二手钢结构厂房改建中的结构加固施工技术

1 工程概况

原上海南市发电厂主厂房将被改建成为2010年上海世

博会主题展馆之一——未来探索馆，用于展示非物质、无形

的城市最佳实践。同时通过多项能源、生态建筑技术的引入，

力争达到国家三星级绿色建筑的标准，成为国内第一栋由老

厂房改建而成的三星级绿色建筑。

南市发电厂改建项目位于黄浦江畔，基地东、北两面分

别毗邻苗江路和花园港路，西、南两面分别为城市最佳实践

区全球城市广场和展馆区。

主厂房结构高度为49,8 m，原为4层框排架结构，改建

将在体型和高度不变的情况下，采用钢结构内部由4层增加

【作者简介】姚峰(1967一)，大学，工程师，项目经理。联系地

址：上海市虹口区梧州路289号(200080 o

【收稿日期】2009—05—24

至8层。改建后建筑面积为31 088 mZo改建过程中需要对部

分梁、柱构件、部分楼板以及部分设备、管道等予以保留。

主厂房改建主要内容是外立面和内部结构改造。拆除所

有外墙以及部分梁、板、柱结构；对桩基进行加固：对主体结

构进行加固：对屋面进行加固改造；安装工程(给排水、强电、

弱电预埋管、通风系统)；室外总体配套土建工程等。

结构加固的内容主要有对增层加设的钢梁和原混凝土

柱子连接处采用钢围套加固，对老结构柱子采用包箍加固和

增大截面加固，对部分柱子之间增加阻尼器以抵抗地震荷

载。

2 工程特点

2．1 老结构改建项目定位、复测工作量大

特点：本工程为老结构改建项目，由于老图纸的丢失，现

场需要对主厂房的标高和轴线位置进行重新测绘，测量的工

到良好的外观视觉效果，又可以节省大量外墙施工费用，与

自然景观有机结合，使场地具有多种发展的可能性，重新恢

复了场地活力。

在施工中我们利用原有外墙檩条作为支撑体系，将新增

角钢与保留檩条连接，在角钢上固定种植板，预先开设TL#R、

埋设滴水管，在开展前一个月可将成品种植包安装就位，确

保在展会期间使植物达到最好的观赏效果。

6 结语

改建工程的最大优点是节约工期和降低施工成本，这

在本工程中得到了充分的体现，由于利用了原来的钢屋架和

保留平台结构节约了约2 600 t钢材和840 m。左右的混凝

土，我们采用外墙绿化体系从而节约了大量外墙围护施工费

用，将景观水系结构引入室内，既满足了景观造型要求又可

在夏季降低室内温度节约大量制冷费用，强调“低技”生态，

’ ，

合理节能降温。上述操作，不仅为业主节约了大量固定设施

成本投入，也为会后改造利用做到了良好的铺垫准备工作。

一一

图6 改造前 图7改造后

姚峰、张柏祥：旧钢结构厂房改建中的结构加固施工技术 第7期

作量很大。

对策：在结构施工前，对主厂房的地面和各个楼层之间

的相对标高进行测绘，以提供给设计准确计算出整个建筑的

正负零位置，这样方可避免新、老结构面在标高上的差异。

在主体钢结构施工前，需要按照老结构的轴线位置进行

定位，对与设计图纸偏差较大处，应及时和设计联系；对轴线

定位，与老结构连接处，应按照老的结构轴网进行，必须以现

场实际测量的水平尺寸和实际标高进行控制。禁止直接采用

设计蓝图坐标进行定位。对不与老结构连接的新增钢结构，

按照钢结构蓝图轴网进行定位。

2．2 主厂房内拆除和结构加固相互影响

特点：现主厂房所有建筑外墙和室内隔墙均需要拆除，

建筑内部分的梁、板、柱拆除，厂房内部还有很多设备基础需

要拆除，拆除的工作量大i主厂房结构加固必须待结构拆除

之后完成，拆除施工必须保证结构的安全性。

对策：对主厂房内拆除和加固施工，必须按照拆除一部

分加固一部分的方法进行施工，以保证结构的安全。对一些

关键节点(梁柱节点)必要时采用静力切割的方式实施。

3 结构加固施工技术

3．1 钢围套

原南市发电厂主厂房为混凝土结构，改建增层采用钢结

构，需要在混凝土柱子上增加钢围套，以使得钢梁和混凝土

柱连接。钢围套见图l。

图1 钢围套详图

施工顺序：弹线一打孔一清孔一植胶一螺栓植入。

(1)弹线：根据钢梁的安装位置，定出钢围套的顶标高

和底标高，然后根据钢围套的详图定出螺杆孔洞的位置，在

定位孔洞时，应充分考虑避让老结构柱上的钢筋位置，钢围

套上的开孔应按照现场实际的孔洞情况进行制作。

(2)打孔：根据施工要求，在老结构上定位，打孔至要求

深度，在孔洞位置碰到老结构柱子钢筋时，适当将孔洞位置

背向钢梁腹板位置移动，在孔洞位置碰到老结构上预埋钢板

时，采用气割将钢板上开孔或者水钻的方式进行打孔。

(3)清孔：打孔后用吹气简吹净孔内粉尘、杂物、水渍。

(4)螺栓植入：把配制的胶料注入孔内，插入螺栓，螺栓

应用力插入孔底保证植入深度，表面少许溢胶为宜，胶料固

化前不得触动所植螺栓。

先安装4根化学螺栓，保证抗剪切满足钢梁自重要求，

在钢围套按照现场实际情况加工好后，将钢板安装固定后，

开始安装钢梁，在钢梁安装到位后，将剩余的化学螺栓补齐。

3．2 柱子包箍加固

本工程中对与新增钢结构连接的老结构柱子上采用柱

子包箍加固处理(图2、3)，并且外包150 mm厚钢筋混凝土。

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图2 角钢包箍加固柱1 图3 角钢包箍加固柱2

在包箍处理前，需要对老结构上的粉刷层去除，以增强

新老结构层的粘结性能，避免出现夹心饼干现象。

柱子包箍加固施工注意事项：

(1)配制乳胶水泥时，要求乳胶(聚醋酸乙烯乳液)含量

为水泥重的5鬈一10茗，加水适量，呈膏状体。

(2)采用乳胶水泥粘贴外包型钢时，应先在柱角(预先

应做处理)上抹厚5 mm的乳胶水泥，随即贴上角钢。为防止

角钢松脱，应用特制夹具在柱的两个方向将4根角钢与柱子

牢牢夹紧(夹具间距以500 mm为宜)，然后将扁钢(一8×

i00)箍与角钢焊接，并应交错施焊，防止过热，在乳胶水泥初

凝前必须完成。

(3)如上下柱子均需用此方法加固时，应使用通长角

钢，不要断开。

3．3 柱子增大截面加固

本工程混凝土增大截面加固主要是在包箍加固的混凝

土柱子上，外包150 mm钢筋混凝土，其做法见图4、5。

植筋人柱中

一

图4 增加截面加固柱1 图5 增加截面加固柱2

先打掉原柱的混凝土棱角，将柱子混凝土表面的残渣清

除干净、凿毛，并用水湿润，再刷水灰比为0．4的纯水泥浆一

遍。若新浇筑的混凝土壁厚小于i00 mm应采用细石配制，

最大粒径不超过2O mm，待混凝土初凝后应加强养护，保证

新旧混凝土良好结合，并防止空鼓开裂，混凝土强度等级

C30，用525号硅酸盐水泥配制。当混凝土壁厚大于i00 mm

时，骨料粒径亦应小于浇筑混凝土最小厚度的1／2及钢筋

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第7期 姚峰、张柏祥：旧钢结构厂房改建中的结构加固施工技术

最小间距的3／4。

3．4 阻尼器抗震加固

3．4．I 阻尼器性能

为了有效降低地震作用对主体结构的破坏，在南市发电

厂主厂房内设置了114组软钢制位移型阻尼器(图6)，设计

的阻尼器主要性能指标如下：

(1)阻尼器主消能水平方向的初始刚度值约为4．55 X

106 kN／m，阻尼器次水平方向(平面外)的初始刚度值应不小

于约为5．0X 10 kN／m。

(2)屈服力约为410 kN，屈服位移约为O．9 mm；

(3)阻尼器的尺寸要求：宽180 mmX高160 mmX长

1 350 mm。

(4)阻尼器采用软钢材质。

(5)阻尼器性能检测要求：阻尼器在±5．0 mm变形时，

往复加载6O圈；在±15．0 mm变形时，往复加载5圈；在±

40．0 mm变形时，应能经历3圈往复加载：经历上述连续往

复加载后，阻尼器的各项性能指标变化量应不超过±10％，且

不应有明显的低周疲劳现象。

委托阻尼器专业单位设计了一款免焊接的制震阻尼器，

并且与设计院提供的上述参数进行了比较，在初始刚度、屈

服力、屈服位移以及阻尼器的尺寸方面均满足设计的参数要

求。

在日本、英国等国家，阻尼器产品的设计的屈服力只要

在主体结构屈服力的±15％范围内即为满足要求，现我公司

提供的该款阻尼器在地震力达到4O．8 t的时候开始起作

用，在低于并且比较接近于结构的屈服力的时候，让阻尼器

发挥作用，降低对主体结构的