旧厂房改造加固的设计分析

根据双柱联合基础设计原理及分析方法，对某旧厂房改造设计中新建钢框柱与原混凝土柱联合基础进行加固设计与分析。根据结构布置中不同柱间距及上部荷载条件，基于联合基础刚性假定，分别给出了锥形联合基础与梁式联合基础两种加固设计方案，对加固设计方法中的关键问题进行了详细的分析与总结，并结合该项目的设计环境给出了适用条件，可为同类工程提供必要的参考。

1概述

我国现行的国家规范、标准及相关文献中，对单柱扩展基础有基本的理论、设计方法及构造要求等。在独立扩展基础分析中，基于弹性理论分析，在竖向荷载作用下的基础，其基底应力分布并不均匀，实际的应力分布取决于基础自身的刚度和下部受力层土体。根据中国建筑科学研究院对竖向荷载作用下基础不同宽高比的板的力学试验分析，基于试验结果，对基础台阶高宽比不大于2．5的独立柱基可采用基底反力直线分布进行内力分析。双柱联合基础的设计，我国现行建筑地基基础设计规范没有具体的规定。国内外对双柱联合基础都有相关试验研究，对于矩形联合基础有一个基本假定:联合基础是刚性构件。

1)确定基础底面形心的位置，尽可能使其与两柱传给基础的荷载的合力作用点相重合，基底反力呈均匀分布，按地基承载力确定基础底面尺寸。2)分别对两柱柱下进行基础受冲切承载力及受剪承载力验算，以确定基础高度。

3)基于梁板设计理论，沿基础的纵向及横向(柱附近的一定宽度范围内)分别视为倒置的伸臂梁或悬臂梁，计算控制截面的弯矩以确定基础配筋。

2工程概况

某钢筋混凝土结构旧工业厂房，为双跨双坡形式，屋架为预应力混凝土折线形屋架，钢筋混凝土柱，柱下采用钢筋混凝土独立基础。厂房单跨跨度为24m，纵向轴距为6m，柱顶标高为7．2m。现根据生产需要拟对其进行改造加固后再利用。根据设计方案，拟在厂房内部其中一跨内新建二层钢框架结构，框架柱采用箱形截面柱，梁为焊接H型钢。改造项目所在地的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0．2g，为保证原混凝土结构厂房与新建钢框架结构抗震体系的协调，新建结构地上部分与原结构相互独立，新建钢框柱与旧厂房混凝土柱之间设置抗震缝，缝宽150mm;结构布置如图2所示。为满足功能需求，新建钢框架结构部分边柱与原厂房边柱及中柱距离较近，最小柱间距仅150mm，新旧基础相互影响。基于现有设计条件及相关理论，结合双柱联合基础设计方法，对新旧结构双柱联合基础加固设计方法进行分析，满足设计要求，完成改造工作。

3新旧结构联合基础加固设计方法

根据双柱联合基础的设计方法，对新旧结构共用基础的加固方法进行分析。共用新基础需要进行地基承载力计算、地基变形计算、基础受冲切承载力验算、受剪承载力验算以及底板配筋设计。

3．1地基加固与承载力验算。对于加固改造项目，原结构基础与地基已经相对稳定。地基承载力及变形计算时需要根据新旧结构受力特点、基础形式、施工条件综合考虑。常用的地基基础加固方法有很多种，如基础补强注浆加固法、加大基础底面积法、加深基础法、锚杆静压桩法、树根桩法等。结合本工程实际情况，当新增加部分荷载不大时，尽量利用原地基持力层作为加固基础的持力层，通过增大基底截面法，使加固后基础底面的平均压力接近原基础基底压力。确定基础底面形心的位置，尽可能使其与两柱传给基础的荷载的合力作用点相重合，基底反力呈均匀分布或梯形分布。这种加固方法施工简单，对原结构影响小，地基变形可控。

3．2基础受冲切承载力及受剪承载力。验算基础受冲切承载力及受剪承载力与基础截面高度呈线性关系，加大基础高度可以显著增大基础受冲切承载力及受剪承载力。3．3基础梁板配筋复核与加固。新旧结构共用基础基于联合基础设计理论，需要根据结构布置构建合理的分析模型。根据新建钢框架柱与原厂房柱之间的位置关系及荷载大小，分别采用不同的基础形式。当柱间距较小时，拟采用锥形联合基础;当柱间距较大时，可采用梁式联合基础。重新计算联合基础配筋并校核原底板配筋。

4新旧结构联合基础加固方案

4．1锥形联合基础加固方案。当柱间距较小时，采用锥形联合基础。新增钢框架柱与原排架柱在地面以下、基础以上部分形成刚度较大的联合短柱，根据其受力特点，可以采用独立扩展基础计算原理分析联合锥形基础的内力。根据两柱传给基础的荷载及地基承载力特征值，确定基础底面积及底板宽度a2的尺寸，尽量使荷载作用点与基础底面形心相重合，基底反力均匀分布且不大于原基底反力设计值。验算基础受冲切承载力及受剪承载力，复核联合基础高度h1，h2;为了减少对原基础的破坏，降低施工难度，可以适当加大基础高度，使联合基础底板配筋与原基础底板钢筋相同。加固后的底板配筋应符合最小配筋率的要求。联合基础短柱外围箍筋应根据两柱荷载大小计算，配筋应满足两柱柱底剪力及两柱轴力差值的作用。短柱顶面在两柱之间适当配置纵向钢筋，以满足特殊工况下两柱间的内力。

4．2梁式联合基础加固方案。当柱间距较大时，可采用梁式联合基础，如图4所示。新增钢框架柱与原排架柱间距较大，梁式基础受力类似于倒楼盖模型。两柱之间基础梁上部会出现较大的正弯矩，两柱之外悬挑部分有较大的负弯矩。当基础高度不小于1/6柱距时，基底反力可按直线分布，可采用连续梁模型计算内力。根据两柱传给基础的荷载及地基承载力特征值，尽量使荷载作用点与基础底面形心相重合，基底反力直线均匀分布，确定基础底面积及底板宽度a3的尺寸。根据连续梁受力特点，基础暗梁应在柱两侧尽量设置悬挑，以平衡柱底弯矩并减小柱间正弯矩值。梁式联合基础高度h根据基础内力计算，并满足构造要求。

5结语

1)改造项目中新旧结构柱的荷载与位置与联合基础选型关系较大，新建结构方案布置时应充分考虑现场条件、荷载大小及结构形式，采用合理的基础加固方案，保证加固设计的安全性、施工可行性及经济性。

2)锥形联合基础与梁式联合基础加固设计方法都是基于基础刚性假定，设计中应控制基础宽高比，保证基础刚度，满足基底反力呈线性均匀分布的设计条件。3)本文基于某旧厂房加固改造项目的实例给出了双柱联合基础设计的两种方案及适用条件，可为同类工程提供必要的参考。但是新旧建筑联合基础加固设计较为复杂，受到各种外界条件影响，设计时应充分考虑各种不利因素，因地制宜，合理分析，满足设计要求。

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浅谈工业厂房改造中的混凝土结构加固

通过上海能源大屯选煤厂主厂房工程进行加固，对框架梁柱加大截面法、框架柱外包钢加固法、框架梁底粘钢、梁板贴碳纤维复合材料加固法等各种混凝土结构加固技术特点及其适用场合的介绍,为实际工程合理地选择加固方案提供参考。对钢筋混凝土各种加固方法进行分析，从而为更好完成类似工程结构体系的加固改造方案提供经验。

1工程概况

上海能源大屯选煤厂主厂房始建于1979年，为多层框架结构，南北四跨，柱距7米，东西18跨，柱距7米，层高4~9米不等，总建筑高度33.40米。设计混凝土为200号（早期的混凝土强度标号），厂房由于年代久远，期间经历过多次工艺改造，导致内部结构荷载已经较原设计布置变化非常大，多处混凝土框架梁柱存在破坏迹象，经过中国建筑科学院上海分院进行结构鉴定，必须对该工程混凝土结构进行加固。

2该工程由于是工业厂房，内部生产设备早已就位，且厂方要求工程加固不能影响生产设备的正常运转，故该工程根据厂房内部设备空间和部位，采取了不同的加固工艺。

2.1混凝土框架柱加大截面加固法

加大截面加固法即包混凝土加固法,是通过在原混凝土构件外叠浇新的钢筋混凝土,增加构件的截面积和配筋,从而达到提高构件的承载力和刚度,降低柱子长细比,达到对原有构件进行加固的目的。采用加大截面法加固时,可根据原构件的受力性质、构造特点和加固要求不同,采取了单面加大、两面加大、三面加大和四面加大等构造形式。加大截面法是一种传统的加固方法,工艺简单,适用面广,可广泛用于梁、板、柱、墙等混凝士结构的加固,其优点是可以在提高构件承载力的同时增大其刚度和变形能力,部分情况下也可以加强连接的可靠性。但现场湿作业工作量较大,养护期较长,对生产和生活有一定影响。另外,截面增大,还存在施工时侧向稳定等问题,且加固后对原结构外观及房屋净空也有一定影响。

在进行混凝土构件截面加大施工中有一关键工序就化学植筋技术，植筋新技术是运用高强度的化学粘合剂，使钢筋、螺杆等与混凝土产生握固力，从而达到预期效果。施工后产生高负荷承载力，不易产生移位、拔出，并且密着性能良好，无需作任何防水处理。由于其通过化学粘合固定，不但对基材不会产生膨胀破坏，而且对结构有补强作用。施工简便迅速，安全并符合环保要求，是建筑工程中钢筋混凝土结构加固的最有效的方法。

2.2混凝土框架柱外包钢加固法

外包钢加固法是把型钢或钢板等材料包在被加固的钢筋混凝土构件外侧,通过外包钢与原有构件的共同作用,提高构件的承载力和刚度,达到加固的目的。此方法主要是通过约束原构件来提高其承载力和变形能力,可以大幅度提高构件的承载力,多用于柱子加固,也可用于梁的加固。对于矩形截面柱,一般在其四脚外包角钢,横向用缀板焊接成整体;对于圆形截面柱,多用扁钢加套箍;对于梁可仅在受拉边外包角钢加固。外包钢加固法又分为干式和湿式两种:干式外包法是角钢直接外包于被加固构件四周;湿式外包法是在角钢和被加固构件之间留有一定间距,中间浇筑混凝土,这实际上是一种外包钢和外包混凝土相结合的复合加固方法。湿式外包钢加固由于可大幅提高构件的承载能力,主要用来加固承受很大荷载的受压构件。外包钢加固法受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大;适用于在使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构构件加固。

2.3混凝土框架梁粘钢加固法

此法施工较为简单。一要特别注意对混凝土和钢板的表面处理。对于旧、脏严重的混凝土构件的粘合面，先用硬毛刷沾高效洗涤剂清洗，刷除表面油垢污物后用水冲洗，再对粘合面进行打磨，除去2～3mm厚表层，露出平整新面，将粉尘清除干净，再用丙酮擦拭表面；对于混凝土表面较干净的，则可直接对粘合面进行打磨，去掉1～2mm厚表层，使之平整，清去粉尘，再用丙酮擦试表面。钢板表面处理应根据其绣蚀情况，可用喷砂、砂布、砂轮机打磨，使钢板出现金属光泽，打磨纹路尽量与受力方向垂直，然后用丙酮擦拭干净。二要注意对胶粘剂的选择。目前国内市场建筑结构胶粘剂鱼龙混杂，对胶粘剂的选择一定要慎重。三要注意在配胶、粘贴过程中的细节。胶粘剂要严格按照说明书要求的比例配制，尤其是要掌握好固化剂的用量，搅拌要均匀，同时在粘贴时要保证粘贴面的饱满、密实。四要注意在固化阶段不能对钢板有任何扰动。

结构粘钢加固方法，与其他的加固方法比较，有许多独特的优点和先进性，主要有：

1、坚固耐用：经过多年来的工程实践，已经证明完全能保证加固工程的质量，结构的强度和刚度都能满足设计的要求。施工工艺精巧，质量优秀，工程合格率为100%。胶粘剂30年老化试验耐久性能满足要求。粘钢加固后的结构试验，也证明强度和刚度的设计方法是正确的和可靠的。

2、施工快速：在保证粘钢加固结构质量的前提下，快速完成施工任务，并能根据业务要求，在不停产不影响使用的情况下完成施工，受到用户的普遍赞扬。

3、简洁轻巧：与其它加固方法比较，粘钢加固的施工，干净利落，比较简便，现场无湿作业。完成加固后的结构外观不改变，比较轻巧，钢板薄，结构自重增加极微，不会导致建筑物内其他构件的连锁加固。

4、灵活多样：粘钢加固法的适应性很强，能够解决生产上和生活上各种有关问题。粘贴钢板的方案多种多样，灵活巧妙。还可粘贴型钢、加固钢结构及砖砌体结构等。

5、经济合理：由于施工快，避免或减少工厂停产时间，节约加固材料，与其它加固方法比较，粘钢加固的费用大为节省，经济效益很高。

2.4混凝土框架梁底碳纤维加固技术

碳纤维布加固技术是利用碳素纤维布和专用结构胶对建筑构件进行加固处理，该技术采用的碳素纤维布强度是普通二级钢的10倍左右。具有强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐久性强等优点。厚度仅为2mm左右，基本上不增加构件截面，能保证碳素纤维布与原构件共同工作。是近年来逐渐发展起来的混凝土结构加固新技术,与传统混凝土结构加固技术相比具有明显的优越性。

根据结构鉴定情况，对厂房内部分框架梁底和顶部进行粘贴碳纤维布，部分楼面由于工艺改造增加荷载，需要在混凝土板底粘贴碳纤维布。

外贴碳纤维复合材料加固法除具有粘贴钢板加固法的优点外,还具有很高的抗化学腐蚀能力和对被加固结构的保护能力,提高了结构耐久性;材料强度高,外贴加固用量少(厚度小);荷载增加极少,几乎不改变原有结构的外形和尺寸;施工便捷、施工周期短;加固时噪音小、灰尘少,对结构的使用环境影响较小。

仅仅依靠碳纤维片本身并不能充分发挥其强大的力学特性及优越的耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维片粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。因此，环氧树脂的性能是重要的关键之一。环氧树脂因类型不同而有不同的性能，适应于各个部位的不同要求。例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度；粘贴碳纤维片的环氧树脂易于“透”过碳纤维片，有很强的粘结力。依使用温度的不同，树脂还分为夏用及冬用类树脂。我公司使用的各类树脂规格及性能（包括底层涂料的规格及性能、环氧腻子的规格及性能、粘结树脂的规格及性能等均有详细表格资料、以备索取）。

浸渗粘着树脂除渗透到碳纤维片内，还具有粘着剂的功能。与腻子、底涂同样，必须具有把因载荷作用等在混凝土表面上发生的应变确实传递到碳纤维片上的力学性能。

3结束语

根据不同加固工艺要求，严格控制关键节点和工序，由于厂方生产设备正常运转施工，施工难度较大，且时间紧迫，因此，各方案的选择及优化就显得非常重要。在实际施工中，采用本文所述方案既满足了工期要求，又降低了施工难度，改造后的厂房运行至今，未发现任何异常现象，运行良好，取得了明显的经济效益和社会效益。

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厂房加固改造应满足哪些基本要求

厂房加固改造属于二次组合结构，因而涉及到厂房新旧结构共同受力的问题，厂房的加固效果主要取决于厂房加固改造公司实力水平，因此厂房加固改造应满足以下几个基本要求：

1.厂房加固设计应有专业人士负责；在厂房加固设计之前需要找相应的鉴定部门对厂房进行鉴定，而鉴定结果是厂房加固设计的重要依据之一。厂房加固设计需要面对很多不确定因素，要比新建厂房要复杂的多，并且还需要综合考虑业主的需求;因而，厂房加固设计不仅要具备较强的结构理论，而且还需要具备丰富的实践经验才能够更好的处理好厂房加固问题，提出科学合理的加固方案，从而实现预期加固效果。

2.加固设计应综合考虑构件与结构、局部与整体关系；如果厂房的某些构件不能满足安全使用要求时就需要进行加固处理，但容易忽略结构体系的加固，因而在厂房加固设计时应综合考虑整个结构体系的安全。如果部分构件加固不影响整体结构的受力性能，即可进行局部加固;如果整体结构不能满足安全使用要求时就要进行整体加固。另外一点就是在厂房加固时应尽量避免对工作和生活产生影响。

3.厂房加固应科学有序的进行；对于厂房加固改造时，应先治理后加固;如果由温度应力、收缩应力、地基不均匀沉降等原因对结构造成损坏时，在加固时应采取有效地加固措施，从根本上消除安全隐患，然后再确定加固处理时机，使其不会再加固后对结构造成二次伤害。

在厂房加固时应先卸载或部分卸载,卸载后按一定顺序实施加固;通常情况下，应先加固后拆除;先加固后开洞;先基础后柱、梁和板;先重要构件,后次要构件,最后做好保护与防护。

在进行厂房加固设计时，应和施工紧密结合，在厂房加固施工之前应讨论加固设计中的构造做法和施工要求，从而确保加固效果和降低成本。

老厂房改造中屋盖系统的加固心得

下面是中达咨询给大家带来关于老厂房改造中屋盖系统的加固的相关内容，以供参考。

一.选题背景及目的

对已有企业的挖潜改造是我国进一步发展生产的既定方针，在无锡某钢铁厂电炉车间扩建和改造工程项目中，由于生产能力扩大、旧设备更新、生产工艺调整、操作环境改善等因素，因此要求对旧有厂房进行必要的加固处理。本文仅对钢屋架加固进行简要探讨。

二.老厂改造工程的特点

（一）施工准备期短因为停产时间不完全由使用单位决定，故从决定大修到开工，其间往往只有一个月，甚至更短。

（二）工期受到严格限定一般需大修改造的车间，都是产值高的。因此要求加固改造所用时间越短越好。

（三）设计施工障碍多有旧设备基础、旧管线及设备，吊车等设施。

（四）工作内容多，施工难度大施工作业会出现立体交叉作业和各专业工种之间的平行流水作业，工作面狭小，施工操作空间紧张。

三.本工程改造的简要介绍

本工程为单层单跨排架体系，混凝土柱与重级工作制吊车梁，钢屋架，托架及支撑系统组成完整的空间受力体系，排架间距为18m,跨度为24m，檐口标高为21.3米，屋架间距为6m。本次改造位置处于两榀排架之间，由于混凝土柱及钢托架不是本次工程直接有关构件，且原有截面富余较多，经计算，均能满足设计要求。见附图1所示。

原有屋面采用了无檩体系，上铺大型屋面板，由于工艺要求，在电炉上方的3榀屋架上需加设抽风烟道----俗称象屋(有顶，有围护结构，有悬挂杆件)，这样就在屋面上出现了一个12x12米的洞口，其范围内的大型屋面板均需拆除（详见附图一），由于抽烟道的高度为10米，且因为实施新工艺后增加了集尘管（通风专业提供的钢管，自重为每延米1.5吨，活荷载为每延米3吨，支承在象屋上共计18吨的集中荷载）支撑于其上，故改造后新加荷载比需拆除的大型屋面板自重大。同时，原有设计采用无檩体系，现要改造为有檩体系，支撑系统需增加布置，这部分荷载也不能忽略。这样不仅钢屋架需重新计算，且与其有关的托架，柱，基础均需经过计算确定是否需加固，在设计时间上与甲方的要求相差较大，且甲方可能投入的成本过大，施工周期及施工难度均加大。在同甲方说明情况后，经过论证，决定通过两种方式实现改造，其一为加固，在进行计算后确定单榀屋架的单个构件的具体数值，其二为减荷，即经过计算，把大型屋面板的拆除范围扩大到象屋范围以外,共拆除屋面板44块，使得改造后屋架上的荷载总量值与原有大致相同，托架及柱，基础满足要求而不需加固。

四.钢屋架的加固设计

钢屋架由上弦，下弦，中间腹杆，支座端杆组成，本工程中钢屋架与混凝土柱间的连接分为两种，一种为钢屋架直接落在柱顶上，为铰接支座。另一种为钢屋架与托架铰接，托架与混凝土柱钢接。

由于原有钢屋架暴露在空气中，且已经使用了15年以上，尽管厂方对钢构架均会定期进行防腐防锈处理，但是空气及车间内的水蒸气，生产时产生的腐蚀气体对钢材的锈蚀是不可避免的，车间现场实地观测后，发现由于投入使用年数较多，屋架上下弦及腹杆均有程度不同的积灰现象，灰尘清除后，暴露出钢材其锈蚀现象与原来设想的情况大致相同，即上弦锈蚀情况最不严重，腹杆尚可，下弦的情况最不利，根据锈蚀情况，考虑钢材截面的削弱（计算假定按比原有钢材壁厚减小一个等级，如原为L125X8,现在按L125X6计算），对钢屋架重新计算后，3榀钢屋架均需加固方可满足要求。对上弦：由于有较多的集中荷载，处于受压区，且拆除了象屋范围内的屋面板，平面外计算长度需通过新增横向水平支撑得到保证，而横向支撑与上弦的连接也需新加节点板，故上弦为全长加铺t=10钢板。对下弦：由于此次加固均为高空作业，且屋架在大型屋面板拆除后其下弦仍有自重及施工荷载产生的拉应力，若采用仰焊，则焊接过程中施工人员操作难度增加，危险性较大，且施工质量难以保证。若采用高强螺栓加固，则对横断面的削弱使得加固后的安全储备降低，经比较，最后采用了沿长度方向在跨中左右各2个节间范围内底部加贴t=12钢板的方法，其与下弦的连接为沿角钢长度方向焊接。端腹杆与中间竖杆的连接采用加贴小角钢。

具体加固数据及形式详见附表1。

除此以外，由于加固时为夏季，该地区下暴雨及刮大风的可能性加大，留给施工的时间较短，厂房要求钢屋架的加固及象屋的安装必须在25天间完成，施工操作的可行性也必须予以考虑。

五.钢屋架加固的施工

加固时考虑到施工顺序及操作流程，与在工厂中制作好再运至工地拼装的一套有所不同。此次加固均为高空作业，且施工工期短，屋架处于受力状态，故在设计时考虑了受力特点后确定了施工顺序：一：拆除大型屋面板，增设临时支撑，保证改造部位的稳定，对钢屋架进行除锈防腐处理。二：根据图纸对钢屋架进行加固。三：屋架上下弦水平支撑和屋架垂直支撑的安装。四：象屋及集尘管的安装。象屋及集尘管均为新增加构件，可在工厂里制作完成。象屋设计成一个方形，通过立柱间的支撑组成几何不变的整体，由四角的8根拉杆固定在屋架上，

六.设计总结

由于此次屋架加固要求出图时间紧，设计难度较大，且是在车间未完全停产的状态下施工，故设计计算时适当的考虑了一些安全储备。改造加固设计要考虑：一：原结构支撑体系的改变和荷载的变化。二：设计时要综合考虑施工因素，在保证质量的前提下，尽量满足施工方便。经计算，此次改造，总共加固部分的用钢量为2.56吨，象屋部分的用钢量为38.4吨。

施工完成后，从现场反馈回的信息表明，工期，质量，用钢量都得到了保证，甲方比较满意。

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