某混凝土框架结构厂房加固与改造

某混凝土框架结构厂房加固与改造

陈出新

三亚市建设工程检验与房屋安全鉴定中心海南三亚572000

摘要：随着城市化、工业化建设进程不断加快，老旧厂房的使用安全问题愈发突出。此类厂房由于使用周期过长，内部工程设施老化问题较为严重，无论是建筑功能还是安全性能，均不再符合现代工业生产使用的实际需求。本文结合工业厂房改造实例，从工程概况、原建筑概况、改造要求以及建筑加固改造思路四方面入手，就混凝土框架结构的老旧厂房改造施工，发表几点看法，以供相关单位参考。

关键词：混凝土；框架结构；厂房；加固；改造

随着社会经济不断发展，我国城市化、工业化建设进程不断加快以及新技术不断应用，部分老旧厂房由于使用周期过长，其主要结构老化严重，无法满足现代化工业的发展需求而面临淘汰。与普通建筑相比，工业厂房建筑的规模更大、所用施工材料更多，如直接拆除将造成巨大的资源浪费，同时会对环境造成污染，不符合可持续发展的实际要求。因此，从老旧厂房的实际老化问题入手，结合工业发展实际需求，采用相应的加固和改造技术对现有厂房建筑进行改造，提高厂房的使用性能和安全性能，使其达到一定的发展要求，具有重要的现实意义。

一、工程概况

某厂区内拥有一幢混凝土框架结构的老旧厂房，建筑共有三层，原先用于石灰乳的制作设备。随着企业不断发展，原厂房需扩大生产规模，同时增设相应的环保设施。根据计划需拆除原厂房内所有的石灰乳生产设备，在厂区1层和2层分别设置2套深度废水处理回收装置，并将原厂房3层改为办公区域。在实际改造施工过程中，考虑到原有厂房的结构老化问题，以及厂房改造计划中的各项功能改造要求，对原有厂房的屋盖进行了更换，同时对建筑主要承重结构如梁、柱、板等进行了加固，并对原建筑地基进行加固处理。

二、原建筑概况

（一）地质条件分析

通过原厂区的工程地质勘察报告可知，该工程地基土综合划分为5个单元层。土层自上至下分别为①素填土、②淤泥质粉质粘土、③砂质粘性土、④强风化花岗岩和⑤中风化花岗岩。①素填土（Qml）层顶高程（现地面高程）为2.72~3.70m，层厚为1.80~3.60m，平均厚度为2.91m。②淤泥质粉质粘土（Q4mc）层顶埋深为1.80~3.60m，层顶高程为-0.50~1.12m，层厚为2.70~8.80m，平均厚度为4.70m。③砂质粘性土（Qel）层顶埋深为5.60~12.00m，层顶高程为-8.72~-2.66m，层厚为4.80~12.30m，平均厚度为9.13m。④强风化花岗岩（P-Tγ）层顶埋深为10.80~20.60m，层顶高程为-17.31~-7.88m，层厚为1.50~12.70m，平均厚度为5.09m。

⑤中风化花岗岩（P-Tγ）层顶埋深为18.60~24.50m，层顶高程为-21.24~-15.49m，层厚为8.60~14.20m，平均厚度为12.02m。

（二）地基处理分析

原厂区地基处理施工选用3000kN?m能量的强夯能级完成。厂区完成地基处理后，对地基进行了相关测试，详细测试结果如下所示：

地基湿陷性深度消除；γd（土的干容重）高于1.5g/cm3；Es（压缩模量）为11.05~11.80MPa；影响深度约为5.0m；地基承载力特征值[R]约为235.80~289.50kPa。强夯处理后，地基允许承载力特征值为230.0kPa。

（三）建筑物老化现状分析

该厂房建筑经过多年的运行使用后，其内部多处工程设施出现了明显的老化问题。经专业人员勘察，厂房现有的老化问题主要表现为以下几点：一，建筑1层大门设施出现多处老化损坏；二，屋盖结构存在多处预制大型屋面板损坏问题；三，建筑内部结构存在部分底面钢筋腐蚀问题和钢筋外露问题；四，建筑内黏土砖墙及现浇的钢筋混凝土梁、板和柱相对完好。

（四）原厂房的混凝土强度等级分析

根据原厂房的施工设计，其主要框架结构和梁板的混凝土标号为200号，现场检测结构显示，厂房原结构强度等级高于C20。

（五）建筑原基地外侧回填土承载力特征值分析

原厂房混凝土独立基础底面标高多为-2.5m，少数为-2.0m或-4.5m。经过强夯施工处理后，强夯面整平标高约为-3.67m，上述数据说明在独立基础施工过程中进行过相应的基坑回填施工。为方便基础加固施工，委托相应的专业单位对强夯后整平面进行了补充勘察，结构显示器允许承载力特征值为160.0kPa。

三、改造要求

（一）厂区内工艺设备要求分析

根据改造扩建计划，厂房内原有的石灰乳制备设备需全部拆除，并在1层和2层分别设置两套环保装置，综合建筑内部结构条件和改造要求，确定最终的设备布置方案。

（二）办公区域改造要求分析

根据改造计划，厂房原三层区域改为办公区域，为满足厂区办公的实际要求，在办公区域内划分出办公室及相关的辅助性房间等功能间。办公区内设置宽2.0m的走廊，层高3.5m，开间和进深分别为3.0m和4.0m。办公区隔墙和吊顶分别选用轻质隔墙和普通吊顶。

四、改造加固建筑物的思路

根据厂房改造计划，其结构和功能均发生了巨大的改动，为提高建筑的结构稳固性，新浇筑混凝土确定为C30强度等级。楼面施工则选用在现有钢筋混凝土楼板基础上，使用1：2水泥砂浆材料涂抹施工的方式进行，水泥砂浆面层厚度控制在20.0mm。

（一）屋盖改造分析

原厂房屋盖使用大型预制屋面板构成，其规格为6m×1.5m，永久荷载为3.50kN/m2。经过多年的运行使用后，原厂房屋盖面板损坏问题较为严重，尤其是底面存在大面积的露筋问题，维修难度较高，综合考虑多方面因素后，决定将其拆除，更换建筑屋盖。实际改造施工过程中，保留了原建筑屋盖梁，屋盖材料改用C型钢檩条和轻钢彩板，从而减轻质量2.92kN/m2。

（二）原建筑三层楼盖加固分析

1、原楼板加固及板洞封堵分析

原楼板加固施工选择在现有厚度100.0mm现浇200号钢筋混凝土板基础上，使用涂抹1：2水泥砂浆的方式进行，面层厚度控制在20.0mm。实际施工过程中，需先拆除现有的水泥砂浆面层，对原楼板上表面进行凿毛处理，并使用清水冲洗，清理表面杂物。清理完成后，在原混凝土楼板基础上，新浇筑厚度为50.0mm的混凝土共同形成叠合层，并完成双向钢筋网的布设施工，双向钢筋网规格为φ6@200。在上述施工操作过程中，施工人员需注意在混凝土浇筑施工前，在混凝土截面涂刷一道处理剂，以确保施工质量。

针对建筑中存在的石灰吊装洞，由于其规格相对较大7.7m×5.6m，其封堵施工选用在走廊隔墙下部增设250.0mm×500.0mm连续梁的方式，将其分隔为实际跨度小于3.65m的连续楼板，板厚约为100.0m。针对尺寸规格为4.52m×4.52m的三个小料斗洞而言，其封堵施工直接采用现浇钢筋混凝土双向楼板完成，板厚约为120.0mm。

此外，厂房建筑原梁与新增楼板底部纵筋连接方式，选择化学植筋连接，顶部钢筋需设置在建筑原板顶部纵筋上部区域，同时要与新增的双向钢筋网完成相互连接。

2、原楼盖梁加固分析

正式进行原楼盖梁加固施工前，需拆除加固梁表面存在的水泥砂浆面层，并凿除原混凝土梁、板表面存在的混凝土保护层，使其露出上部钢筋。在一过程中，施工人员需注意上部钢筋包含框架梁底部部分。加固施工仅针对少数存在承载力不足的框架梁和次梁进行。三层梁加固施工如下图所示，在原梁纵筋相距25.0mm处，增设HRB400级φ25的新加固纵筋，同时选用HRB400级φ12@300的加固箍筋。经过相应的测算，框架梁上下各需加固增高50.0mm，为提高施工质量、降低施工难度，使用高强无收缩灌浆料替代C30混凝土材料进行梁底施工。

图二三层梁加固施工示意图

3、处于2层以上的框架柱加固分析

原厂房经过改造加固后，新三层楼面的标高相对原楼面标高提高了50.0mm，永久荷载约为4.15kN/m2，相应提高了1.25kN/m2。如根据1kN/m2的标准考虑新增轻质隔墙，则建筑三层在改造加固处理后，其荷载标准值约超出原建筑2.25kN/m2左右，即使算上新屋盖减轻质量，仍有一定的余量。也就是说，经过加固改造后的新屋盖和三层楼盖相加的总荷载，低于原建筑屋盖及楼盖的荷载综合。

在三层楼板上虽然存在着几处较大的空口，但由于建筑改造设计是人工计算完成的，在进行柱相关的受力类型分析时，做出了一定的简化，致使不存在板洞开间的柱配筋设计等同于存在板洞开间的柱配筋设计，二者的配筋承载力均根据最大荷载标准进行计算。此外，原厂房三层为配合石灰乳生产，在18.5m标高位置设置有5t左右的单梁吊车，改造后该设备被全面拆除，故而建筑2层以上的总载荷得到了有效的降低。

与建筑原有框架柱截面相比，经过加固改造后，建筑的底层框架柱扩张了近一倍，而线刚度提升了近4倍。通过专业软件检测分析后可得，建筑2层框架柱配筋方案仍能满足加固改造后的3层建筑框架支撑需求。因此，2层楼面以上的框架柱无需进行加固施工处理。

（三）2层楼盖加固分析

根据建筑改造计划，2层楼面需布置各类工艺设备，经计算设备的荷载约为2980.0kN。因此，设备布置需在原有洞口全部封闭的状态下进行，原有建筑中的次梁无法发挥其效用，且柱和框架梁的承载力也不足以满足改造后的支撑需求。因此，综合对比考虑各方面因素后，施工单位决定拆除原建筑2层内的2层楼盖板和次梁，以及2层的外纵墙，根据设备现场布置需求，从新布置300.0mm×（800.0~1000.0）mm的连续次梁、现浇混凝土楼板、增加挑梁于外扩区域，并采用包裹加固的方法增加梁、柱的截面积。原有建筑中梁和框架柱的规格分别为400.0×1000.0mm和500.0×800.0mm，加固改造后器规格分别增加至600.0mm×1500.0mm和650.0mm×1200.0mm。与原有建筑2层楼面标高相比，加固改造后标高提升了250.0mm。

原框架梁位置的次梁底部纵筋连接选用化学植筋方法完成，同时适当进行焊接，以提高结构的稳固性。正式加固施工前，应在避免损伤原有钢筋的基础上，凿除框架梁和柱表面的混凝土保护层，使钢筋结构露于表面。

（四）基础加固分析

根据建筑改造方案，其1、2层由于增设了相应的环保设备，导致其实际荷载远高于原建筑，因此原有的建筑基础无法达到建筑改造的实际要求。根据相应的施工计算，综合厂房现场情况对原有基础进行了加固，使用条形基础替代原有的独立基础，其宽度为同一轴线内独立基础宽度最大值，相应增加几乎粗高度，并连接长基地钢筋使其成为整体的网状结构，

结语

混凝土框架式结构建筑是当前建筑的主要形式，我国部分工业建筑由于建筑时间相对较早，在长时间的使用过程中逐渐表现出一定的不适应性，并且随着现代工业不断发展，对于老旧工业建筑的使用功能也提出了更高的要求。可持续发展背景下，现代工业企业应充分发挥原有建筑的资源优势，综合自身发展需求，对其进行加固和改造，以提高厂区改造的经济效益、社会效益和生态效益。

参考文献

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