城市中心既有工業(yè)建筑改造及保護研究

王 維

（上海建工集團股份有限公司，上海 200080）

隨著時代發(fā)展，舊工業(yè)建筑的改造如雨后春筍在各地出現(xiàn)，而眾多建筑師也在工業(yè)建筑的改造中嘗試不同的理念和手法。本文以工業(yè)建筑工程改造與再利用為實例，介紹在工業(yè)建筑改造過程中的核心施工技術(shù)。

本工程位于上海市黃浦江南延伸段地塊，北鄰龍耀路隧道，東靠黃浦江，西側(cè)為龍騰大道，南側(cè)為本項目 II 標段。本項目在原上海外灘西岸標志性的水泥加工廠基地中，保留了其中5棟具有歷史價值和藝術(shù)價值的工業(yè)建筑（構(gòu)筑）物，其中位于本工程最北側(cè)的1號樓保留了原混凝土框架、肋環(huán)式鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼和送料天橋，內(nèi)部新增鋼框架結(jié)構(gòu)。1 號樓作為上海市城市更新示范項目之一，在市中心城區(qū)既有工業(yè)建筑的改造與保護中具有探索意義。故在項目實施過程中，以1號樓的改造及保護作為研究，對類似工業(yè)建筑改建具有一定的借鑒意義。

1 1 號樓結(jié)構(gòu)改造概況

1 號樓為保留建筑改建施工，在保留原廠房外框架前提下，內(nèi)部新增鋼結(jié)構(gòu)1F，新增鋼結(jié)構(gòu)與保留結(jié)構(gòu)同為球面體，其屋頂區(qū)域主鋼梁結(jié)構(gòu)布置位置相同。鋼柱截面為250mm ×250mm ×20mm ×20mm～900mm ×800mm×45 mm×45 mm，鋼柱最長 16.7 m，單根柱最重為 17.8 t。屋架鋼梁截面為750mm ×600mm ×25mm ×25mm～1000mm ×800mm ×35mm ×40mm、 H400mm ×250mm ×10mm ×12mm～H800mm ×600mm ×20mm×30 mm，最大構(gòu)件單位重量為 1.1 t/m。屋頂結(jié)構(gòu)區(qū)域鋼柱底部設置盆式支座，且局部區(qū)域設置 BRB 屈曲支撐。屋面板和外墻已拆除，框架結(jié)構(gòu)均保留。具體如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)改造概況圖

根據(jù)原結(jié)構(gòu)鑒定報告，屋面采用肋環(huán)式鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，肋梁采用 H 型鋼，截面尺寸為 H800mm ×300mm ×8mm ×16mm 和 H800mm ×250mm ×8mm ×16mm，環(huán)梁采用 H 型鋼，截面尺寸為 H700mm ×370mm ×14mm ×28mm 和 H600mm ×250mm ×8mm ×14mm；環(huán)梁和肋梁之間支撐桿采用圓形鋼管，截面尺寸為Φ219mm ×9mm，屋面檁條采用熱軋輕型工字鋼 I 14。屋面肋梁與環(huán)梁之間連接方式為剛接，肋梁與支撐柱之間連接方式為鉸接，撐桿與梁之間聯(lián)結(jié)方式為鉸接，檁條與鋼梁之間設置隅撐，檁條之間設置拉條。保留結(jié)構(gòu)屋蓋部分鋼材材料為 A3或 AY 3。

新老結(jié)構(gòu)采用同一軸網(wǎng)，根據(jù)設計提供圖紙，新屋面結(jié)構(gòu)主梁和保留屋蓋結(jié)構(gòu)主梁中心線與軸線重合。因保留屋蓋結(jié)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)沉降和偏移，按設計提供定位圓心和軸網(wǎng)測量所得，實際保留屋蓋主梁中心線與軸線存在偏差。新老結(jié)構(gòu)軸網(wǎng)定位如圖2所示。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)示意圖

2 改造施工難點分析

由于新建鋼結(jié)構(gòu)位于老結(jié)構(gòu)中，老屋蓋不拆除，故新建鋼結(jié)構(gòu)的施工在空間上存在較大的限制。擬采用原位整體提升的施工工藝完成鋼屋蓋的安裝工作。鋼屋蓋在其安裝就位投影面下方利用胎架完成拼裝工作，如圖3所示。利用提升設備將鋼屋蓋提升至安裝位置，完成嵌補段連接后，即可拆除提升設備。

圖3 鋼屋蓋拼裝立面布置圖

3 鋼屋蓋拼裝施工技術(shù)

屋架鋼梁截面為750mm ×600mm ×25mm × 25～1000 mm ×800mm ×35mm × 40、H400mm ×250mm ×10mm ×12mm～H800mm ×600mm ×20mm×30 mm，最大構(gòu)件單位重量為 1.1 t/m。

鋼屋蓋在位于安裝位置的地面原位拼裝，拼裝使用25t 汽車吊和70t 汽車吊逐個軸線拼裝，施工順序與外圍樓層鋼柱鋼梁相同。拼裝時中間設置四方架臨時支撐， 外端設置工字鋼臨時支撐。

先使用50t 汽車吊安裝臨時支撐系統(tǒng)，再使用70t 汽車吊安裝頂部井字鋼梁、主梁地面拼裝和主梁吊裝。主梁為弧形鋼梁，按屋蓋頂部斷開后，主梁長約 27.0 m，根據(jù)運輸需要再將主梁分段為 14.2 m 和 12.6 m。2 段散件運送至現(xiàn)場后，使用70t 汽車 吊位于安裝位置地面先平躺拼裝，拼裝位置設置路基箱和槽鋼作為胎架，拼裝成 27.0 m 整根鋼梁后，使用70t 汽車吊再次拼裝就位。拼裝工況如圖4所示。

圖4 使用70t 汽車吊拼裝大屋面主梁立面工況圖

4 鋼屋蓋提升施工技術(shù)

1 號樓新增鋼屋蓋位于老結(jié)構(gòu)底部，新老結(jié)構(gòu)屋蓋凈距為 640～1000mm，新增鋼屋蓋在安裝位置就地拼裝，拼裝時搭設臨時支撐作為胎架，拼裝采用25t 汽車吊和50t 汽車吊進行施工。鋼屋架拼裝在外圍樓層鋼結(jié)構(gòu)施工至一半?yún)^(qū)域開始施工，待外圍樓層鋼結(jié)構(gòu)全部完成施工后安裝提升支架和提升設備，待屋架拼裝完成后進行整體提升。提升方案需專家論證。

1 號樓新建結(jié)構(gòu)大屋面結(jié)構(gòu)為Φ60.0 m，高度 10.0 m 的穹頂鋼結(jié)構(gòu)，安裝就位后最頂部標高為 25.483 m，重約500t，采用“鋼絞線承重，液壓千斤頂集群作業(yè)， 計算機同步控制”的提升安裝工藝。

（1）位于大屋面周圍18根鋼柱頂部設置提升架，布置穿心式液壓千斤頂及液壓泵站作為提升設備。以高強度低松弛鋼絞線為承力部件，承重鋼絞線通過液壓千斤頂夾具固定下垂，然后通過鋼絞線底錨與新增提升梁錨固。

（2）采用計算機多參數(shù)自動控制，令上下錨交替作業(yè)，向上提起承重鋼絞線，以鋼絞線傳遞動力，鋼屋蓋上升，控制液壓提升設備實現(xiàn)鋼屋蓋連續(xù)提升，將其提升至設計位置。應用液壓裝置對位校正后進行焊接固定。

（3）提升到位后，補缺鋼梁嵌補段、斜桿等。

提升架布置如圖5所示。

圖5 提升架布置圖

5 施工監(jiān)測技術(shù)

為確保鋼屋蓋在整體提升施工過程中安全可控，有必要對被提升屋蓋結(jié)構(gòu)、提升架結(jié)構(gòu)以及提升設備等對象進行關(guān)鍵指標的監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括被提升屋蓋結(jié)構(gòu)桿件的應力監(jiān)測、提升架結(jié)構(gòu)桿件的應力監(jiān)測、提升力的監(jiān)測、被提升屋蓋結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測等。各監(jiān)測內(nèi)容的監(jiān)測目的如表1所示。

表1 監(jiān)測項目一覽表

施工監(jiān)測測點包括應力監(jiān)測測點和變形監(jiān)測測點。

5.1 應力監(jiān)測測點布置

針對被提升屋蓋結(jié)構(gòu)和提升架結(jié)構(gòu)，選出若干個應力水平較高的點作為應力監(jiān)測測點。此處選取被提升屋蓋結(jié)構(gòu)的臨時環(huán)向聯(lián)系梁，選取提升架的斜撐和支 承框架的橫梁作為應力監(jiān)測的關(guān)鍵構(gòu)件。

5.2 變形監(jiān)測測點布置

選取兩榀拱形鋼架跨中節(jié)點（共4個）作為結(jié)構(gòu)撓度監(jiān)測測點，以判斷結(jié)構(gòu)在提升過程中的安全性。選取各榀拱形鋼架跨端節(jié)點（共18個）作為變形監(jiān)測點，水平變形用于判斷結(jié)構(gòu)在提升過程中的安全性；標高用于控制被提升屋蓋的整體姿態(tài)，并確保提升時的同步性?？缰袦y點布置如圖6所示，跨端節(jié)點如圖7所示。

圖6 跨中測點布置圖

圖7 跨端測點布置圖

5.3 監(jiān)測周期

監(jiān)測周期自被提升鋼屋蓋拼裝起至鋼屋蓋提升到位結(jié)束，歷經(jīng)鋼屋蓋拼裝、 鋼屋蓋提升就位和桿件補缺3個階段。

6 原保留結(jié)構(gòu)保護

方案改造中，該建筑改為劇場使用，保持主體結(jié)構(gòu)體系不變。根據(jù)使用功能的要求，在室內(nèi)新建輔助用房及設備吊掛結(jié)構(gòu)，新建建筑與原結(jié)構(gòu)相互獨立。為了造型和使用要求，采用輕質(zhì)屋面板替換現(xiàn)有屋面彩鋼板，屋面荷載有所增加。

根據(jù)保留建筑價值評估，該結(jié)構(gòu)單體重點保護部位如下。① 外觀上穹頂屋面形式，建筑高度、外輪廓和金屬屋面形式需要保留。② 結(jié)構(gòu)上原有鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式、大空間尺度以及原有鋼構(gòu)件基本尺度需要保留。由此，對原有廠房鋼結(jié)構(gòu)的表面防護工作尤為重要。

6.1 屋面鋼結(jié)構(gòu)的除銹除漆

對原有廠房的油漆、鐵銹、灰塵等進行清除，為后續(xù)的表面油漆及防火涂料奠定良好基礎。

6.2 屋面鋼結(jié)構(gòu)的表面防護

在鋼結(jié)構(gòu)表面清理干凈后，對其表面進行的防護處理共4道防護漆。① 第1道：低表面處理環(huán)氧底漆。② 第2道：低表面處理玻璃鱗片中間漆。③ 第3道：防火涂料。④ 第4道：脂肪族聚氨酯面漆。

7 結(jié)語

本文以市中心既有工業(yè)建筑改造及保護為實施方針，在保留原廠房外框架前提下，內(nèi)部新增鋼結(jié)構(gòu)一層，新增鋼結(jié)構(gòu)與保留結(jié)構(gòu)同為球面體，其屋頂區(qū)域主鋼梁結(jié)構(gòu)布置位置相同。介紹其在保留原有鋼結(jié)構(gòu)下提升新增鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，提升過程中的監(jiān)測技術(shù)及原有鋼結(jié)構(gòu)進行表面保護技術(shù)。為類似在市中心城市既有工業(yè)建筑的成功改造及保護方案提供了借鑒與參考。