工业厂房加固改造的探讨与设计

张元农

（煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东 济南 250031）

随着国家经济的高速发展，企业也要发展，或对原工业生产线进行技术改造，或进行设备更新以及厂房的改建和扩建，或扩大再生产，或升级换代，以适应新的生产和工作的需要。新建生产线设备自重一般要增加，如果增加重量很大就会造成原厂房混凝土结构承载力不足，不能适应新的使用要求，导致厂房开裂以及抗震性能不良等，影响了厂房的安全和使用功能，因此需要对原厂房进行改造和加固。

厂房结构改造和加固补强主要是提高结构或构件的强度和刚度、稳定性和耐久性；厂房结构加固补强后将大大延长混凝土结构的使用寿命，保证正常的使用要求，从而更好地为社会服务。房屋建筑结构加固方案的选择十分重要，加固方案的好坏直接影响到房屋结构的加固效果和质量，合理的加固方案应做到加固后效果明显，对原结构使用功能影响小，技术可靠，施工方便，经济合理。

1 结构加固思路

对房屋的加固设计要有对要加固房屋是要做加法还是做减法的设计思路。做加法就是对原要加固房屋只做增加补强建筑构件而不局部拆除原建筑构件的设计，这种设计不拆或少拆原房屋，加固的安全性高一点。另一种加固思路就是对要加固房屋进行一种先做减法再做加法的设计思路，即根据设计要求先拆除部分建筑构件，再在这个基础上新增补强部分建筑构件达到加固改造的目的。对房屋的加固设计改造方案要兼顾合理性、经济性和安全性，根据实际情况选择合适的加固方法。

任何对房屋的加固一开始都要对原房屋结构进行改造，这种改造是对原结构的一种损坏，这种损坏是短暂的、是合理的、是必须的，只有这样才能建造出一个新的更安全合理有用的建筑。如果没有认识到这一点，就会导致一开始的加固理念是片面的。

被加固的原房屋结构通常仍然具有一定的承载力，在加固时应尽量减少对原有房屋的损伤，尽量利用原有结构的承载力，要对原房屋拆除和改造的最不利结构点进行结构计算，通过结构计算看一看原房屋结构在这一点上损伤的程度，防止房屋在加固改造中倒塌，这种工程实例是很多的。为保证房屋在施工中的安全，要制定出最优加固方案，制定出相关的安全措施和施工方案，把加固风险降到最低。对加固过程中有可能出现倾斜、失稳、过大变形或坍塌的混凝土结构，应在加固设计文件中提出相应的临时性安全措施。

2 混凝土房屋结构加固特点

混凝土加固结构的受力特点。房屋结构加固前原结构已经承受荷载，称之为第一次受力，房屋结构加固后的再受力则属于第二次受力。加固前原结构已经产生应力应变，存在一定的压缩变形、弯曲变形等，同时原结构混凝土的收缩变形已经完成。加固时新增加的结构部分和原结构在新的荷载作用下共同受力。加固结构属于新、旧二次结构。加固前和加固后两部分能否成为一个整体取决于新、旧结合面能否充分地传递结构受力，因此不同于一次整体浇注结构。

3 混凝土结构加固的设计计算原则

混凝土结构加固设计首先采用结构分析方法，应遵守《混凝土结构设计规范》(GB50010)规定的结构分析基本原则，且在一般情况下，应采用线弹性分析方法计算结构的作用效应。其次在加固混凝土结构时，应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计验算。还包括结构上的作用，应经过调查或检测核实；结构的计算模型应符合其实际受力和构造状况；结构、构件的尺寸，对原有部分应采用实测值；验算结构、构件承载力时，应考虑原结构在加固时的实际受力状况，包括加固部分应变滞后的特点，以及加固部分与原结构共同工作程度；加固后应对相关结构、构件及建筑物地基基础进行必要的验算；结构加固用的混凝土，其强度等级应比原结构、构件提高一级，且不小于C25级；加固用钢材一般选用具有较高的强度利用率和较好的延性，能较充分地发挥被加固构件新增部分的材料潜力。

混凝土结构常用的加固方法有增大截面加固法、置换混凝土加固法、体外预应力加固法、外包型钢加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维复合材加固法、预应力碳纤维复合板加固法、增设支点加固法、预张紧钢丝绳网片-聚合物砂浆面层加固法、绕丝加固法等。加固方法的选择应根据实际条件和使用要求，进行多方案比较，按技术可靠、安全适用、经济合理、方便施工原则进行选择。

4 混凝土厂房加固工程实例

混凝土结构加固设计已得到广泛应用。以枣庄煤矿陶庄热电厂锅炉改造工程为例，锅炉改造工程原除氧器的工作能力已不能满足新建锅炉及发电需要，需要加大容量。原除氧器工作重量为6t，根据新建锅炉及发电要求新建除氧器工作重量为40t。经过对原厂房结构进行复算，发现原厂房在拆除旧除氧器换上新建除氧器后，原来的老梁承载力已不能满足新建除氧器的承载力要求，需要对原厂房的梁和柱进行加固。

首先对原电厂主厂房进行鉴定，查阅原电厂主厂房图纸，发现原厂房为九十年代设计建造的厂房，使用了二十多年，还在建筑物的有效使用年限内。委托有关建筑质量监督检测单位和聘请专家对主厂房主体结构进行全面检测和安全鉴定，检测结果显示：地基基础未见不均匀沉降，上部承重结构及围护结构系统完好；建筑物梁、板、柱混凝土抗压强度等级符合设计要求；建筑物框架梁、柱截面尺寸符合设计要求；建筑物钢筋配置满足设计和规范要求。其次加固前应拆除原除氧器和其他设备及自身基础，达到卸除作用在结构上的恒载或卸除大部分活荷载，达到减少二次受力的影响，降低加固后结构新加受力钢材的滞后应变，使得加固后的新加受力钢材能充分发挥强度作用。

经过综合分析和多方案比较，确定采用粘贴钢板加固法比较合理。粘贴钢板加固法是采用结构胶粘剂将薄钢板粘贴于原结构构件的混凝土表面，使之形成具有整体性的复合截面，用以补充梁的配筋量不足，以达到提高其截面承载力的一种直接加固方法。其优点是施工简便快捷，原构件自重增加小，结构外形改变不大，建筑使用空间影响小；缺点是有机胶的耐久性和耐火性问题，加固用的钢板需要进行防腐、防火处理。粘贴钢板加固法适用于钢筋混凝土受弯、斜截面受剪、受拉及大偏心受压构件的加固。

加固方案：从图1中可以看出，新加L-1，L-2，L-3梁在不妨碍工人操作和使用的情况下，可以在拆除原除氧器基础后在原楼板上新浇砼梁，主要用于放新建除氧器，设计可用一般梁的设计方法设计，详见图1。

主框架梁KL-1在加上新荷载后，经过结构计算发现原钢筋混凝土梁受弯和受剪均不满足设计要求，需要进行加固（加固配筋计算从略）。按粘贴钢板加固法计算公式计算，确定钢筋混凝土梁上下均需要粘贴钢板，设计图见图2。加固后钢筋混凝土梁上下钢板之间用M14螺杆连接，上下部加固钢板和原梁之间应用高强度结构胶粘贴，放入的结构胶应经过检验合格符合国家标准后方可施工。粘钢加固基材必须坚实，粘结面不应有疏松、孔洞及风化等缺陷，施工前应对基材进行处理和打磨等，植筋钻孔时应尽量减少对混凝土梁和柱的破坏。上下钢板之间的M14螺杆按照箍筋计算，螺栓杆上端与上部钢板用螺帽连接并拧紧后焊死，螺杆下端与下部钢板焊接连接。从美观和防锈角度考虑在梁侧抹1:2水泥砂浆与螺杆找平。框架梁和柱在节点处，用钢板在梁端上下面各包柱一周并与梁端上下钢板焊接，用于传递梁端正负弯矩。

图1 除氧器位置加固图

图2 主框架梁KL-1加固修改图

加固方案确定后梁和柱的内力的计算方法一般有：（1）精确计算的方法。把整个主厂房框架梁、板、柱全部输入计算机，把荷载有变化的和没变化的全输入计算机，加上风荷载及地震设防要求用计算程序整体计算，对承载力不够的梁、板、柱进行加固；（2）简化计算的方法。当要加荷载不是很大时，只对要增加设备改造的楼层的梁、板、柱进行计算，对框架柱端及梁支座负弯矩进行适度调幅求出梁和柱要承受的弯矩和剪力等，对梁、板、柱进行加固计算和设计。本加固方案梁和柱的内力的计算方法按照第一种精确计算方法计算，并与按照第二种简化计算方法得出的结果进行对比，最后根据内力大小按照《混凝土结构加固设计规范》要求进行计算和设计。

5 结语

随着科学技术不断进步和新型施工技术的不断出现，混凝土结构加固设计计算理论、技术措施和应用材料会更加成熟完善。在加固改造工程中界面处理是很重要的，如果出现空鼓、脱落、“两层皮”等质量问题将关系到结构改造的安全性，因此设计的构造技术措施必须引起足够的重视。对建筑物进行加固时要从建筑的总体上有一个全面的把握，在结构构件和节点的处理上要符合现代结构设计理念和现行建筑结构设计规范的要求。