單層鋸齒廠房改造加固結構設計
——以淄博萬杰紡織車間為例

敬玲，單體建，孔文龍（.淄博華藝建筑設計有限公司，山東淄博55000；.山東衡泰工程咨詢有限公司，山東萊蕪700）

0 引言

隨著我國城鎮化建設的加速及現代化進程的推進，很多老舊廠房雖然未達到使用年限，但其性能已不能滿足現在的使用要求，導致了近些年來老舊廠房改造加固工程的大量出現。通過對老舊廠房進行內部空間改造，轉化建筑功能及更新建筑立面，使既有建筑重新煥發生命力，成為城市中的新亮點［1］。

目前，國內已有較多老舊廠房改造加固的工程實踐。熊仲明等從結構的受力機理的角度對建筑結構改造后立面保護的方法進行了研究［2］；閆爭科重點分析了工業廠房中結構改造加固的主要設計［3］；曹淑上等對老舊工業廠房改造再利用成套技術進行研究［4］；陳婭芳等對普通鋼筋混凝土排架結構進行改造［5］；武乾等提出了工業廠房的改造加固應該基于改造后的用途和功能對不同的結構部件采取不同的改造方法［6］；劉明學等對京二棉廠鋸齒廠房抗震鑒定與加固設計進行了闡述［7］；淳慶等對南京色織廠鋸齒形廠房改造加固設計與施工進行了論述［8］。

鋼筋混凝土單層鋸齒形排架結構廠房是紡織行業常用的一種結構形式［9］，受力和構造有其特殊性。文章以淄博萬杰康復中心改造加固設計為例，對新建筑功能進行改造和整體加固及構件加固進行設計，擬為同類建筑的改造加固設計提供一定的參考。

1 工程概況

淄博萬杰紡織車間始建于1985年并一直使用至今，建設方擬將此建筑改造升級為康復中心。此次改造希望盡最大可能保留原建筑的工業質感，后續使用年限為30年。原建筑外觀及內部如圖1所示。原紡織車間分生產廠房和附屬用房2部分，分3期建設。中間生產廠房部分為鋼筋混凝土單層鋸齒形排架結構，四周附屬房屋為砌體結構，廠房和附房為一個整體，彼此之間沒有設置變形縫。原建筑平面圖如圖2所示。生產廠房結構柱距8 m×12 m，由鋼筋混凝土排架柱、預制風道大梁和三角架及預制混凝土圓孔板裝配而成，屋面為坡面預制板上覆蓋黏土瓦屋面；附屬房屋二層。建筑總長為190 m，總寬為120 m，建筑面積約2.2萬 m2，廠房建筑高度為9.1 m，附房建筑高度為5.7 m。抗震設防烈度7度，重點設防類。由于廠房建造時間早，圖紙和建設資料缺失，故而對紡織車間進行了現場鑒定，并出具了鑒定報告［10］。

圖1 萬杰紡織車間廠房原建筑圖

2 廠房改造加固設計

2.1 設計基本原則

廠房在改造加固設計中，以鑒定報告為依據，按照現行國家規范和行業標準、規程進行分析和承載力校核計算；注重結構的延性和整體性，保證構造合理，連接可靠；增設或改造梁、柱、支撐或其他構件時，避免或減少節點應力的加大和地震作用在原有構件間的重分配；保留和利用原有的結構和構件，避免不必要的拆除和更換。萬杰紡織車間因建設期間管理不善，很多地方未按當時的FJJ 102—84《棉紡織工業企業設計技術規定》［11］建造，造成結構整體受力上存在諸多隱患，為了解決這些問題，通過在風道內部和天窗處增加豎向支撐，屋面板下增加水平支撐等辦法，減少了屋面拆除，保證了縱橫向的穩定性，使整體受力性能得到提高。需要注意的是改造過程中應先做好支撐，再進行拆除和各種設備安裝。

2.2 建筑功能的改造

改造后的新建筑外立面因其鋸齒屋面特色鮮明，平面功能也發生了較大改變，改造后的平面及效果如圖3、4所示。主要功能布局為（1）出入院服務用房；（2）康復治療區的康復門診治療總床位數為305個，根據科室劃分為5個康復區域，分別為心血管康復區、腦血管康復區、皮膚骨科康復區、腫瘤康復區以及水療區，每個區域均相對獨立；（3）查體中心；（4）中藥制劑中心；（5）參觀展覽區。出入院門診人流通過西側門廳進入，參觀展覽區的人流通過東側門廳進入，中藥制劑中心人流通過北側入口進入，康復治療的水療區通過西側次入口進入，康復治療的各個區域通過開向室外通廊的次要出入口解決康復治療人員及醫護人員的出入。為解決人流流線增加了東西門廳及室外通廊。

功能的改變，需要對其結構相應改造。具體包括6個方面：

圖2 淄博萬杰紡織車間原建筑平面圖／mm

圖3 改造后的建筑平面圖／mm

圖4 改造后的建筑效果圖

（1）拆除廠房部分的內隔墻，用加氣混凝土墻板重新分割空間，滿足改造后的建筑功能。結合防火分區要求，防火墻砌至三角架或屋面板底部，其他隔墻砌至吊頂底。紡織廠房因要固定織機，地面為200 mm厚混凝土層，因此普通隔墻直接砌于地面之上，只對通廊的室內外分隔墻和墻體較高、荷載較大的隔墻做鋼筋混凝土條形基礎，同時采取措施保證墻體的穩定性。利用原地面200 mm厚混凝土層在其上做新地面，滿足找坡、保溫等要求。

（2）改造后的康復中心有多道直通室外的通廊，用通廊把平面分成多個功能區域。通廊有防火排煙要求，需要拆除對應的屋面，但考慮盡量不改變整個排架結構受力狀態，保留通廊對應的屋面三角架，僅間隔開間拆除三角架上預制板，每個拆除的開間保留連接三角架頂部和底部各2塊預制板，其余的全部拆除。

（3）改造后的康復中心增加了東、西2個門廳。東門廳需要拆除對應的3個柱距的附房，根據門廳寬度拆除預制屋面板及砌體至最近承重墻體或承重梁處，在此部分增加鋼結構單元，各結構單元之間用伸縮縫分開。西門廳也需要拆除對應的3個柱距的附房，另因風道大梁支撐在西側附房墻體上，需先拆除廠房臨近附房一跨上的預制板和風道大梁上的承重墻體，貼近西側附房內側墻體風道大梁下做鋼柱及基礎，鋼柱與風道大梁頂緊后，再根據門廳寬度拆除附房的預制屋面板及砌體至最近承重墻體或承重梁處。拆除完畢后風道大梁梁頭下做鋼筋混凝土柱，與支撐鋼柱澆為整體。在此部分增加鋼筋混凝土框架結構單元，多拆除部分用砌體結構補齊。

（4）原有附房部分除辦公室，還有配電室、空調機房、設備間等功能房間，有些房間因功能的原因，尺寸較小、平面不規整，建筑充分利用這些房間開發新的功能，最大程度減小了構件的拆除對結構的影響，僅根據新功能重新開門洞。

（5）原紡織廠房利用風道大梁及上下預制板形成的風道給廠房送風，在風道的底部預制板上開有很多條狀的風口，在防火分區部位對風道進行封堵，對風道大梁底部預制板上風口進行封堵，滿足耐火極限要求，對新加的風管穿墻部位進行開洞。

（6）原紡織廠房地面有許多排水地溝，對地面原有排水溝進行封堵，滿足防火要求。結合給排水專業要求，考慮消防主管、支管、噴淋等吊裝，對新加的地溝穿墻部位進行開洞。

2.3 廠房整體加固

（1）單層鋼筋混凝土鋸齒形排架結構廠房與砌體結構附房宜相互脫開，其間設置伸縮縫或抗震縫。改造前廠房及附房結構單元不明確，結構單元之間沒有用變形縫有效地分開。西側風道大梁支撐在370 mm厚附房的實心磚墻上，若在西側附房內側風道大梁下增加混凝土柱與附房部分分開，需要拆除的構件較多且施工難度大、加固成本高。東側附房砌體結構承重墻兼做鋸齒廠房山墻，與邊柱在同一軸線上，也需要拆除較多的構件，進行加固，考慮到經過30多年的使用未發現異常情況，兩側處都不再用伸縮縫分開。僅在西側支撐風道大梁的370 mm厚墻體上增加砌體混凝土組合柱，加強砌體結構剛度，讓兩側的剛度盡量均勻。

（2）單層鋼筋混凝土鋸齒形排架結構應采取有效的措施，保證廠房結構的穩定。風道大梁頂部擱置預制風道頂板，通過預埋鋼板與風道大梁相互連接，上面應澆搗50～80 mm厚鋼筋混凝土整澆層，上翻梁與風道大梁梁頂上預留鋼筋澆成整體。改造前廠房兩根風道大梁上的天溝板上無現澆整澆層，無法形成剛性整體。如結合屋面重新做保溫排水，將風道大梁上預制天溝板拆除，在風道大梁上植入鋼筋，重新澆筑整澆層，考慮需要拆除構件太多，屋面破壞較嚴重，且改造過程中整體穩定無法保證，改為在風道內加豎向支撐［12］，讓2道風道大梁有效地連為一體以保證整體剛度。風道大梁長為12 m，每4 m設置一個加強肋，在每個加強肋上做一道支撐，如圖5所示。

（3）單層鋼筋混凝土鋸齒形排架結構可利用鋼筋混凝土天窗框作為屋面垂直支撐，天窗框與三角架立柱、天窗框與天窗框之間通過鋼板電焊或螺栓有效連接。改造前廠房鋼筋混凝土預制窗框鋼筋外露、混凝土脫落嚴重，與三角架之間也無有效連接，已不能再作為側向支撐。故在保留了原鋼筋混凝土天窗這個建筑外觀的前提下，在廠房的端部和中部兩個三角架之間加垂直支撐，其余三角架之間加系桿來代替原來的支撐系統，如圖6所示。

圖5 風道支撐示意圖／mm

圖6 垂直支撐及系桿示意圖／mm

（4）因分三期建設造成了廠房部分南側為雙排柱，北側為單排柱，考慮到經過30多年的使用未發現異常情況，為減少對主體結構的擾動，維持現狀不再改為單排柱。

（5）附房沿廠房四周設置，長×寬為190 m×120 m，附房砌體結構超長。附房部分根據新的建筑功能，在增加東西門廳和通廊后已將砌體部分分成多個獨立的結構單元，超長問題得以解決。

2.4 構件加固

依據《淄博萬杰康復醫院有限公司生產廠房及附屬房屋改造加固鑒定報告》的鑒定結果，柱、梁和板混凝土強度C20，基礎混凝土強度C25；普通燒結磚MU10，砌筑砂漿強度M1.0；混凝土柱和梁主筋二級，箍筋一級，混凝土預制板配筋為φ4鋼絲，混凝土基礎配筋為φ12。所有構件箍筋均沒有加密區。根據后續使用年限30年，A類建筑［13］，確定風荷載 x30＝0.30+（0.45-0.30）×（3.4／2.3-1）＝0.37 kN／m2；雪荷載 x30＝0.20+（0.35-0.20）×（3.4／2.3-1）＝0.27 kN／m2；設計基本地震加速度0.081g［14］。按照 GB 50426—2007《印染工廠設計規范》6.5.1條計算簡圖［15］采用 7跨進行計算復核。

（1）板 屋面建筑做法不滿足現行保溫節能要求，結合新的屋面做法，增加厚為50 mm的C20細石混凝土整澆層，內配雙向6＠200鋼筋網，剔出板縫，縫內安置通長鋼筋12，上下各一根，用S勾＠250拉結，與板面雙向6＠200連成整體，增加屋面板的整體性，滿足抗震要求。利用原吊頂吊點及吊頂龍骨，更換輕質吊頂板。新做法盡量與原坡屋面預制板上面層做法中的荷載相當，預制板不再加固。

（2）三角架和風道大梁 屋面上設置太陽能熱水系統（面荷載0.45 kN／m2）和光伏電池板（面荷載0.2 kN／m2），沿三角架做支架，荷載由三角架承擔。三角架上做支墩與預制板整澆層連成整體，具體做法如圖7所示。噴淋主管支管風管吊裝在三角架上，面荷載0.3 kN／m2。經復核三角架及風道大梁承載力滿足要求，僅進行抗震加固，用粘貼碳纖維的方式在未箍筋加密區域進行加固處理。

圖7 太陽能支墩示意圖／mm

（3）排架柱 經復核，排架柱2個方向以及牛腿承載力均滿足要求，僅進行抗震加固。柱牛腿底以下500 mm和室內地坪以上500 mm及三角架立柱底面以上500 mm和斜梁以下500 mm范圍內箍筋均未進行加密，用粘貼碳纖維的方式進行加固處理。

（4）附房砌體

①一般墻體 對各自單元進行抗震計算，根據計算結果，對墻體采用鋼筋網砂漿面層加固或鋼筋混凝土板墻加固；磚砌平拱過梁進行加固處理。且在墻體交接處增設相互可靠拉結的配筋加強帶，不再另設構造柱及內圈梁。外墻圈梁為現澆鋼筋混凝土，不再增加圈梁。

②開裂墻體 對開裂墻體采用壓力灌漿和增設砂漿面層法進行裂縫修補和結構補強加固。

③新增加門洞 240 mm厚墻體增加＜2000 mm的門洞，在開洞墻面洞頂位置一側先剔深為100 mm、寬為15 mm墻縫，在墻縫內放入100×10，在墻體背面相同位置同樣放入100×10后，將洞口墻體清理干凈后，用240×120×10＠400將兩個角鋼底部焊牢。240 mm厚墻體增加≥2000 mm的門洞，在洞口兩側剔鑿墻縫，在墻體背面相同位置處鑿相同的墻縫，完成墻面鑿縫后，墻縫內放入18b。在開洞墻面洞頂兩側位置分別剔鑿墻縫，在墻縫內放入18b，分別與兩側槽鋼滿焊。將洞口墻體清理干凈后，用240×100×10＠300將三面槽鋼焊牢連成整體。

（5）基礎 屋面新增加太陽能和光伏電池板及噴淋和風管荷載均較小，經計算復核，基礎不需要做加大處理。水療區的水池考慮獨立柱基尺寸和深度，在獨立柱基中間區域加設水池，深度不超過獨立柱基。在水池挖深過程中，盡量減少對原有基礎及地基土的擾動。水池緊鄰獨立柱基的，對獨立基礎進行保護。

3 結語

我國已有建筑物加固設計正處于起步且發展迅速的階段，隨著建筑改造加固技術的發展，工業建筑改造亦成為不可或缺的重要部分。由于鋸齒形廠房具有鮮明的紡織工業的時代特征和藝術美感，建筑價值較高，應加以保護及再利用。隨著工業建筑改造加固的深入，改造加固設計在細節上更需要注重安全性、可靠性、可實施性和經濟適用性的完美統一。對萬杰紡織廠房的改造，根據具體情況及條件選擇合理的改造加固方案，增強建筑物整體性、改善構件受力狀況，使加固后的結構質量和剛度分布均勻，保證新增構件與原有構件之間連接可靠并具有協同工作的能力，在滿足使用功能的同時符合現行國家規范和行業標準、規程。結合實際施工條件等綜合因素，確定采取先做支撐再進行拆除的施工方式，保證施工過程中的安全性。最終實現改造加固后的建筑安全、經濟、適用、綠色、可持續。

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