0 引言

　　随着城市化进程的深入发展，在许多城市中原本位于城市郊区的工业园区，也因城市规模扩张而被纳入城区范围内。当这些老工业区由于环保原因而外迁后，遗留下的旧工业建筑遗址的重新规划受到社会各界的高度关注，世界上许多著名的老工业园区结合自身特点被改造成艺术园区或商业区等，重新赋予了旧工业遗址新的生机与活力。在如今大力推广绿色、节能和环保的建筑模式背景下，旧工业遗址内老旧建筑改造在一贯地拆除重建之外，探索如何最大化利用原有建筑结构资源将是非常有意义的事情。尤其是一些投入使用年限较短的钢结构厂房，在防火、防腐涂料等有效保护下，构件各项性能指标基本与新制构件无异，如果拆除后直接回炉加工，对于这些具备较长使用寿命的构件来说会是极大的资源浪费。

　　位于北京市丰台区的中车北京二七机车厂，将利用原工业遗址把二七机车厂改造成国家冰雪运动训练科研基地。二七厂内厂房结构形式多为门式钢架结构，部分厂房使用年限<20年，钢结构拆除直接回炉将带来极大的资源浪费。拟通过对老厂房旧钢柱进行重新改造加工，使其能重新应用到新建结构中，这样不仅实现了资源再利用，使旧钢结构构件变废为宝，而且利用原有结构构件还将大大降低工程建设成本。本工程通过将二七厂内冲压备料厂房旧钢柱进行非破坏性拆除，根据新结构承载要求对旧钢柱进行补强改造，实现旧钢柱的再利用，并以此探索出一套切实可行的旧钢柱改造再利用的施工方法。

　　1 工程概况

　　国家冰雪运动训练科研基地新建速滑馆由原二七厂冲压备料厂房原址拆除新建，冲压备料厂房建于2006年，结构形式为单层4跨门式钢架结构，建筑面积12 700m²，檐口高度11.60m，共由148根H型钢柱组成，钢柱截面尺寸为H600×300×10×18，材质为Q345B。新建速滑馆为单层大跨度网架结构，北侧和东侧有2层混凝土框架结构的附属用房，建筑面积19 107.71m²。速滑馆网架纵向长192m，横向宽78m，四周由84根格构柱组成，格构柱是由双H型钢拼装焊接而成，H型钢截面尺寸为H600×300×16×18，材质为Q345B，柱长11.42m。其中，46根格构柱将由冲压备料厂房旧钢柱加工改造而成，38根为新增钢柱，旧钢柱占比为54.8%。

　　2 施工重点与难点分析

　　1)为实现旧钢柱再利用，需对冲压备料厂房内钢柱进行非破坏性拆除，拆除过程中应避免机械对钢柱造成不可恢复性损伤，破碎钢柱四周混凝土地面和柱脚包封时，破碎机械不得直接与钢柱表面接触，以免造成构件截面损伤影响钢柱承载力。

　　2)需对拆除钢柱进行构件性能评估，并将性能评估结果作为旧钢柱改造设计依据。旧钢柱性能评估需对截面尺寸、材料性能、锈蚀程度、变形情况等参数进行检测。

　　3)需对旧钢柱表面涂料及锈蚀区域进行处理，切割打磨钢柱表面连接附件，根据设计要求对钢柱进行改造加工，提高钢柱受力性能来满足新建结构的承载需要。

　　3 旧钢柱改造施工

　　3.1 钢柱非破坏性拆除

　　门式钢架的H型钢柱与钢架斜梁之间为螺栓连接，为了避免机械在拆除过程中对H型钢柱产生损伤破坏，拆除作业时须采取保护性措施。

　　1)钢梁拆除施工人员从上到下实施切割作业，切割前先通过吊具用2根钢索将钢梁绑紧，然后慢慢起钩使其刚好在张紧状态，但不受力只在旁边保护。每切一端前用绳索将其临时固定，防止以前焊接及安装时应力将钢梁弹出发生事故。另一施工人员检查钢梁所有焊接点彻底与主钢架柱分离，信号工方可指挥吊具徐徐起钩作业，将钢梁轻轻吊起并放回地面指定区域。

　　2)钢柱拆除根据原图纸确定埋入地面以下柱基形式及柱脚包封尺寸，利用混凝土静力无损切割技术在钢柱四周柱脚包封以外处切割混凝土地面，并使用破碎电镐对钢柱周围混凝土地面及柱脚包封混凝土进行破除，严禁机械与钢柱直接接触导致钢柱损伤，临近柱基螺栓处改用人工剔凿。钢柱拆除前利用三脚架(固定在柱上)先将吊车钢索固定在柱头上，拆卸螺母前在螺栓位置先喷螺栓松动剂，然后用力矩扳手拆卸，大锤震荡撬棍直至吊车将柱提起连同柱脚压板一同拔出。如锈蚀严重需用气焊切割并保证不能伤害到母材(见图1)。

　　3.2 钢柱性能评估

　　3.2.1 检测鉴定内容

　　1)钢柱变形检测为准确掌握H型钢柱的变形状况，对H型钢柱的变形情况进行测量统计，根据设计图纸及规范要求，挑选出变形值在允许范围内的H型钢柱用于改造再利用。

　　2)结构损伤检测对厂房H型钢柱损伤状况进行检测，检测内容包括焊缝探伤、锈蚀程度、局部变形及截面破损等，判断钢柱损伤情况。

　　3)钢材材料性能检测随机挑选钢柱进行材料取样，送到实验室进行材料性能试验，比较目前钢柱的材料性能与设计图纸的差异情况。

　　图1 排架立面构造与节点  

　　3.2.2 检测方法

　　1)外观质量检查以目测为主，同时辅以钢卷尺、激光测距仪、数码相机等仪器工具加以配合。

　　2)构件截面尺寸检测以金属超声波测厚仪、游标卡尺为主，辅助以不锈钢直尺进行测量。

　　3)钢柱变形测量分别测量H型门式钢架钢柱两翼缘同侧边表面在垂直于腹板和平行于腹板方向上到基准线(H型门式钢架钢柱底端与顶端间的连线)的距离，并以距H型门式钢架钢柱底端较近的量测点作为参照点，计算其余量测点与参照点相对偏差值，进而据此判断H型门式钢架钢柱的变形情况。焊接H型钢允许偏差如表1所示。

　　表1 焊接H型钢允许偏差 

　　mm

　　注:l为H型钢构件长度

　　表1 焊接H型钢允许偏差

　　3.2.3 检测鉴定结果

　　现场共计检测旧钢柱148根，检测发现的主要问题如下。

　　1)钢柱变形情况原厂房内设有吊车，长期受吊车荷载作用使得钢柱产生不同程度的弯曲变形，应选取变形在规范允许范围内钢柱进行加工改造。7根钢柱腹板局部平面度>3.0mm超限，9根弯曲矢高变形>10mm超限。

　　2)钢材锈蚀情况H型钢柱下部的翼缘腹板与地面接触附近存在不同程度的锈蚀，除锈处理后对该区域截面厚度进行检测，其中9根锈蚀程度较深，翼缘板最小有效厚度8mm，超出原设计厚度10mm，不满足设计要求。

　　3)焊缝质量情况经对焊缝区域进行探伤检测，发现17根钢柱焊缝存在最大5mm的气泡、弧坑等缺陷。

　　4)原材质量检验情况现场随机抽取6组旧钢柱钢板原材试件，送实验室进行抗拉强度力学性能检测，试件最小屈服强度424MPa，最小拉伸强度544MPa，满足Q345B钢材的力学性能指标要求。

　　3.2.4 检测鉴定结论

　　根据上述检测结果，对于存在以上弯曲变形、钢板厚度、焊缝质量超限和不满足设计要求的42根旧钢柱，不得用于新柱加工。其他旧钢柱可用于新钢柱加工。

　　3.3 钢柱改造加工

　　新钢柱设计为双H600×300×16×18型钢组成的格构柱，高11.42m。通过计算，组合后的钢柱截面强度最大为97.21N/mm²、稳定应力为85.86N/mm²、最大长细比为97，柱顶位移比为1/250，均满足现行标准要求。

　　旧钢柱腹板原厚度为10mm，不满足设计要求，需对原H型钢柱腹板厚度增加至16mm进行补强处理，并把补强后的2根钢柱组装焊接成格构柱，以此来提高钢柱的竖向和水平向承载力。

　　3.3.1 钢柱处理

　　1)清除旧钢柱表面防火涂层用水均匀湿润涂层表面后，使用扁铲剔除涂层，并用2.5MPa高压水枪将柱身表面的残余清理干净。

　　2)对钢柱多余构件切除切割时考虑热影响区域，保留附件与钢柱表面20mm的区域范围，避免氧气切割伤到母材，该处要求使用机械打磨平整。

　　3)钢柱表面打磨对钢柱表面进行喷砂处理，钢柱表面洁净度等级不低于Sa2.5级。

　　3.3.2 钢柱补强

　　为提高原H型钢柱承载力，满足图纸设计要求，在钢柱设计高度范围内腹板位置单侧加设6mm补强板(见图2)，补强板上间距130mm开设直径20mm圆孔，补强板与钢柱腹板通过塞焊方式进行固定连接，现场对塞焊孔进行分区跳焊，保证焊接热量对钢柱母材的变形损伤减到最小。补强板四周采用填充对接焊与H型钢柱翼缘及加劲肋连接固定。

　　图2 钢柱腹板补强做法  

　　3.3.3 格构柱组装

　　1)根据设计图纸确定新增缀板、肋板和加劲肋的定位点并做好标记(见图3)。

　　2)先将其中单根补强好钢柱平放在平台上，翼缘板与平台呈立放状态，将连接2根钢柱的肋板按要求尺寸一次插放于H型钢槽内，确认尺寸无误后进行定位焊固定。

　　3)将另一根钢柱吊起按同样的方式扣在钢柱连接肋板上，调整相对位置，钢柱中间加临时支撑避免过大挠度变形，调平后采用定位焊固定钢柱间缀板。

　　4)格构柱顶部与柱根部加设肋板和加劲肋，安装柱底板和柱顶板时，注意位置居中，与顶、底板连接的H型钢柱断面需按要求打坡口，避免在焊缝处产生应力集中。

　　5)钢柱全焊透焊缝为二级焊缝，利用超声波探伤对焊缝进行质量检验。

　　图3 新加工格构柱 

　　4 结语

　　对一门式钢架老厂房中的H型钢柱采取了非破坏性拆除、检测性能评估和改造加工等一系列改造措施，使得旧H型钢柱重新应用到新建结构中。通过本工程的应用实践，形成了一套完整的H型钢柱改造再利用的施工方法，不仅让旧建筑构件实现资源再利用，而且极大地降低了工程成本，减少了对社会资源的占用，在确保工程质量的同时，取得了良好的经济和社会效益，可为同类工程提供参考。