浅谈旧厂房改造中的木屋架修复再利用工艺

2021-11-05舒烈峰

建筑施工 2021年7期

舒烈峰

上海绿地建设（集团）有限公司上海 200083

1 工程概况

景德镇近现代陶瓷工业遗产综合保护开发续建项目位于江西省景德镇市陶溪川陶瓷文化创意园西南角，为原景德镇陶机厂旧址。本文涉及单体为原厂内建于20世纪50年代的5#厂房（铸造车间）。该厂房为单层3跨混凝土柱、砖墙混合承重结构，屋架为原木屋架结构体系。建筑设计要求保留原厂房木质屋架体系的风貌，改造后单体为N2（陶瓷博物馆）（图1、图2）。

图1 改造前厂房外观

图2 改造后外观效果

2 旧木屋架体系改造的难点

2.1 旧厂房的主要结构受力体系

工业厂房常见的结构一般为排架结构，受力体系依据传力顺序依次为屋面→屋架（吊车梁）→排架柱→基础。

屋架通过铰接将屋面荷载传给排架柱，吊车梁通过牛腿将荷载传递给排架柱，排架柱通过刚接将竖向荷载和弯矩传给基础。根据工艺与使用要求，排架有单跨和多跨。

2.2 主要受力构件加固方式的选择依据

在工业旧厂房改造成创意园区的改建设计中，原结构构件的装饰设计通常以尽最大可能保留工业元素为要旨。例如外墙的修旧如旧、清水饰面，吊车梁、牛腿的保留及涂料饰面等，无一不是为充分保留旧工业气息而做的装饰饰面设计。但是在主要受力构件的设计上还需遵循结构可靠的原则。

基础部分由于隐蔽于地下，故本文不作赘述；排架柱的一般加固方法通常有加大截面法和粘钢加固法，两者对构件的原风貌均毫无保留，通常装饰上都会进行饰面包裹处理。

而厂房屋架，尤其是原构件为木屋架的结构体系，由于受到旧工业厂房屋架体系多采用桁架结构、单层厂房改建加层后受层高影响、大跨度空间中顶面开阔的视野等因素的影响，屋架的桁架构件体系在建筑设计中很难接受大面积的饰面包裹效果，需要充分外露以最大限度地保留工业建筑元素。因此，在屋架体系的加固措施选择上应该以重节点、轻杆件的原则进行设计布局[1]。

3 圆木屋架体系加固修复技术

3.1 以检测鉴定结果作为加固依据

根据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》[2]、JGJ/T 488—2020《木结构现场检测技术标准》[3]，对厂房屋架的结构进行鉴定，鉴定包括以下内容。

3.1.1 结构体系

结构体系检查应根据建筑物存档的竣工图逐一核对构件的完整性，对于屋架体系应全数核对其构成构件。包括每一榀屋架的上下弦杆、斜腹杆、垂直腹杆，屋架间的水平支撑、剪刀撑、系杆、檩条、望板等，并检查杆件间连接节点是否存在构件缺失或损坏。

3.1.2 外观质量

木屋架外观质量鉴定应包括木材腐朽、虫蛀、裂缝以及节点连接情况，屋架平面内及平面外变形、下挠情况，连接件的锈蚀情况，并根据该建筑单体的使用功能，估测其在使用周期内是否经历高温、潮湿、化学性介质侵袭、自然环境的影响，及因此可能造成的不易被观察出来的质量缺陷。

3.1.3 构件截面尺寸

根据建筑物留存档案提供的构件截面尺寸，全数检查屋架各构件的现状截面是否尚在规范允许偏差范围内，并造册登记。

3.1.4 材料强度

木屋架体系的材料强度测定可按构件类型差异进行分类鉴定：水平支撑、系杆、檩条等连接构件可抽样拆卸后进行实验室力学性能检测；单榀屋架可采用整体吊装拆卸后搭建支撑的方式进行平面内抗压检测，检测时，对各杆件进行无负荷和有负荷情况下的形变测定。

3.1.5 整体评定

依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》的规定，上部承重结构的安全性等级，根据结构整体性和承载功能2个项目评定，并取其中较低的评定等级作为上部承重结构的安全性等级，必要时应考虑过大水平位移或明显振动对该结构系统或其中部分结构安全性的影响。

3.2 屋架节点的加固措施

节点加固主要采用双面加设绑接镀锌钢板的施工工艺，节点加固前，应对节点平面内几何尺寸做复位处理。

3.2.1 屋架与排架柱连接节点加固

屋架与排架柱的连接节点是将屋架上的荷载传递到结构柱的重要节点，在屋架加固中最为重要。

屋架上、下弦杆间通过螺杆自原木屋架梁垫起经下弦杆至上弦杆止，对穿连接。下弦杆水平方向两侧采用L形镀锌钢板加固，L形镀锌钢板底板与原木屋架梁垫通过螺杆连接，侧板用螺杆对穿连接。连接板顶头超出屋架弦杆端部并加装端板，连接板靠跨中侧预装内端板，作下弦杆加固端部杆件备用。需要注意的是，如木屋架弦杆截面为圆形的，须在加固前，在夹板安装侧预先将接触面刨平，以加大接触面，保证受力均匀。

3.2.2 屋架弦杆与腹杆的连接节点加固

普通腹杆与弦杆的加固采用镀锌钢板两侧对夹，对穿螺栓固定的方式。镀锌钢板宽度同构件截面宽度，沿构件方向镀锌钢板长度按构件间连接外接点起各向长200 mm。连接前在圆形构件安装镀锌钢板侧进行刨平处理，增大接触面。

如遇须做杆件加固的腹杆与弦杆连接加固，则弦杆的镀锌钢板夹板应使用П形的底板伸出侧板边100 mm，用于腹杆加固构件端部安装。在底板与腹杆构件间加装垫木，以承担腹杆加固杆件传递至底板的应力。

3.2.3 屋架腹杆间的连接节点加固

屋架腹杆交叉连接节点处，考虑到在各向荷载作用下，连接点X、Y轴向两侧形变不同于弦杆处类型简单，加固用夹板宜采用弹性模量与被加固构件较为接近的材料，比如硬木板材。加固时，在连接点两侧用螺杆对穿夹板固定，加固板材宽度同构件截面宽度，长度自连接点起各向200 mm左右，加固范围内构件截面如为圆形，应先将接触面刨平，加大受力面积。

3.3 木质杆件的加固措施

对于保留杆件，应对杆件裂缝做处理。当裂缝宽度小于3 mm时，可用嵌缝腻子勾抹严实；当裂缝宽度大于3 mm时，先用木条嵌补，并用耐水性胶黏剂粘牢；对于存在宽度大于3 mm干缩裂缝的屋架上弦杆和腹杆，除了进行嵌缝处理外，还应采用钢卡具进行箍紧加固处理。

对于腐朽、虫蛀、裂缝现象严重，不仅力学性能不能达到使用要求，观感也明显不符合设计要求的杆件应用新构件替换。

对于观感尚能符合设计要求，但力学性能不能满足使用要求的受拉杆件的加固：可在杆件两端以节点加固时预留的镀锌钢板端板作为端支座，增设螺杆，以共同承担拉应力。

3.4 附属构件的处理

对于处于隐蔽部位，或者视觉效果不明显的构件，可以采用换新处理，如檩条、望板等构件。

3.5 外观缺陷及修补

镀锌钢构件对旧木屋架构件连接点加固后，由于受加固面积较小，可以采用PVC材料对加固部位进行装饰包裹，并对PVC材料表面进行着色处理，以期达到与周边木构件面层处理后同色、同纹理的建筑饰面效果，尽最大可能还原旧建筑风貌，保留工业建筑元素。

4 工程实例

4.1 厂房现状

景德镇陶机厂5号厂房建于20世纪60年代，为单层3跨混凝土柱、砖墙混合承重厂房。该房屋东西向长78.32 m，南北向宽30.00 m，平面呈矩形，总建筑面积约3 803.5 m2，现厂房闲置。

东西方向共13跨，端跨柱距5.8 m，中间跨柱距6.0 m；南北方向3跨，南北两边跨跨度6 m，中间跨跨度18 m。中间跨由混凝土柱承重，南北两边跨由混凝土柱和砖墙混合承重。

厂房南、北外墙檐口高5.10 m，屋架跨中顶部高16.72 m，厂房未设置伸缩缝。厂房外墙设置1道圈梁，厂房在轴线15—17—B、15—17—C设置混凝土柱间支撑。厂房屋架均为木屋盖，其中北侧、南侧屋架为6 m跨木屋架，中部屋架为18 m跨木屋架，屋架纵向间距3 m，屋面为木檩条、木望板、石棉瓦。在2—3轴线、9—10轴线、18—19轴线、25—26轴线区域，相邻榀屋架之间有下弦水平支撑、上弦水平支撑，在27轴线山墙位置未设置屋架，每隔一榀屋架设置有垂直支撑。

4.2 检测鉴定

4.2.1 检测方式

1）外观检测。在屋架中部设置1根直径100 mm的圆形水平系杆，该系杆不连续，中部有断裂情况。

2）堆载检测。按检测方案抽样3榀屋架，拆卸支座后吊运至地面堆载支座处。支座采用一侧铰支、一侧滚支方式。将屋架垂直支设在支座上，并使两支座连线在屋架平面内。在平行屋架平面并距屋架1.5 m处的两侧分别搭设双层脚手架，脚手架近屋架平面内在与屋架上弦、天窗架上弦高度相同位置上布置檩条托，同时在两侧脚手架近屋架平面内架设脚手架立杆，架设模拟檩条，以确保5段（两侧屋架上弦、两侧天窗屋架上弦、屋架下弦）钢管能承受相应的检测荷载。

均布荷载以φ100 mm原木作为测试用檩条架设在上弦节点上，檩条上铺设测试用木质屋面板，采用统一灌装杂填土并经称重的蛇皮袋（每袋平均质量42.5 kg）作为堆载物，均匀堆放在屋面板上；集中荷载以φ50 mm钢管搭设的吊架吊挂在天窗节点上，采用同上蛇皮袋作为堆载物。

在本次检测过程中的弦长为：屋架单侧上弦约7 m、下弦约6 m，天窗架单侧上弦约3.5 m、下弦约3 m。

在本次检测过程中的检测荷载为：上弦分布标准荷载6.3 kN/m、极限荷载10.1 kN/m；下弦分布标准荷载2.0 kN/m、极限荷载3.2 kN/m；天窗集中标准荷载12.5 kN、极限荷载20 kN。

4.2.2 检测结果

1）标准荷载下的挠度。设计要求为标准荷载下跨中最大挠度（包括屋架自重造成的变形）不超过72 mm，实测结果为69.66 mm。

2）承载力检测结果。设计要求在极限承载力下，屋架不得出现相关规范标准中所述的破坏情况，实测满足设计的要求。

4.3 屋架加固处理方案

1）保留原有木屋架及气楼架。

① 全数拆卸至地面，进行全面维修加固，再逐一吊装就位。

② 保留木结构体系，对存在干缩裂缝的屋架上下弦杆、腹杆、垂直支撑、檩条、下弦附木进行嵌缝处理。当裂缝宽度小于3 mm时，可用嵌缝腻子勾抹严实，当裂缝大于3 mm时，先用木条嵌补，并用耐水性胶黏剂粘牢。对于存在宽度大于3 mm干缩裂缝的屋架上弦杆和腹杆，除进行嵌缝处理外，还应采用钢卡具进行箍紧加固处理。对于存在滑移现象的拼接节点，局部增设钢拉杆进行加固处理（图3），可将屋架接头处下垂部分顶高到原来位置，然后在拼接节点两端设置钢夹板和钢拉杆。

图3 钢拉杆加固处理示意

对于屋架下弦拼接节点处外，采用钢卡具进行箍紧加固处理（图4）。对于存在宽度大于5 mm的通长干缩裂缝或存在斜率超过10%的干缩裂缝的弦杆，除进行嵌缝处理外，还须用钢卡具进行箍紧加固处理。将屋架两端支座处附木向上顶紧，将松动的保险螺栓拧紧，并采用钢卡具将该节点进行箍紧加固处理。对存在锈蚀现象的钢拼接板、螺栓、螺栓垫板进行涂油除锈处理后涂刷防锈漆，将存在松动现象的螺栓拧紧，并将松动的扒钉钉牢。

③ 拆除原有已锈蚀的金属连接件、紧固件。

④ 对木屋架进行2个方面的加固：一是对下弦加固，主要采用2根下弦通长钢拉杆；二是对所有杆件连接点进行加固，主要采取双面加设绑接镀锌钢板。

⑤ 维修加固后的屋架下弦拼装时设置1%的预起拱。

2）自檩条以上部位，进行全面更新。

① 对拆除下来的已经腐朽焖烂、不能使用的原木檩条，全部改用新的原木檩条。

② 设置更新木材望板、屋面板、卷材防水及屋面瓦。

③ 拆除气楼两侧立面上原有的玻璃百叶木框窗，更新为中空Low-E玻璃铝合金电动排烟窗。

3）改造加强整个屋面体系的稳定性。新设屋架下弦、气楼下弦的型钢水平支撑；新设沿长墙方向的屋架纵立面型钢垂直支撑。

4）对于保留使用的旧木材构件，全数进行维修。

① 掺和一定比例的化学药剂（防白蚁）的腻子对木材裂缝、瑕疵处进行堵漏嵌缝处理。

② 中间层刷防火漆，其颜色可按现有旧木材本色进行电脑调配。

③ 外表面层再刷制一底一面的透明环氧保护漆。