既有大型舊廠房主體結(jié)構(gòu)快速改造技術(shù)研究

宋一帆

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

1 工程背景

當(dāng)前中國鋼鐵行業(yè)陷入全面虧損的階段，結(jié)合上海城市發(fā)展的需要，寶鋼集團(tuán)提出結(jié)合自身特點(diǎn)加快轉(zhuǎn)型的發(fā)展策略，希望通過轉(zhuǎn)型得到新的機(jī)遇。2015年11月寶鋼集團(tuán)與上海市楊浦區(qū)簽訂共建科創(chuàng)中心重要承載區(qū)和“上海互聯(lián)網(wǎng)＋產(chǎn)業(yè)園”戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，改造利用寶鋼附屬的二鋼廠區(qū)及相應(yīng)設(shè)施，打造具有全國影響力的“互聯(lián)網(wǎng)＋”創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新示范產(chǎn)業(yè)園。

2 工程概況

二鋼廠位于上海市楊浦區(qū)，占地總面積約173 000 m2，已有建筑面積162 000 m2。目前先行開發(fā)的為東區(qū)，總用地面積為60 678 m2，改造后總建筑面積為129 262 m2，其中地上為117 762 m2，地下11 500 m2（圖1）。整個(gè)東區(qū)改造建設(shè)單位共劃分為4個(gè)標(biāo)段。

上海互聯(lián)網(wǎng)＋產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目東區(qū)三標(biāo)段工程主要由主軋加熱爐跨（2#廠房）、鋼坯跨（3#廠房）、辦公樓（15#樓）這3個(gè)單位工程組成?，F(xiàn)狀建筑面積約12 000 m2，改造后建筑面積約為31 000 m2，新增建筑面積約19 000 m2。

圖1 廠區(qū)示意（虛線為東區(qū)）

2#廠房為單層廠房，長約240 m，寬34 m，高度為23 m。結(jié)構(gòu)形式為單跨排架＋坡型屋架，排架柱及屋架均為鋼結(jié)構(gòu)，屋面及墻身均為彩鋼板。

3#廠房為單層廠房，長約120 m，寬24 m，高度為23 m。結(jié)構(gòu)形式為單跨排架＋三角形屋架，排架柱為混凝土柱，屋架為鋼結(jié)構(gòu)，屋面及墻身均為彩鋼板。

15#房為4層磚混辦公樓，長約18 m，寬11 m，高度為19 m。

目前3#廠房和15#房由于改造后功能定位未明確，目前僅停留在設(shè)計(jì)階段，故2#老廠房的改造施工是整個(gè)標(biāo)段的重中之重，且該廠房體量較大，能夠滿足建設(shè)單位先期亮化東區(qū)的基本要求。該廠房建造于20世紀(jì)80年代末期，其主要由軋機(jī)跨（主跨）、主電室（附跨）組成（圖2）。

根據(jù)改建圖紙描述，2#廠房軋機(jī)跨排架柱整體保留，其他構(gòu)件（墻面檁條、行車梁、鋼結(jié)構(gòu)屋架）全部拆除。然后在軋機(jī)跨內(nèi)新建4層鋼結(jié)構(gòu)框架及鋼結(jié)構(gòu)屋架。主電室新建3層鋼結(jié)構(gòu)框架（局部4層）及屋架，建筑總高度24 m（圖3）。

圖2 2#廠房80年代示意

圖3 2#廠房改造后示意

3 施工難點(diǎn)分析

根據(jù)原有設(shè)計(jì)資料及傳統(tǒng)施工工藝分析，2#廠房主體結(jié)構(gòu)（二結(jié)構(gòu)除外）原施工周期約為180 d（表1）。

表1 2#廠房主體結(jié)構(gòu)原施工周期

本工程于9月1日正式開工，若按部實(shí)施，施工周期將遠(yuǎn)超建設(shè)單位要求，甚至將跨越當(dāng)年春節(jié)。這將極大地影響建設(shè)單位以小帶大、以點(diǎn)畫圓的發(fā)展部署。故如何結(jié)合現(xiàn)場特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，在不增加造價(jià)的前提下滿足建設(shè)單位的工期目標(biāo)將至關(guān)重要。

4 設(shè)計(jì)方案及施工方案調(diào)整

針對(duì)本工程的特點(diǎn)、難點(diǎn)，在認(rèn)真熟悉改造內(nèi)容，了解設(shè)計(jì)意圖后，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，在得到設(shè)計(jì)單位同意的前提下對(duì)部分原有的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了調(diào)整，大大地減少了施工周期。除此之外，我方還根據(jù)現(xiàn)場情況修改施工工藝，為優(yōu)化工期提供第2層面的支撐[1-4]。

4.1 拆除工程工期優(yōu)化

按2#廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，原方案采用分解＋吊裝的拆除工藝，屋面拆除先是在屋面底部搭設(shè)滿堂支撐架，人工上操作面進(jìn)行構(gòu)件分解，然后利用大型吊機(jī)將構(gòu)件吊運(yùn)至地面。此種做法雖然在安全層面能夠做到無瑕疵，但是在工期和造價(jià)方面均沒有優(yōu)勢(shì)。第一，大面積的滿堂支撐架搭設(shè)，既耗費(fèi)人工也耗費(fèi)時(shí)間，最重要的是室內(nèi)構(gòu)筑物拆除完畢后需先將材料清理干凈，方可有搭設(shè)架體的條件；第二，由于2#廠房高度約24 m，哪怕屋架構(gòu)件并不大，也還是需要使用大型的起吊設(shè)備方可進(jìn)行材料吊運(yùn)。為此，我公司經(jīng)過研究后選擇使用鷹隼式液壓剪刀機(jī)對(duì)2#廠房鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除，本工程選用日立450長臂液壓剪配TCF-60A剪刀。該機(jī)械有效作業(yè)高度28 m，機(jī)身加機(jī)械臂總長度為30 m，本工程建筑最高點(diǎn)為24 m。因此，在拆除建筑最高點(diǎn)時(shí)機(jī)械停放的位置距拆除點(diǎn)可以達(dá)到18 m，機(jī)械操作臂施工角度為380°，而且機(jī)械施工時(shí)逐步向前推進(jìn)，不進(jìn)入建筑內(nèi)部，使機(jī)械有足夠的避讓空間。此外，360°剪刀旋轉(zhuǎn)，既可以控制拆除構(gòu)件向建筑內(nèi)部掉落，也可以控制拆除水平構(gòu)件時(shí)，在構(gòu)件一端被剪斷并呈豎直狀態(tài)后再徹底剪斷另一端節(jié)點(diǎn)，使構(gòu)件豎直掉落。同時(shí)考慮構(gòu)件垂直掉落產(chǎn)生的噪聲或彈跳后的二次隱患，我方在面層上增加了黃沙包，有效地避免了施工噪聲。整個(gè)屋架及墻面拆除施工僅花費(fèi)4 d，室內(nèi)結(jié)構(gòu)拆除5 d，剩余時(shí)間為材料清理共計(jì)6 d，一共耗費(fèi)時(shí)間為15 d（圖4、圖5）。

圖4 剪刀機(jī)作業(yè)

圖5 作業(yè)完成后

4.2 樁基工程工期優(yōu)化

按設(shè)計(jì)意圖，原本擬定采用靜壓錨桿樁來進(jìn)行工程樁施工，錨桿樁利用原廠房地坪進(jìn)行作業(yè)，但是我方進(jìn)入現(xiàn)場后發(fā)現(xiàn)2#廠房內(nèi)部存在大量深淺不一的設(shè)備基礎(chǔ)及暗池。錨桿樁樁架無法適應(yīng)現(xiàn)場場地條件。此外，為了匹配計(jì)劃要求，前期錨桿樁樁架數(shù)量為8～10臺(tái)，每2臺(tái)樁基需配置1臺(tái)鎬頭機(jī)進(jìn)行地下清障（清障過程中可能會(huì)破壞錨桿樁樁架固定的地坪和堆樁場地）。故錨桿樁樁基施工對(duì)場地條件及工期都有一定的要求。我方經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，2#廠房凈空高度約23 m，若將2#房按設(shè)計(jì)要求拆除完畢后，大型的靜壓樁樁機(jī)完全可以在廠房內(nèi)部進(jìn)行靜壓樁施工，這樣可以將清障和壓樁根據(jù)施工流程進(jìn)行流水布置，使整個(gè)場布的壓力最小化，此外整個(gè)沉樁的工期將從原先的20 d壓縮至10 d（圖6、圖7）。

4.3 原主體結(jié)構(gòu)排架柱改造工期優(yōu)化

由于排架柱加固施工的快慢直接影響后續(xù)新建鋼結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度，故如何加快排架柱的施工至關(guān)重要。

圖6 清障作業(yè)

圖7 壓樁作業(yè)

現(xiàn)場存在幾個(gè)問題：第一，由于排架柱之間存在新增的地梁，故基礎(chǔ)施工時(shí)，排架柱的改造腳手架將受其影響無法搭設(shè)；第二，老結(jié)構(gòu)除銹、防火防腐涂料施工難度極大，且質(zhì)量無法控制；第三，排架柱為鋼格構(gòu)柱，若大面積包鋼施工，為了控制其焊接變形，勢(shì)必分段電焊，這又大大增加了施工工期。

首先，我方在排架柱周圍對(duì)原土進(jìn)行夯實(shí)，然后在腳手架搭設(shè)區(qū)域澆筑了厚100 mm的C25混凝土硬化地坪，根據(jù)地梁的分布情況，布置排架柱的腳手架立桿，若立桿必須設(shè)置在地梁位置處，則在地梁上方增加1根18#工字鋼，使立桿可以在該位置放置，從而解決腳手架排腳的問題。對(duì)于第二、第三個(gè)問題，我公司直接建議結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取消排架柱的包鋼及防火防腐涂料的施工，用最簡單的外包混凝土來替代。這樣施工起來既簡單又快捷，還能減少對(duì)后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)施工的影響[5-7]。

整個(gè)排架柱共分3次進(jìn)行混凝土外包施工，第1次施工標(biāo)高為5.450 m，第2次施工標(biāo)高為13.250 m，第3次施工至柱頂。由于排架柱柱筋所在位置與原圖紙描述不符，其位置在杯口基礎(chǔ)底部，而非4.480 m，故根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，我方分為4個(gè)步驟還原了設(shè)計(jì)工況，使后續(xù)施工如期進(jìn)行。

第一步：沿混凝土柱子外口將保護(hù)層進(jìn)行剝離，探明柱子主筋所在位置。

第二步：在探明的主筋位置處，植入新增配筋。

第三步：將植入的鋼筋與原有鋼筋接長至5.45 m標(biāo)高處，由于僅鑿除了100 mm保護(hù)層的厚度（鑿多了怕杯口壞掉），故無法進(jìn)行機(jī)械連接，所有的鋼筋連接為電焊，且單面焊（設(shè)計(jì)認(rèn)可）。

第四步：澆筑細(xì)石混凝土至5.450 m標(biāo)高處。

除了5.45 m節(jié)施工周期為8 d，其余施工周期均為6 d?？偸┕すて跒?0 d，且腳手架搭設(shè)工期在基礎(chǔ)施工工期內(nèi)，不占用絕對(duì)工期（圖8、圖9）。

4.4 主體新建鋼結(jié)構(gòu)工期優(yōu)化

本次鋼結(jié)構(gòu)樓承板采用的是鋼筋桁架板，其主要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)，有利于鋼筋排列間距均勻、混凝土保護(hù)層厚度一致，提高了樓板的施工質(zhì)量。裝配式鋼筋桁架樓承板可顯著減少現(xiàn)場鋼筋綁扎工程量，加快施工進(jìn)度，增加施工安全保證，實(shí)現(xiàn)文明施工。由于該桁架板的特點(diǎn)，現(xiàn)場施工段的鋼筋綁扎工程從原有的3 d簡化為1 d，總工期減少8 d。

圖8 排架柱改造中

圖9 排架柱改造后

5 實(shí)施效果

通過實(shí)施相關(guān)工期優(yōu)化舉措，最終2#廠房主體結(jié)構(gòu)改造工期為122 d，達(dá)到了建設(shè)單位的工期目標(biāo)（表2）。

表2 工期優(yōu)化情況

6 結(jié)語

在改造過程中，通過對(duì)施工工藝優(yōu)化，在沒有造成額外投入的情況下，盡可能地加快了施工的速度，淡化了工期不足的矛盾，同時(shí)確保施工的質(zhì)量和安全，為落實(shí)建設(shè)單位的發(fā)展戰(zhàn)略提供了基礎(chǔ)。