摘要：工业厂房因勘察设计和施工的失误，非正常使用、荷载众多且使用环境恶劣等因素的影响，结构体系的承载力降低，严重影响结构的安全使用。厂房的改建比新建节约资源，且回收投资的速度快，使得结构加固工作变的尤为突出。本文结合湘潭市电机股份公司车间厂房的工程加固实例，并根据笔者多年来的工作经验，指出了旧工业厂房存在的主要安全问题及加固特点，为实际工程合理的选择加固方案提供参考。
关键词：旧工业厂房；结构加固；安全问题；改造特点
0 引言
近代建筑业的发展可以划分为三个阶段，第一阶段为大规模新建时期，这一时期建筑的特点是规模大，但是标准较低；第二阶段是新建与维修加固改造并重时期，在此阶段，新的建筑不断建设，过去的建筑需要维修和加固；第三阶段是现代化加固改造为重点的时期，由于昂贵的拆建费用以及对生活生产秩序和环境的严重影响，阻碍了新一轮的新建高潮，使得见效快、投资少的现代化加固改造不断发展。到1990年，美国用于建筑物维修和加固上的投资已占到建筑总投资约50%，英国为70%，德国为80%。在我国，统计数据显示，“一五”期间，用于改造资金仅相当于同期基本建设投资的4.2%，“三五”期间则达到27%，“四五”则为31.7%，“七五”期间增长到了54%，从数据的变化可以看出，国家用于旧建筑物的维修和加固的费用将逐步增加，特别是工业建筑。
工业厂房作为生产的基础设施，在建国初期建造的多数厂房陆续进入老化期，严重阻碍了生产的进步，限制了生产的发展，因工厂拆建费用高，这些旧厂房仍在使用。但大部分厂房存在安全问题，如出现大块混凝土掉落的伤人事件。根据统计资料显示，改建比新建可节约40%，缩短工期约50%，回收投资的速度比新建厂房快3～4倍[1]。为了维持正常的生产和节约资源，促进国民经济的快速发展，对旧工业厂房进行结构加固日益成为土木界的研究热点。
1 旧工业厂房存在的主要安全问题
经过调查研究及查阅相关文献资料，发现旧厂房主要存在以下安全问题：
①设计时，注重节省，其承载力富余较少，结构安全系数较小；
②由于当时施工条件的限制，浇筑混凝土的强度往往达不到设计强度，或强度离散性较大，使得结构安全系数进一步下降；
③混凝土构件在长期使用过程中，因风化和破损较为严重，导致构件有效截面面积减小，露筋和钢筋锈蚀，最终使得构件承载力降低；
④钢结构构件及连接件锈蚀，严重影响结构的承载能力；
⑤在使用过程中，由于实际荷载相对于设计荷载有所改变（如吊车起重量增大），引起结构承载力不能满足要求；
⑥混凝土屋面板风化严重，引起露筋及混凝土块掉落的现象；
⑦地基承载力不满足要求，引起基础下沉，房屋开裂；
⑧由于温度应力引起围护砖墙开裂；
⑨由于钢吊车梁截面太小，在吊车运行时会引起过大的振动，影响吊车的正常使用。
2 旧工业厂房改造的特点
经过调研发现，旧工业厂房改造的特点如下：
2.1 工期短。旧厂房加固改造的工期受到严格限定，一般需大修改造的车间，都是产值高，生产任务多，大多数旧厂房的改造不能停产，即要求边加固边生产。即使能停产，时间也非常短，因此加固改造所用时间越短越好。
2.2 设计施工难度大。原厂房有旧设备、旧管线、吊车等设施，加固改造时，许多设备不能移动，工作空间有限，大多数情况只能依靠小型机械施工。安全性要求高，许多设备非常贵重和精密，注意防火及高空坠物。故设计及施工前，需多次深入到现场仔细观察记录，制定出切实可行的设计和施工方案。 2.3 加固前要对原结构做检测。厂房使用时间长了，混凝土会出现碳化现象，钢屋架及钢筋会锈蚀，预应力混凝土的预应力会下降等，导致原结构及构件可能不安全，故设计前要做检测，检测资料是加固改造的基础资料。
2.4 按新规范加固改造。规范几年要修订一次，新规范更严谨，更安全，也更全面，旧厂房加固改造时要注意执行新规范。
3 实例
3.1 工程概况 湘潭电机厂线圈车间单层厂房，建于1971，跨度18米，长度84米，柱距6米，钢屋架，厂房为无檩体系，上铺大型屋面板，混凝土排架柱，原设计为预应力混凝土吊车梁，使用了30多年之后，改成了钢吊车梁，厂房主要生产电机产品。原厂房吊车为15吨，要求改造后厂房吊车的起重能力达到30吨。经过现场对厂房的基础、柱子、屋盖系统、墙体等进行结构检测，鉴定结果表明必须对该工程进行结构加固。
3.2 结构检测
经现场测量和检测，结果如下：
①对结构平面尺寸及梁柱截面尺寸采用米尺进行测量，结果表明厂房结构平面布置与构件尺寸基本符合设计要求。
②钢筋混凝土构件混凝土抗压强度钻芯取样法检测，如图1所示。检测中采用钻芯法取样，然后加工成试件在实验室内进行单轴压缩实验，如图2所示，确定混凝土的抗压强度，对原结构的混凝土强度做出正确的评价。混凝土抗压强度检测结果表明：柱混凝土立方体强度标准值为20.8Mpa，满足原混凝土设计强度值（原设计混凝土为200号）。基础混凝土立方体强度标准值为19.3Mpa，满足原设计强度要求。
③柱混凝土碳化深度最大值为16mm，小于混凝土保护层厚度。
④配筋情况的检测。钢筋仪探测结果显示构件内部配筋情况符合设计要求。
⑤排架柱变形和裂缝的检测。垂直度检测结果中，柱顶偏移最大值为18mm，符合国家现行规范规定，后期因吊车荷载加大，经验算原柱不满足承载力要求，排架柱需加固。
⑥原钢吊车梁按15吨吊车设计，吊车起重量增加至30吨后，对吊车梁的强度、刚度、稳定性、疲劳等进行了验算，验算结果表明吊车梁需要加固。
⑦屋架挠度测定。测量结果满足《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）的规定。由于原有钢屋架暴露在空气中，且使用年数较久，尽管厂方对钢屋架定期进行防腐防锈处理，但车间内含有大量的水蒸气，钢材的锈蚀是不可避免的。经现场实地观测，屋架上下弦杆及腹杆均有不同程度的积灰现象，灰尘清除后，暴露出钢材锈蚀现象，其中上弦和腹杆锈蚀情况不严重，下弦锈蚀的最严重。根据锈蚀程度不同，考虑构件截面的削弱，必须有针对性的采取加固措施，屋盖支撑是按旧规范设计的，规范已修改多次，故应按新规范增加屋盖垂直及水平支撑。
⑧屋面加固。因厂房使用年数较长，大型混凝土屋面板有一部分碳化较严重，屋面板板缝内掉灰，板局部有小块混凝土掉落的现象，对厂房内的生产工人造成安全威胁，故须对屋面板进行加固。
3.3 结构验算分析 根据现场检测结果和原厂房的结构施工图，采用PKPM2010结构设计软件对该厂房进行结构验算，结果如下：
①混凝土排架柱的上、下柱的截面配筋均不满足承载力的要求，柱纵筋和箍筋的布置不符合《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）的构造要求；
②排架柱牛腿的截面尺寸、配筋均不满足现行规范设计要求；
③因吊车起重量由原来15吨增至30吨，导致钢吊车梁和混凝土基础均不能满足承载力要求。
3.4 可靠性评定 依据《工业厂房可靠性鉴定标准》（（GB J144-90））[2]，对该厂房进行可靠性评定。
按照规范要求，对该厂房进行结构布置及支撑系统、承重结构系统、围护结构体系等三个方面十几个子项进行可靠性评级。其中，结构布置及支撑系统基本合理，评定为B级；承重结构系统项目评定为C级；围护结构体系评定为B级。可靠性综合评级为三级，可靠性不符合国家现行标准和规范要求，影响正常使用，个别项目必须立即采取加固措施。
3.5 结构加固措施 鉴于以上检测及可靠性评定结果，制定该厂房加固改造方案如下：
①基础加固。因吊车吨位增大，荷载增加，故须加固混凝土基础；
②排架柱承载力不满足要求。部分柱出现局部钢筋外露的现象，采用外包钢加固柱子；
③钢吊车梁加固方案。在原吊车梁的上翼缘用结构胶粘贴8mm厚的钢板，再用高强螺栓连接。在吊车梁的下翼缘增加“工”字形梁来扩大吊车梁的截面，采用结构胶和高强螺栓进行连接，以提高吊车梁的强度和刚度；
④屋架加固方案。钢屋架暴露在空气中，钢材锈蚀，根据锈蚀情况，对上弦及腹杆仔细清理灰尘和浮锈，刷一道防锈漆，再刷面漆。对于下弦仔细清理灰尘和浮锈，焊接两根L80X5角钢进行加固，刷一道防锈漆，再刷面漆二道，同时增加屋盖垂直及水平支撑；
⑤屋盖系统加固方案。清理板缝并将破损部分表面混凝土和浮渣清除干净，用聚合物砂浆修补平整，屋面板采用双向粘贴碳纤维布加固，双向碳纤维布由200g/m2单向编织碳纤维布粘贴而成。板纵肋和横肋采用3mm厚的钢板粘贴加固。
4 结论及展望
旧厂房使用时间较长，在加固之前宜做全面的结构检测，对厂房的整体乃至每根构件的结构安全必须做到心中有数。旧工业厂房加固的方法较多，必须仔细比较，本厂房采用扩大法加固基础，采用外包钢方法加固厂房排架柱，可以在车间不须停产的情况下进行加固施工，深受用户欢迎，本厂房加固改造后使用情况良好。
参考文献：
[1]张鑫，李安起，赵考重.建筑结构鉴定加固改造技术的进展[R].济南：中国力学学会结构工程专业委员会、《工程力学》编委会等单位联合主办，2010.
[2]中华人民共和国国家标准.工业厂房可靠性鉴定标准（GB J144-90）[S].北京：中国建筑工业出版社，1991.
[3]徐镇凯，袁志军，胡济群.建筑结构检测与加固方法[J].工程力学，2006，（23）：117-130.
[4]中国工程建设标准化协会标准，CECS25：90混凝土结构加固技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1990.
[5]唐民彦.植筋技术的应用特点和问题探讨[J].四川建筑科学研究，2003（29）：42-43.