车间屋面抗震改造施工技术创新及应用
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【摘要】：通过实际工程实践，对车间屋面抗震改造施工技术进行创新、推广和应用。
【关键词】：车间屋面、抗震改造、施工技术创新
[Abstract]: Through the actual engineering practice, it goes to seismic retrofit in terms of innovation, promotion and application of workshop on the roof construction technology.
[keyword]: workshop roof, seismic retrofit, construction technology innovation
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
工程概况
某生产车间为中日合资，建筑面积约16623平方米，设计时间大约为上世纪70年代，至今已有40余年。基础为预应力管桩基础，上部结构构件如下：排架柱为预制钢筋砼工字形柱（柱距开间6.0米），屋架为预制钢筋砼屋架（四跨跨度均为21.0米），屋面板为预制钢筋砼槽形板（跨度6.0米）。屋架下弦标高为+10.00米。为单层厂房，排架结构，预制混凝土柱。自2011年3月11日，日本东北地区发生里氏9.0级地震后，日方为保证员工工作安全，加强了对工作生产车间的安全性检测。
由于该车间建成使用时间较长，原设计未达到现有规范的抗震设计要求，必须对车间进行综合改造，使之符现有规范的的要求。检测结果表明，车间的结构布置基本合理，形成较完整的体系，传力途径明确，但未形成完整的支撑系统。部分抽检排架柱的垂直度超过《混凝土结构工程施工质量验收规范》层高大于5米允许偏差10mm的要求。根据现场观测，屋面系统构造层有损坏，屋面板批荡存在水泥砂浆脱落现象，预制混凝土空心屋面板嵌缝砂浆存在松散和脱落现象。
创新施工方法的应用
2.1新型钢构件与砼构件连接节点
为了提高结构的整体性，本项目新增了屋架下弦的钢结构支撑系统。由于原屋架为预制构件，且下弦杆件的截面较小。按照传统的做法，新增钢构件应通过化学锚栓植入原混凝土构件内进行连接。但是考虑到本项目的特殊性，若植入化学锚栓，极易破坏原下弦截面。且因为原截面小，用锚栓锚固不能满足设计规范要求。因此本项目采用了新型钢构件与砼构件连接节点，即节点处采用两钢板夹住原混凝土构件，在原混凝土构件以外的区域通过U型螺栓与钢构件相连，如图1。采用该节点做法后，在不破坏原有结构的基础上能够简便有效地对原有构建进行加固。
图1新型钢构件与砼构件连接节点
2.2基于常规加固方法的加强措施
该车间屋面系统构造层有损坏，屋面板批荡存在水泥砂浆脱落现象，预制混凝土空心屋面板嵌缝砂浆存在松散和脱落现象。为此，原中日合资企业曾每年组织人员进行维修，花费不少人力物力。该项目对现有屋面板缝的松散水泥砂浆进行凿除，然后采用环氧水泥砂浆填充密实。为了使屋面板嵌缝砂浆不再脱落，该项目在屋面按照如下工序进行加固：1、清除板缝内的松散砂浆，用钢丝刷刷净残灰、吹净表面灰粉，喷涂一层环氧树脂浆液。2、用30mm厚M30高强环氧砂浆刮摸平整。3、外包 0.6mm厚镀锌钢板。在镀锌钢板上面覆盖通长30mm宽的铝板压条，如图2。该做法有效防止镀锌钢板生锈影响加固质量，同时很好地将螺栓作用均匀地分布在镀锌钢板上面，有效延长了加固的使用年限。
图2 基于常规加固方法的加强措施
2.3搭设高空操作平台
根据业主委托，施工期间车间不能停产施工，施工工作范围受到限制，且由于加固范围内全是厂房生产车间，加固区域下部有大量的零件及生产设备。零件及生产设各对防火、下部为生产区域，施工防尘要求极高，不能采用满堂红脚手架，而需要加固的屋架高度达21米以上，采用一般可移动式平台脚手架高度也不够。因此该车间加固工程的工作难度大。
该项目中采取搭设高空操作平台的方法，充分利用原结构的承载力，考虑了高空操作平台荷载对原结构的影响。通过计算验算，对因搭设高空操纵平台后原构件承载力不足的采取临时加固的方法。常规加固方法为加大截面法，该做法为原预制构件外包混凝土或者采用粘结剂与型钢连接使得新增截面与原截面作为一个新的整体共同受力。但考虑到本项目所增加的荷载为临时性荷载，随着施工结束拆除操作平台而消失，若采用常规做法，固然可达到杆件内力满足要求，但是卸载之后，加大截面处刚度较初始状态增大，因而受力状态必将发生改变。因此本项目采用了型钢外包原混凝土预制构件，先在原腹杆外包槽钢顶紧屋架上下弦,后用带扣件的钢将需要临时加固的腹杆用钢丝绳绑扎牢固，外包型钢端部磨平顶紧原结构，如图3。部分新增的临时斜支撑直接支撑在原有吊车行走梁上。这样处理，连接可靠，既可以起到共同受力的作用，也方便施工完成后的拆除还原。此外，外包的型钢可重复利用或继续应用于其他工程，节材，经济，环保。通过搭设高空操作平台，达到了车间不停产的情况下进行加固，提高了施工效率，加快施工进度。
图3 搭设高空操作平台
2.4杆件在加工厂整体最大化制作
为了保证加固杆件的安装质量，减少高空作业的工作量，避免现场加工杆件引起的噪声影响，加快施工进度等。该工程中加固杆件采取在加工厂整体最大化制作，现场加固杆的安装件只需通过杆件的节点板与锚固在原结构构件上的锚固件通过螺栓连接，使得现场施工更简便。高空操作平台搭设后，复核锚固件和结构轴线和标高，量出杆件长度，依据现场实际尺寸，对图纸二次转化并向厂家下单。加固杆件、节点板、杆件与节点板的焊接工作全部在加工厂预先制作完成，杆件由厂家加工制作完后按施部位进行编号，按顺序直接运到施工现场。经现场试拼后，配合使用手动葫芦进行垂直运输，吊到高空平台上组拼成整体，如图4。通过杆件在加工厂整体最大化制作，有效避免了因现场焊接引起的残余应力的问题，保证加固杆件的安装质量。免除了现场焊接的焊缝检测的过程，加快了施工进度。
图4杆件在加工厂整体最大化制作
创新管理技术
本项目施工作业时间要求严格，在保证不影响车间内正常生产的前提下，我司作业人员方可施工。为保证在甲方规定工期如期完成施工，大量作业时间必须安排在工厂停产时段，即凌晨0:00～早上7:00，夜间施工时间占总施工工期的2/3，难度比较大，将会给施工带来较大的影响。施工工期为238天，为保证工期，按质按量完成任务，该工程在管理上采取了一系列创新的质量安全管理措施。
(1)公司上下完善各项管理制度和管理方法，按ISO9001质量体系要求在项目部建立一支现代化的施工队伍，管理机构配备齐全，专业分工明确。
(2)合理划分施工段，科学地组织各工序流水作业，减少施工现场物资存放量，缩短物资临时存放时间，规范物资存放方法。加强施工协调，减少或避免施工作业对原有车间生产作业的影响。按小流水段施工方法组织施工，本项目共分为三个施工段, DE, EF跨优先施工，AB, BC跨视甲方规定计划施作,以求工期与效益二者统一。
(3)立足工程全局，按工程形象进度计划对工程的实施进度进行监督，分析可能影响工程进度的各种因素，做到有问题及时提出，及时解决，使工程始终处于良性循环中。施工期间每三天一次召开工程项目部内部协调会，就施工中的有关生产、技术、质量、安全及材料等各方面的问题进行协调，每次协调会形成纪要，下次协调会检查落实情况，以确保不影响进度。每周参加由监理单位、施工单位及各有关专业施工队伍参加的工程协调会议。主要协调消防、水电安装、弱电等专业工程在工期、质量、人员穿插等施工配合。及时妥善处理和监督工程中遇到的突发性事件，避免影响本项目正常进度。
(4)在进行高处作业时，作业人员必须系好安全带、戴好安全帽。作业现场设置安全护梯，设置双层安全网保护，沿加固的框架榀设置生命线，对可移动操作平台采用轻质铝合金脚手架加固等防护设施。对患有职业禁忌证和年老体弱、疲劳过度、视力不准及酒后等人员不准进行高处作业。高处作业所用的工具、零件、材料等必须装入工具袋，上下时手中不得拿物件，且必须从指定的路线上下，禁止从上往下或从下往上抛扔工具、物体或杂物等，不得将易滚易滑的工具、材料堆放在脚手架上，工作完毕时应及时将各种工具、零部件等清理干净，防止坠落伤人。采用扭力扳手对所有加固构建进行检查，保证施工质量。
根据施工整过程全程监督记录，该工程无质量安全事故，顺利竣工交付使用。有力证明了管理过程的合理性和有效性。
改造效果
4.1 尽量保留和充分利用既有结构，通过对旧厂房进行综合改造，使之成为符合现行规范要求的厂房。本项目综合改造费用仅为437万元，比新建同等规模的厂房节省资金约1亿元，大大节省建设资金和用地。施工期间，生产车间无间断，不影响车间的生产工作。按照原生产车间生产效率计算，减少原企业因停工造成的损失约1.5亿元。
4.2该项目采用在不破坏原有结构的基础上新增钢结构杆件的方法，响应2010年建设部推广10项新技术（2010年版）提出“消能减震技术”应用要求，比通过加大梁柱截面的结构消耗地震能力的结构工程节约钢筋砼用量，降低地基基础承受荷载，节省工程造价，符合国家提倡节能排减政策。该工程建设过程中，为建设方节省约300万建造成本资金，并为施工企业成功创造437万元产值，经济效益非常明显。
4.3在设计施工过程中，创新研究并应用了新型钢构件与砼构件连接节点、基于常规加固方法的加强措施、搭设高空操作平台施工方法、杆件在加工厂整体最大化制作的生产工艺。并形成工艺集成体系及采取的一系列质量安全管理措施。并严格按照国家施工验收规范、标准以及施工工艺要求施工，做好工程质量通病的防治，保证了工程施工质量，达到节能、节材、绿色环保的目的。该技术的推广将对国内的新建结构抗震设计和已有结构的抗震加固和改造起到重要的示范作用。
【参考文献】
1、《混凝土结构工程施工质量验收规范》 GB50204-2002
2、《建筑施工安全检查标准》 JGJ59-2011
3、《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001
4、《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006）
5、《钢结构设计规范》 GB50017-2003
6、《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008