既有大型旧厂房主体结构快速改造技术研究

宋一帆

上海建工七建集团有限公司 上海 200050

1 工程背景

当前中国钢铁行业陷入全面亏损的阶段，结合上海城市发展的需要，宝钢集团提出结合自身特点加快转型的发展策略，希望通过转型得到新的机遇。2015年11月宝钢集团与上海市杨浦区签订共建科创中心重要承载区和“上海互联网＋产业园”战略合作框架协议，改造利用宝钢附属的二钢厂区及相应设施，打造具有全国影响力的“互联网＋”创业创新示范产业园。

2 工程概况

二钢厂位于上海市杨浦区，占地总面积约173 000 m2，已有建筑面积162 000 m2。目前先行开发的为东区，总用地面积为60 678 m2，改造后总建筑面积为129 262 m2，其中地上为117 762 m2，地下11 500 m2（图1）。整个东区改造建设单位共划分为4个标段。

上海互联网＋产业园项目东区三标段工程主要由主轧加热炉跨（2#厂房）、钢坯跨（3#厂房）、办公楼（15#楼）这3个单位工程组成。现状建筑面积约12 000 m2，改造后建筑面积约为31 000 m2，新增建筑面积约19 000 m2。

图1 厂区示意（虚线为东区）

2#厂房为单层厂房，长约240 m，宽34 m，高度为23 m。结构形式为单跨排架＋坡型屋架，排架柱及屋架均为钢结构，屋面及墙身均为彩钢板。

3#厂房为单层厂房，长约120 m，宽24 m，高度为23 m。结构形式为单跨排架＋三角形屋架，排架柱为混凝土柱，屋架为钢结构，屋面及墙身均为彩钢板。

15#房为4层砖混办公楼，长约18 m，宽11 m，高度为19 m。

目前3#厂房和15#房由于改造后功能定位未明确，目前仅停留在设计阶段，故2#老厂房的改造施工是整个标段的重中之重，且该厂房体量较大，能够满足建设单位先期亮化东区的基本要求。该厂房建造于20世纪80年代末期，其主要由轧机跨（主跨）、主电室（附跨）组成（图2）。

根据改建图纸描述，2#厂房轧机跨排架柱整体保留，其他构件（墙面檩条、行车梁、钢结构屋架）全部拆除。然后在轧机跨内新建4层钢结构框架及钢结构屋架。主电室新建3层钢结构框架（局部4层）及屋架，建筑总高度24 m（图3）。

图2 2#厂房80年代示意

图3 2#厂房改造后示意

3 施工难点分析

根据原有设计资料及传统施工工艺分析，2#厂房主体结构（二结构除外）原施工周期约为180 d（表1）。

表1 2#厂房主体结构原施工周期

本工程于9月1日正式开工，若按部实施，施工周期将远超建设单位要求，甚至将跨越当年春节。这将极大地影响建设单位以小带大、以点画圆的发展部署。故如何结合现场特点进行优化，在不增加造价的前提下满足建设单位的工期目标将至关重要。

4 设计方案及施工方案调整

针对本工程的特点、难点，在认真熟悉改造内容，了解设计意图后，结合现场实际情况，在得到设计单位同意的前提下对部分原有的设计方案进行了调整，大大地减少了施工周期。除此之外，我方还根据现场情况修改施工工艺，为优化工期提供第2层面的支撑[1-4]。

4.1 拆除工程工期优化

按2#厂房结构特点，原方案采用分解＋吊装的拆除工艺，屋面拆除先是在屋面底部搭设满堂支撑架，人工上操作面进行构件分解，然后利用大型吊机将构件吊运至地面。此种做法虽然在安全层面能够做到无瑕疵，但是在工期和造价方面均没有优势。第一，大面积的满堂支撑架搭设，既耗费人工也耗费时间，最重要的是室内构筑物拆除完毕后需先将材料清理干净，方可有搭设架体的条件；第二，由于2#厂房高度约24 m，哪怕屋架构件并不大，也还是需要使用大型的起吊设备方可进行材料吊运。为此，我公司经过研究后选择使用鹰隼式液压剪刀机对2#厂房钢结构进行拆除，本工程选用日立450长臂液压剪配TCF-60A剪刀。该机械有效作业高度28 m，机身加机械臂总长度为30 m，本工程建筑最高点为24 m。因此，在拆除建筑最高点时机械停放的位置距拆除点可以达到18 m，机械操作臂施工角度为380°，而且机械施工时逐步向前推进，不进入建筑内部，使机械有足够的避让空间。此外，360°剪刀旋转，既可以控制拆除构件向建筑内部掉落，也可以控制拆除水平构件时，在构件一端被剪断并呈竖直状态后再彻底剪断另一端节点，使构件竖直掉落。同时考虑构件垂直掉落产生的噪声或弹跳后的二次隐患，我方在面层上增加了黄沙包，有效地避免了施工噪声。整个屋架及墙面拆除施工仅花费4 d，室内结构拆除5 d，剩余时间为材料清理共计6 d，一共耗费时间为15 d（图4、图5）。

图4 剪刀机作业

图5 作业完成后

4.2 桩基工程工期优化

按设计意图，原本拟定采用静压锚杆桩来进行工程桩施工，锚杆桩利用原厂房地坪进行作业，但是我方进入现场后发现2#厂房内部存在大量深浅不一的设备基础及暗池。锚杆桩桩架无法适应现场场地条件。此外，为了匹配计划要求，前期锚杆桩桩架数量为8～10台，每2台桩基需配置1台镐头机进行地下清障（清障过程中可能会破坏锚杆桩桩架固定的地坪和堆桩场地）。故锚杆桩桩基施工对场地条件及工期都有一定的要求。我方经过研究发现，2#厂房净空高度约23 m，若将2#房按设计要求拆除完毕后，大型的静压桩桩机完全可以在厂房内部进行静压桩施工，这样可以将清障和压桩根据施工流程进行流水布置，使整个场布的压力最小化，此外整个沉桩的工期将从原先的20 d压缩至10 d（图6、图7）。

4.3 原主体结构排架柱改造工期优化

由于排架柱加固施工的快慢直接影响后续新建钢结构的施工进度，故如何加快排架柱的施工至关重要。

图6 清障作业

图7 压桩作业

现场存在几个问题：第一，由于排架柱之间存在新增的地梁，故基础施工时，排架柱的改造脚手架将受其影响无法搭设；第二，老结构除锈、防火防腐涂料施工难度极大，且质量无法控制；第三，排架柱为钢格构柱，若大面积包钢施工，为了控制其焊接变形，势必分段电焊，这又大大增加了施工工期。

首先，我方在排架柱周围对原土进行夯实，然后在脚手架搭设区域浇筑了厚100 mm的C25混凝土硬化地坪，根据地梁的分布情况，布置排架柱的脚手架立杆，若立杆必须设置在地梁位置处，则在地梁上方增加1根18#工字钢，使立杆可以在该位置放置，从而解决脚手架排脚的问题。对于第二、第三个问题，我公司直接建议结构设计取消排架柱的包钢及防火防腐涂料的施工，用最简单的外包混凝土来替代。这样施工起来既简单又快捷，还能减少对后续钢结构施工的影响[5-7]。

整个排架柱共分3次进行混凝土外包施工，第1次施工标高为5.450 m，第2次施工标高为13.250 m，第3次施工至柱顶。由于排架柱柱筋所在位置与原图纸描述不符，其位置在杯口基础底部，而非4.480 m，故根据现场实际情况，我方分为4个步骤还原了设计工况，使后续施工如期进行。

第一步：沿混凝土柱子外口将保护层进行剥离，探明柱子主筋所在位置。

第二步：在探明的主筋位置处，植入新增配筋。

第三步：将植入的钢筋与原有钢筋接长至5.45 m标高处，由于仅凿除了100 mm保护层的厚度（凿多了怕杯口坏掉），故无法进行机械连接，所有的钢筋连接为电焊，且单面焊（设计认可）。

第四步：浇筑细石混凝土至5.450 m标高处。

除了5.45 m节施工周期为8 d，其余施工周期均为6 d。总施工工期为20 d，且脚手架搭设工期在基础施工工期内，不占用绝对工期（图8、图9）。

4.4 主体新建钢结构工期优化

本次钢结构楼承板采用的是钢筋桁架板，其主要特点是实现了机械化生产，有利于钢筋排列间距均匀、混凝土保护层厚度一致，提高了楼板的施工质量。装配式钢筋桁架楼承板可显著减少现场钢筋绑扎工程量，加快施工进度，增加施工安全保证，实现文明施工。由于该桁架板的特点，现场施工段的钢筋绑扎工程从原有的3 d简化为1 d，总工期减少8 d。

图8 排架柱改造中

图9 排架柱改造后

5 实施效果

通过实施相关工期优化举措，最终2#厂房主体结构改造工期为122 d，达到了建设单位的工期目标（表2）。

表2 工期优化情况

6 结语

在改造过程中，通过对施工工艺优化，在没有造成额外投入的情况下，尽可能地加快了施工的速度，淡化了工期不足的矛盾，同时确保施工的质量和安全，为落实建设单位的发展战略提供了基础。