受損高層建筑結(jié)構(gòu)外墻的修復(fù)及其施工平臺(tái)搭設(shè)

呂文龍 隆 敏

1. 廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣東 廣州 510500；2. 廣州大學(xué)土木工程學(xué)院 廣東 廣州 510006

我國(guó)東南沿海地區(qū)是世界上受臺(tái)風(fēng)影響最多的地區(qū)，據(jù)中國(guó)天氣氣候事件統(tǒng)計(jì)，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害損失為全年自然災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失之首[1-2]。因此，不少學(xué)者研究了臺(tái)風(fēng)對(duì)建筑的影響。

金偉良等[3]研究了臺(tái)風(fēng)對(duì)低層建筑結(jié)構(gòu)物的危害，通過(guò)臺(tái)風(fēng)資料的統(tǒng)計(jì)分析了低層建筑結(jié)構(gòu)的可靠度評(píng)估。張傳雄等[4]通過(guò)對(duì)某建筑物現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，得到其頂層的風(fēng)速、風(fēng)向及多個(gè)樓層的加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，通過(guò)3種不同的方法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)與氣動(dòng)阻尼動(dòng)力特性進(jìn)行了計(jì)算分析。對(duì)臺(tái)風(fēng)吹倒塔吊破壞高層建筑結(jié)構(gòu)外墻的修復(fù)的研究并不多，有必要對(duì)其展開(kāi)研究。

1 工程概況

某住宅樓位于珠海市斗門區(qū)，為一幢32層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總高度為104.1 m，建于2017年初，為在建工程，該建筑物結(jié)構(gòu)工程和外墻裝修工程已經(jīng)完成，但塔吊尚未拆除，2017年8月23日臺(tái)風(fēng)“天鴿”過(guò)境，該塔吊倒塌墜落砸向結(jié)構(gòu)外墻，造成該樓的部分外剪力墻、女兒墻及裝飾柱受損。

2 檢測(cè)鑒定情況

2.1 檢測(cè)情況

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，該棟建筑物受損位置有4處。

1）在第29層標(biāo)高為85.95 m處，一片外剪力墻被塔吊配重砸裂，部分鋼筋發(fā)生屈服（圖1）。

2）在28～屋面層標(biāo)高為82.95～104.10 m處，外墻構(gòu)造柱被砸壞，損壞的鋼筋混凝土懸掛在空中，為防止其掉落，用鋼絲繩進(jìn)行了固定（圖2）。

圖1 剪力墻損壞

圖2 構(gòu)造柱損壞

3）在20～21層標(biāo)高為58.95～61.95 m處，外墻構(gòu)造柱被砸壞，鋼筋混凝土有較大裂縫。

4）位于屋面層的鋼筋混凝土女兒墻，標(biāo)高為98.00 m，女兒墻受損嚴(yán)重，可見(jiàn)混凝土部分掉落在屋面上，部分鋼筋斷裂裸露（圖3）。

2.2 鑒定情況

鑒定意見(jiàn)如下：風(fēng)災(zāi)對(duì)該建筑物主體結(jié)構(gòu)未造成主要損傷，但對(duì)外墻構(gòu)造柱、剪力墻及女兒墻造成了一定程度的損傷，可進(jìn)行修復(fù)處理；由于工期及天氣原因，該建筑修復(fù)應(yīng)在短期內(nèi)完工；該建筑按國(guó)家相關(guān)規(guī)范、規(guī)程[5-7]進(jìn)行修復(fù)設(shè)計(jì)、施工后，可恢復(fù)正常使用功能。

圖3 女兒墻損壞

3 修復(fù)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)修復(fù)

對(duì)坍塌或發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞的混凝土構(gòu)件進(jìn)行整體或局部更換處理，處理時(shí)應(yīng)更換發(fā)生屈服的鋼筋。本工程中20～21層和28～屋面層外墻構(gòu)造柱嚴(yán)重?fù)p壞，對(duì)構(gòu)造柱進(jìn)行拆除，綁扎新鋼筋后支模整體澆筑混凝土。剪力墻和女兒墻屬于部分損壞，可拆除損壞部位的鋼筋混凝土，綁扎新鋼筋后支模整體澆筑混凝土。

為滿足強(qiáng)度和工期要求，對(duì)更換的混凝土采用高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料，其3 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值，并滿足規(guī)范的相關(guān)要求。

3.2 施工平臺(tái)設(shè)計(jì)

由于受損建筑物的外墻腳手架在受災(zāi)前已經(jīng)完全拆除，現(xiàn)場(chǎng)樓面場(chǎng)地不具備安裝吊籃的條件，為修復(fù)受損構(gòu)造柱和剪力墻部位，必須在受損部位下方搭設(shè)施工作業(yè)平臺(tái)。建筑物受損的位置離地面高度較高，風(fēng)力較大，施工作業(yè)面小，高空搭設(shè)施工平臺(tái)困難。因此，高空搭設(shè)施工作業(yè)平臺(tái)是本修復(fù)工程的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

3.2.1 外剪力墻及構(gòu)造柱修復(fù)施工平臺(tái)

受損的構(gòu)造柱和剪力墻修復(fù)平臺(tái)由鋼梁和鋼管腳手架組成，以28～屋面層損壞的構(gòu)造柱為例，平臺(tái)長(zhǎng)4.9 m，從室內(nèi)懸挑1.2 m，腳手架高度24 m（圖4、圖5）。鋼梁從室內(nèi)懸挑而出，通過(guò)螺栓與板底連接，通過(guò)鋼管支撐與板頂連接，形成支座（圖6）。次梁與主梁之間采用螺栓連接。

設(shè)計(jì)步驟如下：

1）依據(jù)相關(guān)規(guī)范，采用PKPM施工軟件進(jìn)行腳手架計(jì)算，主要荷載為結(jié)構(gòu)自重、施工活荷載等豎向荷載和水平風(fēng)荷載，在滿足強(qiáng)度、撓度、穩(wěn)定性的要求下，確定了桿件的縱距1.1 m、橫距0.7 m和步距1.8 m。

2）依據(jù)相關(guān)規(guī)范，采用結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS進(jìn)行鋼梁計(jì)算，將步驟一計(jì)算的腳手架豎桿軸力作為外荷載作用在鋼梁上，在滿足強(qiáng)度、撓度、穩(wěn)定性的要求下，確定了用Q235B等級(jí)的HW250 mm×250 mm的熱軋寬翼緣H型鋼作為主梁GL1，用Q235B等級(jí)的14#工字鋼作為次梁GL2。主梁間距1.1 m，次梁間距0.7 m。

圖4 外剪力墻及構(gòu)造柱修復(fù)施工平臺(tái)平面

圖5 外剪力墻及構(gòu)造柱修復(fù)施工平臺(tái)立面

圖6 鋼梁與原樓板連接

3.2.2 女兒墻施工平臺(tái)

受損女兒墻采用鋼筋混凝土澆筑而成，修復(fù)平臺(tái)采用鋼吊架，平臺(tái)長(zhǎng)4 m，從屋面懸挑0.7（1.7） m，吊架高度1.7 m（圖7、圖8）。吊架鋼構(gòu)件采用螺栓與兩側(cè)完好的女兒墻連接。

依據(jù)相關(guān)規(guī)范，采用結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS進(jìn)行計(jì)算，主要荷載為結(jié)構(gòu)自重、施工活荷載等豎向荷載和水平風(fēng)荷載，在滿足強(qiáng)度、撓度、穩(wěn)定性的要求下，確定了用Q235B等級(jí)的100 mm×100 mm×6 mm方通制作，吊架連墻結(jié)構(gòu)間距2 m。

圖7 吊架平面

圖8 吊架側(cè)面

4 修復(fù)施工

4.1 外剪力墻及構(gòu)造柱

28～屋面層受損構(gòu)造柱的型鋼腳手架搭設(shè)高度為24 m，其受損位置高、受荷條件最不利，修復(fù)施工難度最大，因此以搭設(shè)28～屋面層受損構(gòu)造柱施工平臺(tái)為例，詳細(xì)介紹施工平臺(tái)搭設(shè)流程，20～21層損壞構(gòu)造柱及29層損壞剪力墻的施工平臺(tái)搭設(shè)類似。

施工平臺(tái)總共分為兩部分搭設(shè)。

第一部分為型鋼平臺(tái)搭設(shè)，施工步驟如下：

1）放線定位，確定型鋼位置及預(yù)留鋼板位置并在剪力墻上鑿出相應(yīng)大小的洞口。

2）在室內(nèi)鋪設(shè)縱向的第1層4根型鋼梁，型鋼梁與混凝土樓板通過(guò)錨栓和預(yù)留鋼板焊接固定在樓板上。

3）鋪設(shè)室內(nèi)橫向的第2層型鋼梁，1、2層型鋼的交叉位置通過(guò)錨栓固定并通過(guò)鋼管與上一層樓板進(jìn)行固定。

4）鋪設(shè)室外橫向鋼梁。

第二部分為腳手架搭設(shè)，在需要搭設(shè)立桿位置處的型鋼上焊接一截鋼筋，并將立桿焊接在型鋼上進(jìn)行固定，依次從下往上搭設(shè)立桿、大小橫桿，按照規(guī)范要求設(shè)置連墻件、拉索。同時(shí)，設(shè)置安全網(wǎng)，防止施工材料高空掉落引發(fā)安全事故（圖9）。

型鋼腳手架搭設(shè)完成后，從下往上依次拆除受損的鋼筋混凝土，拆除完成后進(jìn)行綁扎鋼筋、支模、澆筑高強(qiáng)灌漿料，完成灌漿料養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行拆模，拆模后進(jìn)行裝修工程粉刷外墻，待裝修工程完成后，從上往下依次拆除腳手架、型鋼，最后對(duì)鑿開(kāi)的洞口進(jìn)行修補(bǔ)。

4.2 女兒墻

女兒墻施工平臺(tái)的施工步驟如下：

3）搭設(shè)施工腳手架后，滑輪放在腳手架上，將U字形方通通過(guò)滑輪移動(dòng)到剪力墻外并與“”形方通進(jìn)行焊接。

4）女兒墻損壞處兩側(cè)各形成一個(gè)吊架后，在U字形之間鋪好沖壓鋼板作為施工平臺(tái)（圖10）。

圖9 現(xiàn)場(chǎng)外剪力墻施工平臺(tái)

圖10 現(xiàn)場(chǎng)女兒墻施工平臺(tái)

吊架平臺(tái)搭設(shè)完畢后，依次拆除受損鋼筋混凝土、支模、綁扎鋼筋、澆筑高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除模板，由外往內(nèi)依次拆除吊架。

5 結(jié)語(yǔ)

目前該工程已經(jīng)完工并通過(guò)竣工驗(yàn)收，使用情況良好。通過(guò)本工程實(shí)踐，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)外墻受損后的修復(fù)提出如下建議：

1）高層建筑物因自然災(zāi)害損傷的部位千差萬(wàn)別，應(yīng)根據(jù)建筑物不同損傷位置，因地制宜，采取恰當(dāng)方案，使修復(fù)后的建筑完全滿足使用和美觀要求，同時(shí)保證施工的可行性。

2）對(duì)受損的外剪力墻及構(gòu)造柱，采用在懸挑鋼梁上搭設(shè)的腳手架作為施工作業(yè)平臺(tái)，懸挑梁通過(guò)螺栓和鋼管支撐與主體結(jié)構(gòu)連接，可滿足受損外剪力墻、構(gòu)造柱修復(fù)的施工作業(yè)要求。

3）對(duì)受損的女兒墻，采用吊架作為施工作業(yè)平臺(tái)，搭設(shè)方便，可滿足受損女兒墻修復(fù)的施工作業(yè)要求。