城市中心既有工業建筑改造及保護研究

王 維

（上海建工集團股份有限公司，上海 200080）

隨著時代發展，舊工業建筑的改造如雨后春筍在各地出現，而眾多建筑師也在工業建筑的改造中嘗試不同的理念和手法。本文以工業建筑工程改造與再利用為實例，介紹在工業建筑改造過程中的核心施工技術。

本工程位于上海市黃浦江南延伸段地塊，北鄰龍耀路隧道，東靠黃浦江，西側為龍騰大道，南側為本項目 II 標段。本項目在原上海外灘西岸標志性的水泥加工廠基地中，保留了其中5棟具有歷史價值和藝術價值的工業建筑（構筑）物，其中位于本工程最北側的1號樓保留了原混凝土框架、肋環式鋼結構網殼和送料天橋，內部新增鋼框架結構。1 號樓作為上海市城市更新示范項目之一，在市中心城區既有工業建筑的改造與保護中具有探索意義。故在項目實施過程中，以1號樓的改造及保護作為研究，對類似工業建筑改建具有一定的借鑒意義。

1 1 號樓結構改造概況

1 號樓為保留建筑改建施工，在保留原廠房外框架前提下，內部新增鋼結構1F，新增鋼結構與保留結構同為球面體，其屋頂區域主鋼梁結構布置位置相同。鋼柱截面為250mm ×250mm ×20mm ×20mm～900mm ×800mm×45 mm×45 mm，鋼柱最長 16.7 m，單根柱最重為 17.8 t。屋架鋼梁截面為750mm ×600mm ×25mm ×25mm～1000mm ×800mm ×35mm ×40mm、 H400mm ×250mm ×10mm ×12mm～H800mm ×600mm ×20mm×30 mm，最大構件單位重量為 1.1 t/m。屋頂結構區域鋼柱底部設置盆式支座，且局部區域設置 BRB 屈曲支撐。屋面板和外墻已拆除，框架結構均保留。具體如圖1所示。

圖1 結構改造概況圖

根據原結構鑒定報告，屋面采用肋環式鋼網殼結構，肋梁采用 H 型鋼，截面尺寸為 H800mm ×300mm ×8mm ×16mm 和 H800mm ×250mm ×8mm ×16mm，環梁采用 H 型鋼，截面尺寸為 H700mm ×370mm ×14mm ×28mm 和 H600mm ×250mm ×8mm ×14mm；環梁和肋梁之間支撐桿采用圓形鋼管，截面尺寸為Φ219mm ×9mm，屋面檁條采用熱軋輕型工字鋼 I 14。屋面肋梁與環梁之間連接方式為剛接，肋梁與支撐柱之間連接方式為鉸接，撐桿與梁之間聯結方式為鉸接，檁條與鋼梁之間設置隅撐，檁條之間設置拉條。保留結構屋蓋部分鋼材材料為 A3或 AY 3。

新老結構采用同一軸網，根據設計提供圖紙，新屋面結構主梁和保留屋蓋結構主梁中心線與軸線重合。因保留屋蓋結構存在結構沉降和偏移，按設計提供定位圓心和軸網測量所得，實際保留屋蓋主梁中心線與軸線存在偏差。新老結構軸網定位如圖2所示。

圖2 鋼結構示意圖

2 改造施工難點分析

由于新建鋼結構位于老結構中，老屋蓋不拆除，故新建鋼結構的施工在空間上存在較大的限制。擬采用原位整體提升的施工工藝完成鋼屋蓋的安裝工作。鋼屋蓋在其安裝就位投影面下方利用胎架完成拼裝工作，如圖3所示。利用提升設備將鋼屋蓋提升至安裝位置，完成嵌補段連接后，即可拆除提升設備。

圖3 鋼屋蓋拼裝立面布置圖

3 鋼屋蓋拼裝施工技術

屋架鋼梁截面為750mm ×600mm ×25mm × 25～1000 mm ×800mm ×35mm × 40、H400mm ×250mm ×10mm ×12mm～H800mm ×600mm ×20mm×30 mm，最大構件單位重量為 1.1 t/m。

鋼屋蓋在位于安裝位置的地面原位拼裝，拼裝使用25t 汽車吊和70t 汽車吊逐個軸線拼裝，施工順序與外圍樓層鋼柱鋼梁相同。拼裝時中間設置四方架臨時支撐， 外端設置工字鋼臨時支撐。

先使用50t 汽車吊安裝臨時支撐系統，再使用70t 汽車吊安裝頂部井字鋼梁、主梁地面拼裝和主梁吊裝。主梁為弧形鋼梁，按屋蓋頂部斷開后，主梁長約 27.0 m，根據運輸需要再將主梁分段為 14.2 m 和 12.6 m。2 段散件運送至現場后，使用70t 汽車 吊位于安裝位置地面先平躺拼裝，拼裝位置設置路基箱和槽鋼作為胎架，拼裝成 27.0 m 整根鋼梁后，使用70t 汽車吊再次拼裝就位。拼裝工況如圖4所示。

圖4 使用70t 汽車吊拼裝大屋面主梁立面工況圖

4 鋼屋蓋提升施工技術

1 號樓新增鋼屋蓋位于老結構底部，新老結構屋蓋凈距為 640～1000mm，新增鋼屋蓋在安裝位置就地拼裝，拼裝時搭設臨時支撐作為胎架，拼裝采用25t 汽車吊和50t 汽車吊進行施工。鋼屋架拼裝在外圍樓層鋼結構施工至一半區域開始施工，待外圍樓層鋼結構全部完成施工后安裝提升支架和提升設備，待屋架拼裝完成后進行整體提升。提升方案需專家論證。

1 號樓新建結構大屋面結構為Φ60.0 m，高度 10.0 m 的穹頂鋼結構，安裝就位后最頂部標高為 25.483 m，重約500t，采用“鋼絞線承重，液壓千斤頂集群作業， 計算機同步控制”的提升安裝工藝。

（1）位于大屋面周圍18根鋼柱頂部設置提升架，布置穿心式液壓千斤頂及液壓泵站作為提升設備。以高強度低松弛鋼絞線為承力部件，承重鋼絞線通過液壓千斤頂夾具固定下垂，然后通過鋼絞線底錨與新增提升梁錨固。

（2）采用計算機多參數自動控制，令上下錨交替作業，向上提起承重鋼絞線，以鋼絞線傳遞動力，鋼屋蓋上升，控制液壓提升設備實現鋼屋蓋連續提升，將其提升至設計位置。應用液壓裝置對位校正后進行焊接固定。

（3）提升到位后，補缺鋼梁嵌補段、斜桿等。

提升架布置如圖5所示。

圖5 提升架布置圖

5 施工監測技術

為確保鋼屋蓋在整體提升施工過程中安全可控，有必要對被提升屋蓋結構、提升架結構以及提升設備等對象進行關鍵指標的監測。監測內容包括被提升屋蓋結構桿件的應力監測、提升架結構桿件的應力監測、提升力的監測、被提升屋蓋結構變形監測等。各監測內容的監測目的如表1所示。

表1 監測項目一覽表

施工監測測點包括應力監測測點和變形監測測點。

5.1 應力監測測點布置

針對被提升屋蓋結構和提升架結構，選出若干個應力水平較高的點作為應力監測測點。此處選取被提升屋蓋結構的臨時環向聯系梁，選取提升架的斜撐和支 承框架的橫梁作為應力監測的關鍵構件。

5.2 變形監測測點布置

選取兩榀拱形鋼架跨中節點（共4個）作為結構撓度監測測點，以判斷結構在提升過程中的安全性。選取各榀拱形鋼架跨端節點（共18個）作為變形監測點，水平變形用于判斷結構在提升過程中的安全性；標高用于控制被提升屋蓋的整體姿態，并確保提升時的同步性?？缰袦y點布置如圖6所示，跨端節點如圖7所示。

圖6 跨中測點布置圖

圖7 跨端測點布置圖

5.3 監測周期

監測周期自被提升鋼屋蓋拼裝起至鋼屋蓋提升到位結束，歷經鋼屋蓋拼裝、 鋼屋蓋提升就位和桿件補缺3個階段。

6 原保留結構保護

方案改造中，該建筑改為劇場使用，保持主體結構體系不變。根據使用功能的要求，在室內新建輔助用房及設備吊掛結構，新建建筑與原結構相互獨立。為了造型和使用要求，采用輕質屋面板替換現有屋面彩鋼板，屋面荷載有所增加。

根據保留建筑價值評估，該結構單體重點保護部位如下。① 外觀上穹頂屋面形式，建筑高度、外輪廓和金屬屋面形式需要保留。② 結構上原有鋼結構網架結構形式、大空間尺度以及原有鋼構件基本尺度需要保留。由此，對原有廠房鋼結構的表面防護工作尤為重要。

6.1 屋面鋼結構的除銹除漆

對原有廠房的油漆、鐵銹、灰塵等進行清除，為后續的表面油漆及防火涂料奠定良好基礎。

6.2 屋面鋼結構的表面防護

在鋼結構表面清理干凈后，對其表面進行的防護處理共4道防護漆。① 第1道：低表面處理環氧底漆。② 第2道：低表面處理玻璃鱗片中間漆。③ 第3道：防火涂料。④ 第4道：脂肪族聚氨酯面漆。

7 結語

本文以市中心既有工業建筑改造及保護為實施方針，在保留原廠房外框架前提下，內部新增鋼結構一層，新增鋼結構與保留結構同為球面體，其屋頂區域主鋼梁結構布置位置相同。介紹其在保留原有鋼結構下提升新增鋼結構施工技術，提升過程中的監測技術及原有鋼結構進行表面保護技術。為類似在市中心城市既有工業建筑的成功改造及保護方案提供了借鑒與參考。