圈梁为现浇钢筋混凝土，不再增加圈梁。

②开裂墙体 对开裂墙体采用压力灌浆和增设砂浆面层法进行裂缝修补和结构补强加固。

③新增加门洞 240 mm厚墙体增加＜2000 mm的门洞，在开洞墙面洞顶位置一侧先剔深为100 mm、宽为15 mm墙缝，在墙缝内放入100×10，在墙体背面相同位置同样放入100×10后，将洞口墙体清理干净后，用240×120×10＠400将两个角钢底部焊牢。240 mm厚墙体增加≥2000 mm的门洞，在洞口两侧剔凿墙缝，在墙体背面相同位置处凿相同的墙缝，完成墙面凿缝后，墙缝内放入18b。在开洞墙面洞顶两侧位置分别剔凿墙缝，在墙缝内放入18b，分别与两侧槽钢满焊。将洞口墙体清理干净后，用240×100×10＠300将三面槽钢焊牢连成整体。

（5）基础 屋面新增加太阳能和光伏电池板及喷淋和风管荷载均较小，经计算复核，基础不需要做加大处理。水疗区的水池考虑独立柱基尺寸和深度，在独立柱基中间区域加设水池，深度不超过独立柱基。在水池挖深过程中，尽量减少对原有基础及地基土的扰动。水池紧邻独立柱基的，对独立基础进行保护。

3 结语

我国已有建筑物加固设计正处于起步且发展迅速的阶段，随着建筑改造加固技术的发展，工业建筑改造亦成为不可或缺的重要部分。由于锯齿形厂房具有鲜明的纺织工业的时代特征和艺术美感，建筑价值较高，应加以保护及再利用。随着工业建筑改造加固的深入，改造加固设计在细节上更需要注重安全性、可靠性、可实施性和经济适用性的完美统一。对万杰纺织厂房的改造，根据具体情况及条件选择合理的改造加固方案，增强建筑物整体性、改善构件受力状况，使加固后的结构质量和刚度分布均匀，保证新增构件与原有构件之间连接可靠并具有协同工作的能力，在满足使用功能的同时符合现行国家规范和行业标准、规程。结合实际施工条件等综合因素，确定采取先做支撑再进行拆除的施工方式，保证施工过程中的安全性。最终实现改造加固后的建筑安全、经济、适用、绿色、可持续。

参考文献：

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