摘要:工業(yè)廠房因勘察設(shè)計(jì)和施工的失誤,非正常使用、荷載眾多且使用環(huán)境惡劣等因素的影響,結(jié)構(gòu)體系的承載力降低,嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全使用。廠房的改建比新建節(jié)約資源,且回收投資的速度快,使得結(jié)構(gòu)加固工作變的尤為突出。本文結(jié)合湘潭市電機(jī)股份公司車間廠房的工程加固實(shí)例,并根據(jù)筆者多年來的工作經(jīng)驗(yàn),指出了舊工業(yè)廠房存在的主要安全問題及加固特點(diǎn),為實(shí)際工程合理的選擇加固方案提供參考。
關(guān)鍵詞:舊工業(yè)廠房;結(jié)構(gòu)加固;安全問題;改造特點(diǎn)
0 引言
近代建筑業(yè)的發(fā)展可以劃分為三個(gè)階段,第一階段為大規(guī)模新建時(shí)期,這一時(shí)期建筑的特點(diǎn)是規(guī)模大,但是標(biāo)準(zhǔn)較低;第二階段是新建與維修加固改造并重時(shí)期,在此階段,新的建筑不斷建設(shè),過去的建筑需要維修和加固;第三階段是現(xiàn)代化加固改造為重點(diǎn)的時(shí)期,由于昂貴的拆建費(fèi)用以及對生活生產(chǎn)秩序和環(huán)境的嚴(yán)重影響,阻礙了新一輪的新建高潮,使得見效快、投資少的現(xiàn)代化加固改造不斷發(fā)展。到1990年,美國用于建筑物維修和加固上的投資已占到建筑總投資約50%,英國為70%,德國為80%。在我國,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,“一五”期間,用于改造資金僅相當(dāng)于同期基本建設(shè)投資的4.2%,“三五”期間則達(dá)到27%,“四五”則為31.7%,“七五”期間增長到了54%,從數(shù)據(jù)的變化可以看出,國家用于舊建筑物的維修和加固的費(fèi)用將逐步增加,特別是工業(yè)建筑。
工業(yè)廠房作為生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施,在建國初期建造的多數(shù)廠房陸續(xù)進(jìn)入老化期,嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)的進(jìn)步,限制了生產(chǎn)的發(fā)展,因工廠拆建費(fèi)用高,這些舊廠房仍在使用。但大部分廠房存在安全問題,如出現(xiàn)大塊混凝土掉落的傷人事件。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示,改建比新建可節(jié)約40%,縮短工期約50%,回收投資的速度比新建廠房快3~4倍[1]。為了維持正常的生產(chǎn)和節(jié)約資源,促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對舊工業(yè)廠房進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固日益成為土木界的研究熱點(diǎn)。
1 舊工業(yè)廠房存在的主要安全問題
經(jīng)過調(diào)查研究及查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料,發(fā)現(xiàn)舊廠房主要存在以下安全問題:
、僭O(shè)計(jì)時(shí),注重節(jié)省,其承載力富余較少,結(jié)構(gòu)安全系數(shù)較;
、谟捎诋(dāng)時(shí)施工條件的限制,澆筑混凝土的強(qiáng)度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,或強(qiáng)度離散性較大,使得結(jié)構(gòu)安全系數(shù)進(jìn)一步下降;
、刍炷翗(gòu)件在長期使用過程中,因風(fēng)化和破損較為嚴(yán)重,導(dǎo)致構(gòu)件有效截面面積減小,露筋和鋼筋銹蝕,最終使得構(gòu)件承載力降低;
、茕摻Y(jié)構(gòu)構(gòu)件及連接件銹蝕,嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的承載能力;
、菰谑褂眠^程中,由于實(shí)際荷載相對于設(shè)計(jì)荷載有所改變(如吊車起重量增大),引起結(jié)構(gòu)承載力不能滿足要求;
、藁炷廖菝姘屣L(fēng)化嚴(yán)重,引起露筋及混凝土塊掉落的現(xiàn)象;
⑦地基承載力不滿足要求,引起基礎(chǔ)下沉,房屋開裂;
、嘤捎跍囟葢(yīng)力引起圍護(hù)磚墻開裂;
⑨由于鋼吊車梁截面太小,在吊車運(yùn)行時(shí)會引起過大的振動(dòng),影響吊車的正常使用。
2 舊工業(yè)廠房改造的特點(diǎn)
經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn),舊工業(yè)廠房改造的特點(diǎn)如下:
2.1 工期短。舊廠房加固改造的工期受到嚴(yán)格限定,一般需大修改造的車間,都是產(chǎn)值高,生產(chǎn)任務(wù)多,大多數(shù)舊廠房的改造不能停產(chǎn),即要求邊加固邊生產(chǎn)。即使能停產(chǎn),時(shí)間也非常短,因此加固改造所用時(shí)間越短越好。
2.2 設(shè)計(jì)施工難度大。原廠房有舊設(shè)備、舊管線、吊車等設(shè)施,加固改造時(shí),許多設(shè)備不能移動(dòng),工作空間有限,大多數(shù)情況只能依靠小型機(jī)械施工。安全性要求高,許多設(shè)備非常貴重和精密,注意防火及高空墜物。故設(shè)計(jì)及施工前,需多次深入到現(xiàn)場仔細(xì)觀察記錄,制定出切實(shí)可行的設(shè)計(jì)和施工方案。 2.3 加固前要對原結(jié)構(gòu)做檢測。廠房使用時(shí)間長了,混凝土?xí)霈F(xiàn)碳化現(xiàn)象,鋼屋架及鋼筋會銹蝕,預(yù)應(yīng)力混凝土的預(yù)應(yīng)力會下降等,導(dǎo)致原結(jié)構(gòu)及構(gòu)件可能不安全,故設(shè)計(jì)前要做檢測,檢測資料是加固改造的基礎(chǔ)資料。
2.4 按新規(guī)范加固改造。規(guī)范幾年要修訂一次,新規(guī)范更嚴(yán)謹(jǐn),更安全,也更全面,舊廠房加固改造時(shí)要注意執(zhí)行新規(guī)范。
3 實(shí)例
3.1 工程概況 湘潭電機(jī)廠線圈車間單層廠房,建于1971,跨度18米,長度84米,柱距6米,鋼屋架,廠房為無檁體系,上鋪大型屋面板,混凝土排架柱,原設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力混凝土吊車梁,使用了30多年之后,改成了鋼吊車梁,廠房主要生產(chǎn)電機(jī)產(chǎn)品。原廠房吊車為15噸,要求改造后廠房吊車的起重能力達(dá)到30噸。經(jīng)過現(xiàn)場對廠房的基礎(chǔ)、柱子、屋蓋系統(tǒng)、墻體等進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測,鑒定結(jié)果表明必須對該工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。
3.2 結(jié)構(gòu)檢測
經(jīng)現(xiàn)場測量和檢測,結(jié)果如下:
、賹Y(jié)構(gòu)平面尺寸及梁柱截面尺寸采用米尺進(jìn)行測量,結(jié)果表明廠房結(jié)構(gòu)平面布置與構(gòu)件尺寸基本符合設(shè)計(jì)要求。
、阡摻罨炷翗(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度鉆芯取樣法檢測,如圖1所示。檢測中采用鉆芯法取樣,然后加工成試件在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行單軸壓縮實(shí)驗(yàn),如圖2所示,確定混凝土的抗壓強(qiáng)度,對原結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度做出正確的評價(jià)。混凝土抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果表明:柱混凝土立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為20.8Mpa,滿足原混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度值(原設(shè)計(jì)混凝土為200號);A(chǔ)混凝土立方體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為19.3Mpa,滿足原設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。
③柱混凝土碳化深度最大值為16mm,小于混凝土保護(hù)層厚度。
④配筋情況的檢測。鋼筋儀探測結(jié)果顯示構(gòu)件內(nèi)部配筋情況符合設(shè)計(jì)要求。
、菖偶苤冃魏土芽p的檢測。垂直度檢測結(jié)果中,柱頂偏移最大值為18mm,符合國家現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定,后期因吊車荷載加大,經(jīng)驗(yàn)算原柱不滿足承載力要求,排架柱需加固。
、拊摰踯嚵喊15噸吊車設(shè)計(jì),吊車起重量增加至30噸后,對吊車梁的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、疲勞等進(jìn)行了驗(yàn)算,驗(yàn)算結(jié)果表明吊車梁需要加固。
、呶菁軗隙葴y定。測量結(jié)果滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)的規(guī)定。由于原有鋼屋架暴露在空氣中,且使用年數(shù)較久,盡管廠方對鋼屋架定期進(jìn)行防腐防銹處理,但車間內(nèi)含有大量的水蒸氣,鋼材的銹蝕是不可避免的。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地觀測,屋架上下弦桿及腹桿均有不同程度的積灰現(xiàn)象,灰塵清除后,暴露出鋼材銹蝕現(xiàn)象,其中上弦和腹桿銹蝕情況不嚴(yán)重,下弦銹蝕的最嚴(yán)重。根據(jù)銹蝕程度不同,考慮構(gòu)件截面的削弱,必須有針對性的采取加固措施,屋蓋支撐是按舊規(guī)范設(shè)計(jì)的,規(guī)范已修改多次,故應(yīng)按新規(guī)范增加屋蓋垂直及水平支撐。
、辔菝婕庸。因廠房使用年數(shù)較長,大型混凝土屋面板有一部分碳化較嚴(yán)重,屋面板板縫內(nèi)掉灰,板局部有小塊混凝土掉落的現(xiàn)象,對廠房內(nèi)的生產(chǎn)工人造成安全威脅,故須對屋面板進(jìn)行加固。
3.3 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算分析 根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果和原廠房的結(jié)構(gòu)施工圖,采用PKPM2010結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對該廠房進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算,結(jié)果如下:
①混凝土排架柱的上、下柱的截面配筋均不滿足承載力的要求,柱縱筋和箍筋的布置不符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)的構(gòu)造要求;
、谂偶苤M鹊慕孛娉叽、配筋均不滿足現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)要求;
、垡虻踯嚻鹬亓坑稍瓉15噸增至30噸,導(dǎo)致鋼吊車梁和混凝土基礎(chǔ)均不能滿足承載力要求。
3.4 可靠性評定 依據(jù)《工業(yè)廠房可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》((GB J144-90))[2],對該廠房進(jìn)行可靠性評定。
按照規(guī)范要求,對該廠房進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置及支撐系統(tǒng)、承重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系等三個(gè)方面十幾個(gè)子項(xiàng)進(jìn)行可靠性評級。其中,結(jié)構(gòu)布置及支撐系統(tǒng)基本合理,評定為B級;承重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)項(xiàng)目評定為C級;圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系評定為B級?煽啃跃C合評級為三級,可靠性不符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求,影響正常使用,個(gè)別項(xiàng)目必須立即采取加固措施。
3.5 結(jié)構(gòu)加固措施 鑒于以上檢測及可靠性評定結(jié)果,制定該廠房加固改造方案如下:
①基礎(chǔ)加固。因吊車噸位增大,荷載增加,故須加固混凝土基礎(chǔ);
、谂偶苤休d力不滿足要求。部分柱出現(xiàn)局部鋼筋外露的現(xiàn)象,采用外包鋼加固柱子;
、垆摰踯嚵杭庸谭桨。在原吊車梁的上翼緣用結(jié)構(gòu)膠粘貼8mm厚的鋼板,再用高強(qiáng)螺栓連接。在吊車梁的下翼緣增加“工”字形梁來擴(kuò)大吊車梁的截面,采用結(jié)構(gòu)膠和高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接,以提高吊車梁的強(qiáng)度和剛度;
④屋架加固方案。鋼屋架暴露在空氣中,鋼材銹蝕,根據(jù)銹蝕情況,對上弦及腹桿仔細(xì)清理灰塵和浮銹,刷一道防銹漆,再刷面漆。對于下弦仔細(xì)清理灰塵和浮銹,焊接兩根L80X5角鋼進(jìn)行加固,刷一道防銹漆,再刷面漆二道,同時(shí)增加屋蓋垂直及水平支撐;
、菸萆w系統(tǒng)加固方案。清理板縫并將破損部分表面混凝土和浮渣清除干凈,用聚合物砂漿修補(bǔ)平整,屋面板采用雙向粘貼碳纖維布加固,雙向碳纖維布由200g/m2單向編織碳纖維布粘貼而成。板縱肋和橫肋采用3mm厚的鋼板粘貼加固。
4 結(jié)論及展望
舊廠房使用時(shí)間較長,在加固之前宜做全面的結(jié)構(gòu)檢測,對廠房的整體乃至每根構(gòu)件的結(jié)構(gòu)安全必須做到心中有數(shù)。舊工業(yè)廠房加固的方法較多,必須仔細(xì)比較,本廠房采用擴(kuò)大法加固基礎(chǔ),采用外包鋼方法加固廠房排架柱,可以在車間不須停產(chǎn)的情況下進(jìn)行加固施工,深受用戶歡迎,本廠房加固改造后使用情況良好。
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