淺談舊廠房改造中的木屋架修復(fù)再利用工藝

舒烈峰

上海綠地建設(shè)（集團(tuán)）有限公司 上海 200083

1 工程概況

景德鎮(zhèn)近現(xiàn)代陶瓷工業(yè)遺產(chǎn)綜合保護(hù)開發(fā)續(xù)建項(xiàng)目位于江西省景德鎮(zhèn)市陶溪川陶瓷文化創(chuàng)意園西南角，為原景德鎮(zhèn)陶機(jī)廠舊址。本文涉及單體為原廠內(nèi)建于20世紀(jì)50年代的5#廠房（鑄造車間）。該廠房為單層3跨混凝土柱、磚墻混合承重結(jié)構(gòu)，屋架為原木屋架結(jié)構(gòu)體系。建筑設(shè)計(jì)要求保留原廠房木質(zhì)屋架體系的風(fēng)貌，改造后單體為N2（陶瓷博物館）（圖1、圖2）。

圖1 改造前廠房外觀

圖2 改造后外觀效果

2 舊木屋架體系改造的難點(diǎn)

2.1 舊廠房的主要結(jié)構(gòu)受力體系

工業(yè)廠房常見的結(jié)構(gòu)一般為排架結(jié)構(gòu)，受力體系依據(jù)傳力順序依次為屋面→屋架（吊車梁）→排架柱→基礎(chǔ)。

屋架通過鉸接將屋面荷載傳給排架柱，吊車梁通過牛腿將荷載傳遞給排架柱，排架柱通過剛接將豎向荷載和彎矩傳給基礎(chǔ)。根據(jù)工藝與使用要求，排架有單跨和多跨。

2.2 主要受力構(gòu)件加固方式的選擇依據(jù)

在工業(yè)舊廠房改造成創(chuàng)意園區(qū)的改建設(shè)計(jì)中，原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裝飾設(shè)計(jì)通常以盡最大可能保留工業(yè)元素為要旨。例如外墻的修舊如舊、清水飾面，吊車梁、牛腿的保留及涂料飾面等，無一不是為充分保留舊工業(yè)氣息而做的裝飾飾面設(shè)計(jì)。但是在主要受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)上還需遵循結(jié)構(gòu)可靠的原則。

基礎(chǔ)部分由于隱蔽于地下，故本文不作贅述；排架柱的一般加固方法通常有加大截面法和粘鋼加固法，兩者對構(gòu)件的原風(fēng)貌均毫無保留，通常裝飾上都會進(jìn)行飾面包裹處理。

而廠房屋架，尤其是原構(gòu)件為木屋架的結(jié)構(gòu)體系，由于受到舊工業(yè)廠房屋架體系多采用桁架結(jié)構(gòu)、單層廠房改建加層后受層高影響、大跨度空間中頂面開闊的視野等因素的影響，屋架的桁架構(gòu)件體系在建筑設(shè)計(jì)中很難接受大面積的飾面包裹效果，需要充分外露以最大限度地保留工業(yè)建筑元素。因此，在屋架體系的加固措施選擇上應(yīng)該以重節(jié)點(diǎn)、輕桿件的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)布局[1]。

3 圓木屋架體系加固修復(fù)技術(shù)

3.1 以檢測鑒定結(jié)果作為加固依據(jù)

根據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[2]、JGJ/T 488—2020《木結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[3]，對廠房屋架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定，鑒定包括以下內(nèi)容。

3.1.1 結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)體系檢查應(yīng)根據(jù)建筑物存檔的竣工圖逐一核對構(gòu)件的完整性，對于屋架體系應(yīng)全數(shù)核對其構(gòu)成構(gòu)件。包括每一榀屋架的上下弦桿、斜腹桿、垂直腹桿，屋架間的水平支撐、剪刀撐、系桿、檁條、望板等，并檢查桿件間連接節(jié)點(diǎn)是否存在構(gòu)件缺失或損壞。

3.1.2 外觀質(zhì)量

木屋架外觀質(zhì)量鑒定應(yīng)包括木材腐朽、蟲蛀、裂縫以及節(jié)點(diǎn)連接情況，屋架平面內(nèi)及平面外變形、下?lián)锨闆r，連接件的銹蝕情況，并根據(jù)該建筑單體的使用功能，估測其在使用周期內(nèi)是否經(jīng)歷高溫、潮濕、化學(xué)性介質(zhì)侵襲、自然環(huán)境的影響，及因此可能造成的不易被觀察出來的質(zhì)量缺陷。

3.1.3 構(gòu)件截面尺寸

根據(jù)建筑物留存檔案提供的構(gòu)件截面尺寸，全數(shù)檢查屋架各構(gòu)件的現(xiàn)狀截面是否尚在規(guī)范允許偏差范圍內(nèi)，并造冊登記。

3.1.4 材料強(qiáng)度

木屋架體系的材料強(qiáng)度測定可按構(gòu)件類型差異進(jìn)行分類鑒定：水平支撐、系桿、檁條等連接構(gòu)件可抽樣拆卸后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室力學(xué)性能檢測；單榀屋架可采用整體吊裝拆卸后搭建支撐的方式進(jìn)行平面內(nèi)抗壓檢測，檢測時(shí)，對各桿件進(jìn)行無負(fù)荷和有負(fù)荷情況下的形變測定。

3.1.5 整體評定

依據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，上部承重結(jié)構(gòu)的安全性等級，根據(jù)結(jié)構(gòu)整體性和承載功能2個(gè)項(xiàng)目評定，并取其中較低的評定等級作為上部承重結(jié)構(gòu)的安全性等級，必要時(shí)應(yīng)考慮過大水平位移或明顯振動對該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)或其中部分結(jié)構(gòu)安全性的影響。

3.2 屋架節(jié)點(diǎn)的加固措施

節(jié)點(diǎn)加固主要采用雙面加設(shè)綁接鍍鋅鋼板的施工工藝，節(jié)點(diǎn)加固前，應(yīng)對節(jié)點(diǎn)平面內(nèi)幾何尺寸做復(fù)位處理。

3.2.1 屋架與排架柱連接節(jié)點(diǎn)加固

屋架與排架柱的連接節(jié)點(diǎn)是將屋架上的荷載傳遞到結(jié)構(gòu)柱的重要節(jié)點(diǎn)，在屋架加固中最為重要。

屋架上、下弦桿間通過螺桿自原木屋架梁墊起經(jīng)下弦桿至上弦桿止，對穿連接。下弦桿水平方向兩側(cè)采用L形鍍鋅鋼板加固，L形鍍鋅鋼板底板與原木屋架梁墊通過螺桿連接，側(cè)板用螺桿對穿連接。連接板頂頭超出屋架弦桿端部并加裝端板，連接板靠跨中側(cè)預(yù)裝內(nèi)端板，作下弦桿加固端部桿件備用。需要注意的是，如木屋架弦桿截面為圓形的，須在加固前，在夾板安裝側(cè)預(yù)先將接觸面刨平，以加大接觸面，保證受力均勻。

3.2.2 屋架弦桿與腹桿的連接節(jié)點(diǎn)加固

普通腹桿與弦桿的加固采用鍍鋅鋼板兩側(cè)對夾，對穿螺栓固定的方式。鍍鋅鋼板寬度同構(gòu)件截面寬度，沿構(gòu)件方向鍍鋅鋼板長度按構(gòu)件間連接外接點(diǎn)起各向長200 mm。連接前在圓形構(gòu)件安裝鍍鋅鋼板側(cè)進(jìn)行刨平處理，增大接觸面。

如遇須做桿件加固的腹桿與弦桿連接加固，則弦桿的鍍鋅鋼板夾板應(yīng)使用П形的底板伸出側(cè)板邊100 mm，用于腹桿加固構(gòu)件端部安裝。在底板與腹桿構(gòu)件間加裝墊木，以承擔(dān)腹桿加固桿件傳遞至底板的應(yīng)力。

3.2.3 屋架腹桿間的連接節(jié)點(diǎn)加固

屋架腹桿交叉連接節(jié)點(diǎn)處，考慮到在各向荷載作用下，連接點(diǎn)X、Y軸向兩側(cè)形變不同于弦桿處類型簡單，加固用夾板宜采用彈性模量與被加固構(gòu)件較為接近的材料，比如硬木板材。加固時(shí)，在連接點(diǎn)兩側(cè)用螺桿對穿夾板固定，加固板材寬度同構(gòu)件截面寬度，長度自連接點(diǎn)起各向200 mm左右，加固范圍內(nèi)構(gòu)件截面如為圓形，應(yīng)先將接觸面刨平，加大受力面積。

3.3 木質(zhì)桿件的加固措施

對于保留桿件，應(yīng)對桿件裂縫做處理。當(dāng)裂縫寬度小于3 mm時(shí)，可用嵌縫膩?zhàn)庸茨▏?yán)實(shí)；當(dāng)裂縫寬度大于3 mm時(shí)，先用木條嵌補(bǔ)，并用耐水性膠黏劑粘牢；對于存在寬度大于3 mm干縮裂縫的屋架上弦桿和腹桿，除了進(jìn)行嵌縫處理外，還應(yīng)采用鋼卡具進(jìn)行箍緊加固處理。

對于腐朽、蟲蛀、裂縫現(xiàn)象嚴(yán)重，不僅力學(xué)性能不能達(dá)到使用要求，觀感也明顯不符合設(shè)計(jì)要求的桿件應(yīng)用新構(gòu)件替換。

對于觀感尚能符合設(shè)計(jì)要求，但力學(xué)性能不能滿足使用要求的受拉桿件的加固：可在桿件兩端以節(jié)點(diǎn)加固時(shí)預(yù)留的鍍鋅鋼板端板作為端支座，增設(shè)螺桿，以共同承擔(dān)拉應(yīng)力。

3.4 附屬構(gòu)件的處理

對于處于隱蔽部位，或者視覺效果不明顯的構(gòu)件，可以采用換新處理，如檁條、望板等構(gòu)件。

3.5 外觀缺陷及修補(bǔ)

鍍鋅鋼構(gòu)件對舊木屋架構(gòu)件連接點(diǎn)加固后，由于受加固面積較小，可以采用PVC材料對加固部位進(jìn)行裝飾包裹，并對PVC材料表面進(jìn)行著色處理，以期達(dá)到與周邊木構(gòu)件面層處理后同色、同紋理的建筑飾面效果，盡最大可能還原舊建筑風(fēng)貌，保留工業(yè)建筑元素。

4 工程實(shí)例

4.1 廠房現(xiàn)狀

景德鎮(zhèn)陶機(jī)廠5號廠房建于20世紀(jì)60年代，為單層3跨混凝土柱、磚墻混合承重廠房。該房屋東西向長78.32 m，南北向?qū)?0.00 m，平面呈矩形，總建筑面積約3 803.5 m2，現(xiàn)廠房閑置。

東西方向共13跨，端跨柱距5.8 m，中間跨柱距6.0 m；南北方向3跨，南北兩邊跨跨度6 m，中間跨跨度18 m。中間跨由混凝土柱承重，南北兩邊跨由混凝土柱和磚墻混合承重。

廠房南、北外墻檐口高5.10 m，屋架跨中頂部高16.72 m，廠房未設(shè)置伸縮縫。廠房外墻設(shè)置1道圈梁，廠房在軸線15—17—B、15—17—C設(shè)置混凝土柱間支撐。廠房屋架均為木屋蓋，其中北側(cè)、南側(cè)屋架為6 m跨木屋架，中部屋架為18 m跨木屋架，屋架縱向間距3 m，屋面為木檁條、木望板、石棉瓦。在2—3軸線、9—10軸線、18—19軸線、25—26軸線區(qū)域，相鄰榀屋架之間有下弦水平支撐、上弦水平支撐，在27軸線山墻位置未設(shè)置屋架，每隔一榀屋架設(shè)置有垂直支撐。

4.2 檢測鑒定

4.2.1 檢測方式

1）外觀檢測。在屋架中部設(shè)置1根直徑100 mm的圓形水平系桿，該系桿不連續(xù)，中部有斷裂情況。

2）堆載檢測。按檢測方案抽樣3榀屋架，拆卸支座后吊運(yùn)至地面堆載支座處。支座采用一側(cè)鉸支、一側(cè)滾支方式。將屋架垂直支設(shè)在支座上，并使兩支座連線在屋架平面內(nèi)。在平行屋架平面并距屋架1.5 m處的兩側(cè)分別搭設(shè)雙層腳手架，腳手架近屋架平面內(nèi)在與屋架上弦、天窗架上弦高度相同位置上布置檁條托，同時(shí)在兩側(cè)腳手架近屋架平面內(nèi)架設(shè)腳手架立桿，架設(shè)模擬檁條，以確保5段（兩側(cè)屋架上弦、兩側(cè)天窗屋架上弦、屋架下弦）鋼管能承受相應(yīng)的檢測荷載。

均布荷載以φ100 mm原木作為測試用檁條架設(shè)在上弦節(jié)點(diǎn)上，檁條上鋪設(shè)測試用木質(zhì)屋面板，采用統(tǒng)一灌裝雜填土并經(jīng)稱重的蛇皮袋（每袋平均質(zhì)量42.5 kg）作為堆載物，均勻堆放在屋面板上；集中荷載以φ50 mm鋼管搭設(shè)的吊架吊掛在天窗節(jié)點(diǎn)上，采用同上蛇皮袋作為堆載物。

在本次檢測過程中的弦長為：屋架單側(cè)上弦約7 m、下弦約6 m，天窗架單側(cè)上弦約3.5 m、下弦約3 m。

在本次檢測過程中的檢測荷載為：上弦分布標(biāo)準(zhǔn)荷載6.3 kN/m、極限荷載10.1 kN/m；下弦分布標(biāo)準(zhǔn)荷載2.0 kN/m、極限荷載3.2 kN/m；天窗集中標(biāo)準(zhǔn)荷載12.5 kN、極限荷載20 kN。

4.2.2 檢測結(jié)果

1）標(biāo)準(zhǔn)荷載下的撓度。設(shè)計(jì)要求為標(biāo)準(zhǔn)荷載下跨中最大撓度（包括屋架自重造成的變形）不超過72 mm，實(shí)測結(jié)果為69.66 mm。

2）承載力檢測結(jié)果。設(shè)計(jì)要求在極限承載力下，屋架不得出現(xiàn)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中所述的破壞情況，實(shí)測滿足設(shè)計(jì)的要求。

4.3 屋架加固處理方案

1）保留原有木屋架及氣樓架。

① 全數(shù)拆卸至地面，進(jìn)行全面維修加固，再逐一吊裝就位。

② 保留木結(jié)構(gòu)體系，對存在干縮裂縫的屋架上下弦桿、腹桿、垂直支撐、檁條、下弦附木進(jìn)行嵌縫處理。當(dāng)裂縫寬度小于3 mm時(shí)，可用嵌縫膩?zhàn)庸茨▏?yán)實(shí)，當(dāng)裂縫大于3 mm時(shí)，先用木條嵌補(bǔ)，并用耐水性膠黏劑粘牢。對于存在寬度大于3 mm干縮裂縫的屋架上弦桿和腹桿，除進(jìn)行嵌縫處理外，還應(yīng)采用鋼卡具進(jìn)行箍緊加固處理。對于存在滑移現(xiàn)象的拼接節(jié)點(diǎn)，局部增設(shè)鋼拉桿進(jìn)行加固處理（圖3），可將屋架接頭處下垂部分頂高到原來位置，然后在拼接節(jié)點(diǎn)兩端設(shè)置鋼夾板和鋼拉桿。

圖3 鋼拉桿加固處理示意

對于屋架下弦拼接節(jié)點(diǎn)處外，采用鋼卡具進(jìn)行箍緊加固處理（圖4）。對于存在寬度大于5 mm的通長干縮裂縫或存在斜率超過10%的干縮裂縫的弦桿，除進(jìn)行嵌縫處理外，還須用鋼卡具進(jìn)行箍緊加固處理。將屋架兩端支座處附木向上頂緊，將松動的保險(xiǎn)螺栓擰緊，并采用鋼卡具將該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行箍緊加固處理。對存在銹蝕現(xiàn)象的鋼拼接板、螺栓、螺栓墊板進(jìn)行涂油除銹處理后涂刷防銹漆，將存在松動現(xiàn)象的螺栓擰緊，并將松動的扒釘釘牢。

③ 拆除原有已銹蝕的金屬連接件、緊固件。

④ 對木屋架進(jìn)行2個(gè)方面的加固：一是對下弦加固，主要采用2根下弦通長鋼拉桿；二是對所有桿件連接點(diǎn)進(jìn)行加固，主要采取雙面加設(shè)綁接鍍鋅鋼板。

⑤ 維修加固后的屋架下弦拼裝時(shí)設(shè)置1%的預(yù)起拱。

2）自檁條以上部位，進(jìn)行全面更新。

① 對拆除下來的已經(jīng)腐朽燜爛、不能使用的原木檁條，全部改用新的原木檁條。

② 設(shè)置更新木材望板、屋面板、卷材防水及屋面瓦。

③ 拆除氣樓兩側(cè)立面上原有的玻璃百葉木框窗，更新為中空Low-E玻璃鋁合金電動排煙窗。

3）改造加強(qiáng)整個(gè)屋面體系的穩(wěn)定性。新設(shè)屋架下弦、氣樓下弦的型鋼水平支撐；新設(shè)沿長墻方向的屋架縱立面型鋼垂直支撐。

4）對于保留使用的舊木材構(gòu)件，全數(shù)進(jìn)行維修。

① 摻和一定比例的化學(xué)藥劑（防白蟻）的膩?zhàn)訉δ静牧芽p、瑕疵處進(jìn)行堵漏嵌縫處理。

② 中間層刷防火漆，其顏色可按現(xiàn)有舊木材本色進(jìn)行電腦調(diào)配。

③ 外表面層再刷制一底一面的透明環(huán)氧保護(hù)漆。

5）所有外露鋼材表面，再增設(shè)一底一面調(diào)和漆。

5 結(jié)語

在當(dāng)前國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的大趨勢下，還有許多一、二線城市面臨中心城區(qū)工業(yè)企業(yè)搬遷后遺留的舊廠房利用改造的項(xiàng)目。舊建筑風(fēng)貌保留，木結(jié)構(gòu)修繕工藝的前景依然廣闊。在這類結(jié)構(gòu)的改造中，木屋架修復(fù)再利用施工應(yīng)圍繞“改變節(jié)點(diǎn)連接方式”“構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)”和“飾面修舊如舊”這三大重點(diǎn)來開展。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范:GB 50206—2012[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn):GB 50144—2019[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2019.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.木結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):JGJ/T 488—2020[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2020.