淺談舊廠房改造中的木屋架修復再利用工藝

2021-11-05 07:47:14舒烈峰

建筑施工 2021年7期

舒烈峰

上海綠地建設（集團）有限公司上海 200083

1 工程概況

景德鎮近現代陶瓷工業遺產綜合保護開發續建項目位于江西省景德鎮市陶溪川陶瓷文化創意園西南角，為原景德鎮陶機廠舊址。本文涉及單體為原廠內建于20世紀50年代的5#廠房（鑄造車間）。該廠房為單層3跨混凝土柱、磚墻混合承重結構，屋架為原木屋架結構體系。建筑設計要求保留原廠房木質屋架體系的風貌，改造后單體為N2（陶瓷博物館）（圖1、圖2）。

圖1 改造前廠房外觀

圖2 改造后外觀效果

2 舊木屋架體系改造的難點

2.1 舊廠房的主要結構受力體系

工業廠房常見的結構一般為排架結構，受力體系依據傳力順序依次為屋面→屋架（吊車梁）→排架柱→基礎。

屋架通過鉸接將屋面荷載傳給排架柱，吊車梁通過牛腿將荷載傳遞給排架柱，排架柱通過剛接將豎向荷載和彎矩傳給基礎。根據工藝與使用要求，排架有單跨和多跨。

2.2 主要受力構件加固方式的選擇依據

在工業舊廠房改造成創意園區的改建設計中，原結構構件的裝飾設計通常以盡最大可能保留工業元素為要旨。例如外墻的修舊如舊、清水飾面，吊車梁、牛腿的保留及涂料飾面等，無一不是為充分保留舊工業氣息而做的裝飾飾面設計。但是在主要受力構件的設計上還需遵循結構可靠的原則。

基礎部分由于隱蔽于地下，故本文不作贅述；排架柱的一般加固方法通常有加大截面法和粘鋼加固法，兩者對構件的原風貌均毫無保留，通常裝飾上都會進行飾面包裹處理。

而廠房屋架，尤其是原構件為木屋架的結構體系，由于受到舊工業廠房屋架體系多采用桁架結構、單層廠房改建加層后受層高影響、大跨度空間中頂面開闊的視野等因素的影響，屋架的桁架構件體系在建筑設計中很難接受大面積的飾面包裹效果，需要充分外露以最大限度地保留工業建筑元素。因此，在屋架體系的加固措施選擇上應該以重節點、輕桿件的原則進行設計布局[1]。

3 圓木屋架體系加固修復技術

3.1 以檢測鑒定結果作為加固依據

根據GB 50144—2019《工業建筑可靠性鑒定標準》[2]、JGJ/T 488—2020《木結構現場檢測技術標準》[3]，對廠房屋架的結構進行鑒定，鑒定包括以下內容。

3.1.1 結構體系

結構體系檢查應根據建筑物存檔的竣工圖逐一核對構件的完整性，對于屋架體系應全數核對其構成構件。包括每一榀屋架的上下弦桿、斜腹桿、垂直腹桿，屋架間的水平支撐、剪刀撐、系桿、檁條、望板等，并檢查桿件間連接節點是否存在構件缺失或損壞。

3.1.2 外觀質量

木屋架外觀質量鑒定應包括木材腐朽、蟲蛀、裂縫以及節點連接情況，屋架平面內及平面外變形、下撓情況，連接件的銹蝕情況，并根據該建筑單體的使用功能，估測其在使用周期內是否經歷高溫、潮濕、化學性介質侵襲、自然環境的影響，及因此可能造成的不易被觀察出來的質量缺陷。

3.1.3 構件截面尺寸

根據建筑物留存檔案提供的構件截面尺寸，全數檢查屋架各構件的現狀截面是否尚在規范允許偏差范圍內，并造冊登記。

3.1.4 材料強度

木屋架體系的材料強度測定可按構件類型差異進行分類鑒定：水平支撐、系桿、檁條等連接構件可抽樣拆卸后進行實驗室力學性能檢測；單榀屋架可采用整體吊裝拆卸后搭建支撐的方式進行平面內抗壓檢測，檢測時，對各桿件進行無負荷和有負荷情況下的形變測定。

3.1.5 整體評定

依據GB 50144—2019《工業建筑可靠性鑒定標準》的規定，上部承重結構的安全性等級，根據結構整體性和承載功能2個項目評定，并取其中較低的評定等級作為上部承重結構的安全性等級，必要時應考慮過大水平位移或明顯振動對該結構系統或其中部分結構安全性的影響。

3.2 屋架節點的加固措施

節點加固主要采用雙面加設綁接鍍鋅鋼板的施工工藝，節點加固前，應對節點平面內幾何尺寸做復位處理。

3.2.1 屋架與排架柱連接節點加固

屋架與排架柱的連接節點是將屋架上的荷載傳遞到結構柱的重要節點，在屋架加固中最為重要。

屋架上、下弦桿間通過螺桿自原木屋架梁墊起經下弦桿至上弦桿止，對穿連接。下弦桿水平方向兩側采用L形鍍鋅鋼板加固，L形鍍鋅鋼板底板與原木屋架梁墊通過螺桿連接，側板用螺桿對穿連接。連接板頂頭超出屋架弦桿端部并加裝端板，連接板靠跨中側預裝內端板，作下弦桿加固端部桿件備用。需要注意的是，如木屋架弦桿截面為圓形的，須在加固前，在夾板安裝側預先將接觸面刨平，以加大接觸面，保證受力均勻。

3.2.2 屋架弦桿與腹桿的連接節點加固

普通腹桿與弦桿的加固采用鍍鋅鋼板兩側對夾，對穿螺栓固定的方式。鍍鋅鋼板寬度同構件截面寬度，沿構件方向鍍鋅鋼板長度按構件間連接外接點起各向長200 mm。連接前在圓形構件安裝鍍鋅鋼板側進行刨平處理，增大接觸面。

如遇須做桿件加固的腹桿與弦桿連接加固，則弦桿的鍍鋅鋼板夾板應使用П形的底板伸出側板邊100 mm，用于腹桿加固構件端部安裝。在底板與腹桿構件間加裝墊木，以承擔腹桿加固桿件傳遞至底板的應力。

3.2.3 屋架腹桿間的連接節點加固

屋架腹桿交叉連接節點處，考慮到在各向荷載作用下，連接點X、Y軸向兩側形變不同于弦桿處類型簡單，加固用夾板宜采用彈性模量與被加固構件較為接近的材料，比如硬木板材。加固時，在連接點兩側用螺桿對穿夾板固定，加固板材寬度同構件截面寬度，長度自連接點起各向200 mm左右，加固范圍內構件截面如為圓形，應先將接觸面刨平，加大受力面積。

3.3 木質桿件的加固措施

對于保留桿件，應對桿件裂縫做處理。當裂縫寬度小于3 mm時，可用嵌縫膩子勾抹嚴實；當裂縫寬度大于3 mm時，先用木條嵌補，并用耐水性膠黏劑粘牢；對于存在寬度大于3 mm干縮裂縫的屋架上弦桿和腹桿，除了進行嵌縫處理外，還應采用鋼卡具進行箍緊加固處理。

對于腐朽、蟲蛀、裂縫現象嚴重，不僅力學性能不能達到使用要求，觀感也明顯不符合設計要求的桿件應用新構件替換。

對于觀感尚能符合設計要求，但力學性能不能滿足使用要求的受拉桿件的加固：可在桿件兩端以節點加固時預留的鍍鋅鋼板端板作為端支座，增設螺桿，以共同承擔拉應力。

3.4 附屬構件的處理

對于處于隱蔽部位，或者視覺效果不明顯的構件，可以采用換新處理，如檁條、望板等構件。

3.5 外觀缺陷及修補

鍍鋅鋼構件對舊木屋架構件連接點加固后，由于受加固面積較小，可以采用PVC材料對加固部位進行裝飾包裹，并對PVC材料表面進行著色處理，以期達到與周邊木構件面層處理后同色、同紋理的建筑飾面效果，盡最大可能還原舊建筑風貌，保留工業建筑元素。

4 工程實例

4.1 廠房現狀

景德鎮陶機廠5號廠房建于20世紀60年代，為單層3跨混凝土柱、磚墻混合承重廠房。該房屋東西向長78.32 m，南北向寬30.00 m，平面呈矩形，總建筑面積約3 803.5 m2，現廠房閑置。

東西方向共13跨，端跨柱距5.8 m，中間跨柱距6.0 m；南北方向3跨，南北兩邊跨跨度6 m，中間跨跨度18 m。中間跨由混凝土柱承重，南北兩邊跨由混凝土柱和磚墻混合承重。

廠房南、北外墻檐口高5.10 m，屋架跨中頂部高16.72 m，廠房未設置伸縮縫。廠房外墻設置1道圈梁，廠房在軸線15—17—B、15—17—C設置混凝土柱間支撐。廠房屋架均為木屋蓋，其中北側、南側屋架為6 m跨木屋架，中部屋架為18 m跨木屋架，屋架縱向間距3 m，屋面為木檁條、木望板、石棉瓦。在2—3軸線、9—10軸線、18—19軸線、25—26軸線區域，相鄰榀屋架之間有下弦水平支撐、上弦水平支撐，在27軸線山墻位置未設置屋架，每隔一榀屋架設置有垂直支撐。

4.2 檢測鑒定

4.2.1 檢測方式

1）外觀檢測。在屋架中部設置1根直徑100 mm的圓形水平系桿，該系桿不連續，中部有斷裂情況。

2）堆載檢測。按檢測方案抽樣3榀屋架，拆卸支座后吊運至地面堆載支座處。支座采用一側鉸支、一側滾支方式。將屋架垂直支設在支座上，并使兩支座連線在屋架平面內。在平行屋架平面并距屋架1.5 m處的兩側分別搭設雙層腳手架，腳手架近屋架平面內在與屋架上弦、天窗架上弦高度相同位置上布置檁條托，同時在兩側腳手架近屋架平面內架設腳手架立桿，架設模擬檁條，以確保5段（兩側屋架上弦、兩側天窗屋架上弦、屋架下弦）鋼管能承受相應的檢測荷載。

均布荷載以φ100 mm原木作為測試用檁條架設在上弦節點上，檁條上鋪設測試用木質屋面板，采用統一灌裝雜填土并經稱重的蛇皮袋（每袋平均質量42.5 kg）作為堆載物，均勻堆放在屋面板上；集中荷載以φ50 mm鋼管搭設的吊架吊掛在天窗節點上，采用同上蛇皮袋作為堆載物。

在本次檢測過程中的弦長為：屋架單側上弦約7 m、下弦約6 m，天窗架單側上弦約3.5 m、下弦約3 m。

在本次檢測過程中的檢測荷載為：上弦分布標準荷載6.3 kN/m、極限荷載10.1 kN/m；下弦分布標準荷載2.0 kN/m、極限荷載3.2 kN/m；天窗集中標準荷載12.5 kN、極限荷載20 kN。

4.2.2 檢測結果

1）標準荷載下的撓度。設計要求為標準荷載下跨中最大撓度（包括屋架自重造成的變形）不超過72 mm，實測結果為69.66 mm。

2）承載力檢測結果。設計要求在極限承載力下，屋架不得出現相關規范標準中所述的破壞情況，實測滿足設計的要求。

4.3 屋架加固處理方案

1）保留原有木屋架及氣樓架。

① 全數拆卸至地面，進行全面維修加固，再逐一吊裝就位。

② 保留木結構體系，對存在干縮裂縫的屋架上下弦桿、腹桿、垂直支撐、檁條、下弦附木進行嵌縫處理。當裂縫寬度小于3 mm時，可用嵌縫膩子勾抹嚴實，當裂縫大于3 mm時，先用木條嵌補，并用耐水性膠黏劑粘牢。對于存在寬度大于3 mm干縮裂縫的屋架上弦桿和腹桿，除進行嵌縫處理外，還應采用鋼卡具進行箍緊加固處理。對于存在滑移現象的拼接節點，局部增設鋼拉桿進行加固處理（圖3），可將屋架接頭處下垂部分頂高到原來位置，然后在拼接節點兩端設置鋼夾板和鋼拉桿。

圖3 鋼拉桿加固處理示意

對于屋架下弦拼接節點處外，采用鋼卡具進行箍緊加固處理（圖4）。對于存在寬度大于5 mm的通長干縮裂縫或存在斜率超過10%的干縮裂縫的弦桿，除進行嵌縫處理外，還須用鋼卡具進行箍緊加固處理。將屋架兩端支座處附木向上頂緊，將松動的保險螺栓擰緊，并采用鋼卡具將該節點進行箍緊加固處理。對存在銹蝕現象的鋼拼接板、螺栓、螺栓墊板進行涂油除銹處理后涂刷防銹漆，將存在松動現象的螺栓擰緊，并將松動的扒釘釘牢。

③ 拆除原有已銹蝕的金屬連接件、緊固件。

④ 對木屋架進行2個方面的加固：一是對下弦加固，主要采用2根下弦通長鋼拉桿；二是對所有桿件連接點進行加固，主要采取雙面加設綁接鍍鋅鋼板。

⑤ 維修加固后的屋架下弦拼裝時設置1%的預起拱。

2）自檁條以上部位，進行全面更新。

① 對拆除下來的已經腐朽燜爛、不能使用的原木檁條，全部改用新的原木檁條。

② 設置更新木材望板、屋面板、卷材防水及屋面瓦。

③ 拆除氣樓兩側立面上原有的玻璃百葉木框窗，更新為中空Low-E玻璃鋁合金電動排煙窗。

3）改造加強整個屋面體系的穩定性。新設屋架下弦、氣樓下弦的型鋼水平支撐；新設沿長墻方向的屋架縱立面型鋼垂直支撐。

4）對于保留使用的舊木材構件，全數進行維修。

① 摻和一定比例的化學藥劑（防白蟻）的膩子對木材裂縫、瑕疵處進行堵漏嵌縫處理。

② 中間層刷防火漆，其顏色可按現有舊木材本色進行電腦調配。

③ 外表面層再刷制一底一面的透明環氧保護漆。