城市更新中工业遗产建筑改造关键施工技术

1 近现代工业建筑概况

近现代工业建筑因其独特的设计特征，建造年代相较于古代建筑更为近代，主要采用砖混、砖木及预制构件结构。这些建筑在使用期间得到了良好的维护，较少受到自然侵蚀和人为破坏的影响，因此其使用频率显著高于其他文化遗产。然而，随着时间的推移，自然的侵蚀和破坏效应逐渐凸显，再加上历史性的工业建筑在退出历史舞台后长期未维护，大部分历史建筑的结构和装饰表面都遭受了各种程度的破坏和老化。

现在我国有许多近现代的工业建筑，但随着城市建设的进步，这些建筑的原始功能、结构和材料的特性以及内部装修已经无法满足现代社会的需求。此外，原有的工业区域布局也不符合现场防火的标准。若仅依赖于破损后的修复，不仅可能导致建筑的保护措施未能及时实施，而且在火灾或其他特殊情况下也可能无法进行救援，这将导致一些历史文化遗产的丧失和经济损失。

2 保护近现代工业建筑意义

近现代建筑遗产是城市的重要组成部分，具有一定的文化、艺术与科学价值。作为特定历史时期的工业遗产，近现代历史工业建筑是中国近现代历史的关键证据。通过有效的维护和修复，这些集群式的建筑能够更持久地保存下来。

同时场区周围也是居民集聚区，有着较大的市场消费需求，修缮后可提升使用功能，引入商业，盘活街区经济。这不仅能够保持本地近现代工业建筑的活力，还能通过对近现代历史工业建筑的有效利用，弘扬民族精神。

工业厂房改造在城市更新中不仅可以缓解建设用地的紧张，增加地区公共服务设施和完善地区工程，提高城市的品质和商业经济价值，还可以传承和保护城市历史文脉。

3 项目概况

安阳市广益工业遗产保护利用暨殷墟国家考古遗址公园配套服务项目一期EPC工程历经近现代变革直到当代，从工业实体转变为工业遗存，在此厂房基础上重新改造再利用。

本项目用地处于殷墟遗址保护区的保护区范围，完成之后将作为殷墟国家遗址公园的配套服务区，并成为中国城市工业遗产创意文化示范区。由1区（广益四合院）、2区（大礼堂及商业配套）、3区（图书艺术馆及配套）、4区（商业相关配套）、5区（商务大厦）、6区（中国近现代科学考古馆和百年纱厂纪念馆）以及动力中心组成。本项目共有31个建筑单体，多数为单层及多层建筑，最低高度为4.5 m，最高高度为22.25 m。项目用地面积约72 945 m²，总建筑面积约40 406 m²。

本工程部分单体建筑属于文保建筑，外观具有丰富的年代气息，根据建设单位改造需求，对其单体建筑内部进行结构改造，且需保证抗震要求，由于原建筑结构大多数以砖木结构为主，木屋架体系已经腐蚀严重，无法达到目前规范对商业建筑的抗震及防火使用要求，根据此要求特此对建筑内部结构体系进行更换，经过讨论研究决定将原有建筑的木屋架体系进行拆除，在建筑内部新建钢结构主体及钢结构楼承板体系当其建筑的结构，但需保留原有建筑的外围护墙，单独进行原有外墙体的加固，由于外墙外立面不可以破坏原有效果，则从内部使用钢筋网体系进行加固，外部则在砖缝处增加扁钢，以增强墙体刚度，墙体加固完成后还需将其与内部新建钢结构体系进行有效拉结，使用新型缓冲连接装置，其设置在文保建筑外墙与内部新建建筑结构之间，减少水平剪力的传递，以减少剪力传递对文保建筑结构造成的损坏。

经过多方案比较，对原有建筑木屋架体系进行拆除，并采用新建钢结构体系进行替换，以保留原有建筑外墙，使其达到外观观赏要求及历史气息。

为此，对外墙墙体采用外部扁钢、内部钢筋网配合新型缓冲连接装置的方式进行加固，以确保外墙保护效果，该施工方法具有参考意义。实践证明，该技术安全可行，达到了预期的效果。

4 关键技术分析

本工程多个单体属于近现代工业建筑，外墙历史感浓厚，但是现场墙体年久失修，存在外表掉块脱落、灰缝出现空洞及风化、灰缝材质强度不足等现象，无法满足后续使用的强度要求。

同时结构主体跨度、承载力无法满足建筑新功能的使用要求。本工程在近代建筑综合加固改造利用中，不仅需要更换主体结构体系，使其达到现行规范的相关要求，而且需要保留原墙体单独对其加固，保留浓厚的历史气息，还需要在施工过程中解决墙体与内部新建钢结构体系之间水平剪力传递的问题。

由于使用功能的变化造成结构体系的更换，对于新的结构体系与墙体的连接，采取了一种新型缓冲连接装置，其设置在文保建筑与新建建筑结构之间，所述水平剪力缓冲装置包括连接装置和固定装置；连接装置包括圆钢、扁钢和槽钢；槽钢的一端与新建建筑结构固定连接，扁钢设置在槽钢的另一端；扁钢的中部设有通槽，圆钢的一端嵌入文保建筑的墙体内，圆钢的另一端穿过通槽，通过固定装置将圆钢固定在扁钢上，以使所述圆钢与扁钢沿着通槽的长度方向可滑动连接。

水平剪力缓冲装置通过设置带有通槽的扁钢与圆钢形成可滑动的连接装置，减少水平剪力的传递，以减少剪力传递对文保建筑结构造成的损坏。当墙体内部加固完成后，由精装修单位对内部墙体进行装饰作业。

5 主要施工技术

5.1 原有建筑部分拆除

（1）人工拆除门窗。部分门窗具有历史气息，不得破坏性拆除，将其进行人工拆除后移至指定位置进行存放。

（2）人工拆除屋面瓦。人工对原有屋面瓦、粘接层、檩条等进行拆除。

（3）木屋架吊装拆除。人工将木屋架体系的连接位置进行拆卸，使用25 t起重机配合，将木屋架体系进行逐根吊装拆除，不得进行破坏性拆除。

5.2 新建钢结构体系

5.2.1   钢结构基础施工

测量放线→土方开挖→地基检查验收→垫层施工→基础、基础梁钢筋施工→模板施工→ 钢结构预埋件设置固定→混凝土浇筑施工→混凝土养护、拆模→二次对抗剪键坑浇筑灌浆料。

5.2.2   钢结构主体吊装安装

钢柱安装→钢柱校正→钢梁安装→钢梁校正→高强螺栓安装→次钢构安装。

5.2.3   屋面钢结构楼承板混凝土浇筑

钢筋桁架楼承板吊装前准备→钢筋桁架楼承板进场→钢筋桁架楼承板铺设安装→栓钉焊接→管线布置与安装→附加钢筋工程。

5.2.4   屋面瓦恢复

（1）确定瓦片规格。确认主脊与连接檐的完整规格，然后将其与适宜的额外缝隙规格相乘，根据全坡的底部瓦片的数量是否为单一，且是否有足够的瓦片排放作为标准。如果存在问题可通过扩大或缩小蚰蜒档进行修改。

（2）制作瓦片。根据预设的瓦片尺寸制作瓦片样本，交给木匠进行瓦片切割后，再进行一次检查。

（3）确定瓦口的中心位置。测量连檐和正脊的中心点，并做好标记，这个中心点就是屋顶中间的底瓦的中心点，即瓦口中心向两侧排列的瓦口。在排列到两个角落时，若出现偏移，可以切割瓦片进行轻微的修正，然后将其固定。在钉瓦口时应该比檐部的外皮退 1~2 cm。

（4）号垄。根据屋顶的上下中心点，将下方瓦片的交叉点设定为盖瓦的中心点，平行放置在屋脊的肩部和灰色背面上，然后从中心点开始向两侧画出，并标记出来。

（5）冲边垄瓦。首先需要在屋面每个坡面左右边垄位置栓线、铺灰坐泥各瓦两趟底瓦一趟盖瓦。檐头滴子瓦应用色灰铺座，两边出檐应一致，最多不超过瓦身长的40 %，两滴子瓦之间放置一块遮心瓦，以确保连檐外不露白活为佳。上面再用色灰瓦勾头瓦，瓦翅距滴子瓦面不超过瓦高的1/3留作“睁眼”，前脸勾头下端紧贴滴子面。最后以冲好的边垄为基准，在正脊、中腰和檐头分别拴好各道齐头线、楞线和檐头线，确保整体布局规整。

（6） 瓦檐头瓦。以左右边的垄滴子瓦下楞为标准，调整其高度和宽度，然后根据这条线使用色彩鲜艳的麻刀灰瓦檐头滴子瓦。在覆盖完遮阳瓦之后，根据屋顶的线条，使用颜色鲜艳的麻刀灰瓦对屋顶轮廓勾勒。随后用长钉将勾头的孔洞内部嵌入连檐或灰背中，钉头应外露大约3 cm，以便于后续安装钉帽。

（7）栓瓦垄线卧瓦。瓦垄线也被称为瓦刀线，通常使用帘绳或仔绳。将其上端固定在铁钎上，插入脊头灰背中。绳子的顶端需固定在插入脊头灰背中的铁钎上，而底端则应系上一块适宜大小的瓦片，垂挂于屋檐之下。为了保证瓦刀线与边垄底瓦的瓦翅曲线相吻合，可在瓦刀线的中段多处附加适当重量的物体。此外，还可以在棱线上绑扎铅丝，形成“吊鱼”结构，以方便随时调整瓦刀线的曲度。然后将灰泥从地面向上铺设到地面的瓦片，其中窄边朝下，宽边朝上，并且将瓦片的棱角对准瓦刀线。檐口的连接方式可以略微减少，而顶部的连接方式需要更紧凑，必须保持平整，避免在瓦片上做出任何倾斜。瓦刀线的移动应该在瓦垄之外进行，以便于操作。

5.3 原有墙体加固

5.3.1 施工准备

（1）在拆除原有建筑木屋面体系后，原有墙体失去与原结构的拉结，稳定性较差，为增强墙体自身刚度及整体稳定性，采用在内部增设钢筋网片后喷射混凝土板墙的方式进行加固，墙体外侧为保留原有历史外观，采用对砖缝内塞扁钢的形式增强墙体自身水平刚度，最后将墙体与新建钢结构体系进行有效拉结，但考虑到如果采用单纯的刚性连接，钢结构体系在抗震时会将水平剪力传递至外墙造成外墙的破坏，为有效地减少水平剪力的传递，项目部特研究了一种水平剪力缓冲装置对钢结构主体与外墙进行连接。

（2）在开始施工之前，应当参照设计图纸，检查其与实际结构是否一致。如果有任何异议，应立即通知建设单位、监理单位和设计单位。

（3）对外墙面的处理和控制测量。基于建筑物平面控制网中的各外墙轴线，将其精确投射到现有的一层墙体上。随后利用这些轴线确保墙面的垂直度和平整度。

（4）对内墙的垂直测量。通过测量原始轴线，将关键轴线投射到施工层。首先需进行审核确认无误后，再精确测量具体轴线位置。然后将设计的墙厚标示在楼地面及两侧墙面上，为内墙抹灰施工提供准确的垂直和平整基准。

5.3.2 工艺流程

基层处理→刷水泥浆→墙体外侧扁钢施工→墙体内侧钢筋网绑扎→增设U形拉结筋→喷射混凝土→连接钢结构主体与原墙体。

（1）基层墙面清理。将原有粉刷层及涂料层铲掉，清除墙面上的电线、支架等附着物，清扫墙面的杂草与藤蔓，最后用钢丝刷净残灰，洒水湿润，喷1道素水泥浆，并将垃圾清理干净。

（2）墙体外侧扁钢施工。在墙体外侧上下每隔四皮砖的水平灰缝内安装拉结扁钢，有效增强墙体的稳定性，进而提升整体结构的整体性。

1）沿水平方向，在墙体外侧剔除原灰缝砂浆（间距为四皮砖），深50 mm，冲洗干净。

2）每道砖逢塞入环氧砂浆至约1/2深度，后放入通长–3×20 mm扁钢（Q235B），再用环氧砂浆填充剩余灰缝。

3）使用专用填缝剂对施工完成的砖缝位置进行外观修复并做旧处理。

（3）墙体内侧钢筋网绑扎。通长墙加固钢筋网片为水平筋6 mm@250 mm，竖向筋8 mm@250 mm，均为HPB 300，加固时采用L形 6 mm构造，将锚筋的一端嵌入结构墙体内进行固定，另一端则弯曲，扣住外部钢筋，从而将内外钢筋网络连接并牢固地绑扎成一个整体，填植筋胶锚固。锚筋孔直径采用锚筋直径的2倍，其孔深150 mm，L形锚固钢筋以500 mm梅花形排列。

钢筋网边缘使用锚筋，并通过拉结筋与墙体牢固连接。将上部锚固于圈梁中，底部则锚固于基础内部，采用植筋方式进行固定。当横向钢筋遇到门窗洞口时，应将其弯曲至洞口侧面并沿周边进行锚固。钢筋网混凝土层应深入地下，埋深不小于500 mm，地下部分厚度扩大为200 mm。

在墙面打孔时，应先按设计要求将锚筋位置画线标定，并在砖缝处用电钻打孔，其中L形锚筋孔直径筋直径的2倍，孔深150 mm，锚筋采用植筋胶灌注填实。

（4）增设U形拉结筋。在设置槽钢拉结件相应位置的墙体，以槽钢为中心、以400 mm范围内的竖直平面以相距250 mm的间距设置U形拉结扁钢，其一端与面层内钢筋勾连并互焊，另一端与墙外侧水平扁钢相扣。安装时先根据U形拉结扁钢定位在水平灰缝内安装通长–3×20扁钢，通过预先开槽穿墙后回折套在墙内侧钢筋网上的水平筋上相扣。在内墙面钢筋网安装完成后，将穿墙U形扁钢与钢筋网勾连并焊接。

（5）喷射混凝土。主要步骤如下。

1）配置结构加固的混凝土，粗骨料的最大粒径应不大于12 mm；细骨料为中、粗砂，其细度模数应不小于5.5，混凝土等级强度C30。

2）制作灰饼：采用水泥砂浆，按照设计混凝土厚度同等厚度制作灰饼，每隔1.5 m呈梅花形布置，以保证喷射混凝土施工时的墙面厚度。

3）喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，喷射顺序应自下而上，分段长度宜不大于6 m。喷射时先将低洼处大致喷平，再按自下而上顺序分层、往复喷射。

4）调节好水量，使混凝土具有适宜的稠度，以便于更好地压实混凝土，并降低回弹量，调整工作风压和给料装置，风压控制为0.1~0.13 MPa。

5）喷射角度尽可能接近90 °，以便于获得较大的压实力和最小的回弹，喷嘴应以环形（500 mm×150 mm）范围做曲线连续移动，以保证喷射均匀连续。如果喷嘴与受喷面的角度太小，会形成混凝土物料在受喷面上的滚动，产生凹凸不平的波形喷面，增加回弹量，影响喷射混凝土的质量。

6）喷射混凝土终凝2 h后应进行养护。养护时间不小于14 d。当气温低于5 ℃时，不得洒水养护。

（6）安装水平剪力缓冲装置（拉结点）。因墙体加固完成后失去与原主体结构的拉结，属于悬臂结构，因此需增加与新建主体的拉结点。

1）在内墙面绑扎钢筋网完成后，根据拉结点的定位图要求，将连接装置的M20圆钢弯钩的一端与钢筋网进行拉结（点焊固定），确保其牢靠固定于墙内。然后进行正常喷射混凝土施工，将圆钢的另一端穿过通槽钢，通过螺栓将圆钢固定在槽钢上，以使所述圆钢与所述槽钢沿着通槽的长度方向可滑动连接。水平剪力缓冲装置通过设置带有通槽的槽钢与圆钢形成可滑动的连接装置，减少水平剪力的传递，以减少剪力传递对文保建筑结构造成的损坏。

2）通过槽钢连接件根据现场实际尺寸确定下料长度，一端与主体结构构件（钢柱及钢梁）焊接，另一端通过预先安装在墙面的M 20圆钢使用螺栓相连。

3）拉结点的布置及间距根据钢结构的体系进行灵活调整。

4）对水平剪力缓冲装置（拉结点）涂抹防锈处理。

6 施工效益分析

本方案主要应用于安阳市广益工业遗产保护利用暨殷墟国家考古遗址公园配套服务项目工程，本工程部分单体建筑属于文保建筑，外观具有丰富的年代气息，根据建设单位改造需求，对其单体建筑内部进行结构改造，且需保证抗震要求，根据此要求特此对建筑内部结构体系进行更换，单独使用新建钢结构体系当其建筑的结构，但需保留原有建筑的外围护墙，特别需要对原有外墙体进行加固。

由于外墙外立面不可以破坏原有效果，则主要从内部使用钢筋网体系进行加固，且为了减少钢结构主体与原建筑外墙之间水平剪力的传递，使用缓冲连接装置进行连接，圆满地完成了建设单位对于在保护建筑原外墙效果的要求，又使建筑符合结构抗震相关规范要求，进而可以进一步使用，产生明显的经济效益和社会效益。

7 结束语

河南省安阳市豫北纺织厂的近代历史建筑以砖混、砖木建筑为主，在科学评估的基础上，结合城市更新需求，运用科学的手段和行之有效的方法进行加固与修缮，更好地保存了近现代历史建筑的历史信息和价值载体，同时让历史建筑在现代城市中呈现出更高的价值。（1）内部为主、外部为辅的加固方式，可以保证建筑原外墙风貌得到最大限度的保留。（2）内部结构体系的更换，满足了建筑的抗震防火要求，从而丰富建筑使用功能。（3）新型缓冲连接装置的使用，解决了主体钢结构与原有建筑围护墙之间的连接以及水平剪力传递的问题。

随着我国现代工业的飞速发展，城市内原有历史工业建筑逐步退出工业历史舞台，但是原有工业建筑为城市发展做出巨大贡献，同时也是见证历史文化的一部分。同时，响应国家号召节能减排的政策，为了最大限度地开发利用原有工业建筑，加固和修缮措施复杂等的特点。随着文化旅游产业的大力发展，国内改造加固工程日益增多，本工程所使用的各项加固改造的施工工艺，可为后续企业面对改造加固类型的工程提供宝贵经验。