工業(yè)廠房作為生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施，在建國(guó)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(wèn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)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(wèn)題
經(jīng)過(guò)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(wèn)題：
①設(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)較小；
②由于當(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；
③混凝土構(gòu)件在長(zhǎng)期使用過(guò)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；
④鋼結(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；
⑤在使用過(guò)程中，由于實(shí)際荷載相對(duì)于設(shè)計(jì)荷載有所改變（如吊車(chē)起重量增大），引起結(jié)構(gòu)承載力不能滿足要求；
⑥混凝土屋面板風(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(kāi)裂；
⑧由于溫度應(yīng)力引起圍護(hù)磚墻開(kāi)裂；
⑨由于鋼吊車(chē)梁截面太小，在吊車(chē)運(yùn)行時(shí)會(huì)引起過(guò)大的振動(dòng)，影響吊車(chē)的正常使用。
2 舊工業(yè)廠房改造的特點(diǎn)
經(jīng)過(guò)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(chē)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(chē)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(chǎng)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(duì)原結(jié)構(gòu)做檢測(cè)。廠房使用時(shí)間長(zhǎng)了，混凝土?xí)霈F(xiàn)碳化現(xiàn)象，鋼屋架及鋼筋會(huì)銹蝕，預(yù)應(yīng)力混凝土的預(yù)應(yīng)力會(huì)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(cè)，檢測(cè)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(chē)間單層廠房，建于1971，跨度18米，長(zhǎng)度84米，柱距6米，鋼屋架，廠房為無(wú)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(chē)梁，使用了30多年之后，改成了鋼吊車(chē)梁，廠房主要生產(chǎn)電機(jī)產(chǎn)品。原廠房吊車(chē)為15噸，要求改造后廠房吊車(chē)的起重能力達(dá)到30噸。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)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(cè)，鑒定結(jié)果表明必須對(duì)該工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。
3.2 結(jié)構(gòu)檢測(cè)
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和檢測(cè)，結(jié)果如下：
①對(duì)結(jié)構(gòu)平面尺寸及梁柱截面尺寸采用米尺進(jìn)行測(cè)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。
②鋼筋混凝土構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度鉆芯取樣法檢測(cè)，如圖1所示。檢測(cè)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(duì)原結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度做出正確的評(píng)價(jià)�；炷量箟簭�(qiáng)度檢測(cè)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(hào)）�；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(cè)。鋼筋儀探測(cè)結(jié)果顯示構(gòu)件內(nèi)部配筋情況符合設(shè)計(jì)要求。
⑤排架柱變形和裂縫的檢測(cè)。垂直度檢測(cè)結(jié)果中，柱頂偏移最大值為18mm，符合國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，后期因吊車(chē)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。
⑥原鋼吊車(chē)梁按15噸吊車(chē)設(shè)計(jì)，吊車(chē)起重量增加至30噸后，對(duì)吊車(chē)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(chē)梁需要加固。
⑦屋架撓度測(cè)定。測(cè)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(duì)鋼屋架定期進(jìn)行防腐防銹處理，但車(chē)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(chǎng)實(shí)地觀測(cè)，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(duì)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。
⑧屋面加固。因廠房使用年數(shù)較長(zhǎng)，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(duì)廠房?jī)?nèi)的生產(chǎn)工人造成安全威脅，故須對(duì)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(chǎng)檢測(cè)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(duì)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；
②排架柱牛腿的截面尺寸、配筋均不滿足現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)要求；
③因吊車(chē)起重量由原來(lái)15噸增至30噸，導(dǎo)致鋼吊車(chē)梁和混凝土基礎(chǔ)均不能滿足承載力要求。
3.4 可靠性評(píng)定 依據(jù)《工業(yè)廠房可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（（GB J144-90））[2]，對(duì)該廠房進(jìn)行可靠性評(píng)定。
按照規(guī)范要求，對(duì)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(píng)級(jí)。其中，結(jié)構(gòu)布置及支撐系統(tǒng)基本合理，評(píng)定為B級(jí)；承重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)項(xiàng)目評(píng)定為C級(jí)；圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系評(píng)定為B級(jí)。可靠性綜合評(píng)級(jí)為三級(jí)，可靠性不符合國(guó)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(cè)及可靠性評(píng)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(chē)噸位增大，荷載增加，故須加固混凝土基礎(chǔ)；
②排架柱承載力不滿足要求。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；
③鋼吊車(chē)梁加固方案。在原吊車(chē)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(chē)梁的下翼緣增加“工”字形梁來(lái)擴(kuò)大吊車(chē)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(chē)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(duì)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(duì)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；
⑤屋蓋系統(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(zhǎng)，在加固之前宜做全面的結(jié)構(gòu)檢測(cè)，對(duì)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(chē)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。
