淺談框架結(jié)構(gòu)房屋頂部輕鋼加層施工關(guān)鍵技術(shù)

毛華安

摘 要：房屋建筑加層施工是實(shí)行建筑改造、優(yōu)化居住條件的重要舉措，本文以某框架結(jié)構(gòu)房屋建筑為實(shí)例，針對(duì)其頂部輕鋼加層施工技術(shù)方案進(jìn)行了大體分析，圍繞原建筑保護(hù)性拆除舉措、新型柱腳節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)、鋼梁與鋼柱安裝、防水層設(shè)計(jì)、隔震層設(shè)計(jì)五個(gè)層面，探討了框架結(jié)構(gòu)房屋頂部輕鋼加層施工所應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，以期為相關(guān)施工提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu);輕鋼加層;柱腳節(jié)點(diǎn);隔震技術(shù)

引言：據(jù)中國(guó)建筑業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2019年上半年全國(guó)建筑業(yè)累積完成總產(chǎn)值10.16萬(wàn)億元，同比增長(zhǎng)7.2%;完成房屋建筑施工面積107.5億m2，同比增長(zhǎng)2.71%。在房屋建筑市場(chǎng)呈逆勢(shì)增長(zhǎng)的背景下，建筑加層施工憑借其在結(jié)構(gòu)、功能、造價(jià)、資源與居住條件等方面的優(yōu)勢(shì)性能脫穎而出，其中應(yīng)用到的關(guān)鍵施工技術(shù)值得我們進(jìn)行深入探討。

1工程實(shí)例與加層施工技術(shù)方案

1.1工程概況

以某房屋建筑改造工程為例，該建筑工程主體包含 、 兩部分，兩棟建筑皆為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑總面積為 m2，抗震設(shè)防烈度為 度。其中 建筑地上部分為 層，總高度為 ，首層層高為 ，其余層高均為 ; 建筑地上部分為 層，總高度為 ，首層層高為 ，其余層高均為 。由于兩棟建筑的使用年限均超過(guò) 年，建設(shè)單位要求針對(duì) 建筑進(jìn)行平面改造，將其樓層加至 層。本次改造施工內(nèi)容包括鋼梁、鋼柱、屋面等結(jié)構(gòu)的安裝，采光通風(fēng)系統(tǒng)安裝，屋面隔熱層、女兒墻拆除，屋面防水層處理與隔震層布置。

1.2加層施工技術(shù)方案

在施工方與建設(shè)方、設(shè)計(jì)單位的共同商議下，依據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)形式特征進(jìn)行加層承載力的驗(yàn)算，綜合考慮加層承載力與具體施工目標(biāo)，擬選取輕鋼加層技術(shù)方案開(kāi)展施工：首先針對(duì)原有等截面門式剛架結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，分別選取 型鋼、 型鋼作為檁條與梁柱，選用雙層壓型鋼板進(jìn)行墻面板、屋面板設(shè)計(jì)，采用的輕鋼結(jié)構(gòu)共計(jì) ，符合施工設(shè)計(jì)要求;其次針對(duì)原建筑窗結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，擴(kuò)大窗結(jié)構(gòu)面積，并將原有隔熱層進(jìn)行拆除處理，保障建筑的協(xié)調(diào)性;再次選取輕質(zhì)混凝土進(jìn)行排水坡找平處理，減輕下部結(jié)構(gòu)荷載;最后進(jìn)行隔震支座的選型，依據(jù)建筑抗震性能目標(biāo)完成隔震層布置。

2框架結(jié)構(gòu)房屋頂部輕鋼加層施工所應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)探討

2.1原建筑保護(hù)性拆除舉措

由于在該建筑改造工程中，建設(shè)單位要求針對(duì)原建筑進(jìn)行防護(hù)處理，因此在開(kāi)展加層施工時(shí)需進(jìn)行工藝流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，選取保護(hù)性拆除技術(shù)進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，結(jié)合原建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行施工材料、拆除機(jī)械的選型處理，編制詳細(xì)保護(hù)施工措施與技術(shù)方案，以此優(yōu)化施工質(zhì)量。具體來(lái)說(shuō)，該工程采取自上而下的順序開(kāi)展拆除作業(yè)，依據(jù)原建筑結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行拆除作業(yè)順序、作業(yè)項(xiàng)目的安排，在房屋頂面處采用邊拆除、邊防護(hù)的方式開(kāi)展加層施工作業(yè)，并針對(duì)保留的所有管線接口、排水口、通風(fēng)口進(jìn)行防護(hù)處理[1]。

在此基礎(chǔ)上，基于安全、環(huán)保理念開(kāi)展施工，在重要區(qū)域搭建水平防護(hù)棚與防護(hù)圍墻，采用靜態(tài)破碎、人工剔鑿等工藝手段進(jìn)行噪聲、塵土等污染的防治處理。例如在進(jìn)行樓板構(gòu)造層、女兒墻施工時(shí)，采用人工剔鑿、無(wú)振動(dòng)鉆孔作業(yè)方式取代以往使用風(fēng)鎬、大錘的作業(yè)方法，既有助于保護(hù)原有建筑結(jié)構(gòu)、裝修成果不被破壞，同時(shí)還能夠提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。為進(jìn)一步強(qiáng)化原建筑結(jié)構(gòu)的安全質(zhì)量保障，本改造工程中還采用一定的支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，以此提高建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為頂部輕鋼加層施工的順利開(kāi)展創(chuàng)設(shè)完備基礎(chǔ)。

2.2新型柱腳節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)

2.2.1混凝土柱與圈梁施工

為最大限度降低加層施工對(duì)原建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，擬采用外包鋼法進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)柱處理，采用擴(kuò)大截面法進(jìn)行基礎(chǔ)處理，配合粘貼鋼板與碳纖維布進(jìn)行原結(jié)構(gòu)梁的加固處理。該工程采取新型連接工藝進(jìn)行鋼柱與原混凝土柱節(jié)點(diǎn)處的連接設(shè)計(jì)，其柱腳主要由新澆混凝土柱頭、新增圈梁、鋼柱外包混凝土等結(jié)構(gòu)組成，針對(duì)柱腳節(jié)點(diǎn)處的混凝土分兩次澆筑完畢，在原框架結(jié)構(gòu)柱頂部位進(jìn)行放大截面柱頭的澆筑作業(yè)，并在此處完成鋼柱底板的安裝;在建筑上部隔墻處的柱網(wǎng)間進(jìn)行圈梁澆筑，將其高度控制在與各柱頭齊平位置，保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)固;待檢驗(yàn)柱頭、圈梁處的混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后進(jìn)行鋼柱的安裝，并在柱頭上進(jìn)行鋼柱外包混凝土的澆筑[2]。

在具體施工設(shè)計(jì)方面，柱腳節(jié)點(diǎn)處的施工設(shè)計(jì)如圖1所示。其施工流程大體劃分為以下四個(gè)環(huán)節(jié)：其一是將鋼筋混凝土柱與框架梁頂部面層進(jìn)行鑿除，隨后清理面層確保柱、梁上部鋼筋露出。其二是選取 根 鋼筋植入原框架柱頂部，以柱頭高度設(shè)計(jì)值為參照在其上部 位置預(yù)留空間;隨后選取縱向鋼筋植入框架梁、樓板中，以鋼柱外包混凝土高度為基準(zhǔn)在其上部預(yù)留足夠長(zhǎng)度，其中分別選取 根 角筋、 架立筋植入到屋面板與框架梁中，并將柱頂植筋、柱頭縱筋處的 箍筋進(jìn)行牢固綁扎。其三是將圈梁鋼筋綁扎在位于框架柱附近的梁上，依據(jù)施工設(shè)計(jì)圖進(jìn)行圈梁配筋尺寸的控制。其四是支模板，并進(jìn)行柱頭、圈梁處的澆筑作業(yè)，完成柱腳節(jié)點(diǎn)的第一次混凝土澆筑作業(yè)。

2.2.2鋼柱外包混凝土

待柱腳節(jié)點(diǎn)處第一次澆筑的混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，開(kāi)始進(jìn)行鋼柱的安裝作業(yè)，并依據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鋼柱底板標(biāo)高的調(diào)整;隨后進(jìn)行位于柱頭上部鋼柱外包混凝土箍筋的綁扎處理，并選取 根 的加強(qiáng)箍筋綁扎在外包混凝土頂部位置;接下來(lái)在支好模板后，完成外包混凝土的第二次澆筑作業(yè)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后進(jìn)行拆模處理，完成柱腳節(jié)點(diǎn)連接處的施工作業(yè)。

2.2.3構(gòu)造設(shè)計(jì)

為確保柱腳節(jié)點(diǎn)處的連接作業(yè)符合施工要求，需圍繞以下三方面進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)：其一是調(diào)節(jié)位于鋼柱底板上部的鋼筋混凝土及其鋼柱角的高度，確保其高度至少為鋼柱截面 倍;其二是進(jìn)行外包混凝土頂部縱筋的控制，將其調(diào)節(jié)成彎鉤狀，并將下彎最小值設(shè)置為 ，以此實(shí)現(xiàn)縱筋的有效錨固，并完成縱筋、鋼柱的焊接處理;其三是進(jìn)行新澆混凝土柱頭高度的控制，保障其高度大于地腳螺栓直徑的30倍。

2.3鋼梁與鋼柱安裝

在綜合考量施工質(zhì)量、進(jìn)度計(jì)劃要求的基礎(chǔ)上，選取在工廠完成鋼柱、鋼梁的分段制作，待將鋼柱、鋼梁綁扎牢固后運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組合拼裝。依據(jù)輕鋼結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)，本工程配備1臺(tái) 汽車吊負(fù)責(zé)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的吊裝，配合2臺(tái) 汽車吊承擔(dān)構(gòu)件的拼接處理以及二次搬運(yùn)作業(yè)。由于本工程加工制造的鋼梁在其翼板、腹板處厚度不足，在安裝過(guò)程中極易導(dǎo)致其出現(xiàn)平面彎曲變形問(wèn)題，嚴(yán)重?fù)p害安裝質(zhì)量，因此擬選取在地面將鋼梁豎起進(jìn)行立式拼裝，隨后再采用汽車吊進(jìn)行吊運(yùn)組裝。同時(shí)，鑒于鋼柱易產(chǎn)生彎曲變形，因此需采取檁條、拉條在相鄰兩柱間進(jìn)行加強(qiáng)處理，選取1臺(tái)汽車吊將鋼柱吊運(yùn)至樓頂處，并將其與基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓進(jìn)行固定，配合另1臺(tái)汽車吊完成 型檁條的吊裝處理，同時(shí)將其與鋼柱進(jìn)行固定，隨即依次完成鋼梁、鋼柱的吊裝與連接。待完成兩榀鋼梁的拼裝連接后，選用 型檁條進(jìn)行支撐加固，以此完成全部鋼柱、鋼梁、檁條的拼接安裝作業(yè)[3]。

2.4防水層設(shè)計(jì)

由于該房屋建筑改造工程在施工設(shè)計(jì)方面擬將其局部原防水層進(jìn)行清除處理，綜合考慮到不停業(yè)施工需求與季節(jié)性氣候特征，需采取有效措施進(jìn)行防水層設(shè)計(jì)，避免因降雨對(duì)施工質(zhì)量造成影響。首先，應(yīng)在原建筑物處進(jìn)行測(cè)量放線，明確定位柱頂所在位置，找準(zhǔn)原建筑物的坐標(biāo)控制網(wǎng)并進(jìn)行復(fù)核，隨即依次進(jìn)行實(shí)物位置、標(biāo)高、間距的重新校核，確保與施工設(shè)計(jì)方案相符后進(jìn)行開(kāi)鑿施工。其次，針對(duì)原建筑物的女兒墻進(jìn)行拆除處理，先在其外墻柱頂部開(kāi)鑿一個(gè)規(guī)格為 的作業(yè)面;隨即將其三元乙丙防水層割開(kāi)，在外圍處砌筑高約 的防水沿，將割開(kāi)的防水層四圍處折起并砌進(jìn)防水沿內(nèi);再在其頂部安裝一個(gè)木框防水蓋，選取彩條布鋪設(shè)在防水蓋之上，在后續(xù)開(kāi)展施工作業(yè)時(shí)將防水蓋打開(kāi)，待降雨時(shí)將其關(guān)閉，起到防水效果。再次，在完成鋼柱底板焊接處理后，選取 的水泥砂漿涂抹在柱坑內(nèi)部，將其厚度控制在 左右，并選取水泥粉配合 防水劑混合后再次均勻涂抹在柱坑內(nèi)，確保無(wú)死角;待完成鋼柱安裝后，保障降雨時(shí)坑內(nèi)積水不滲漏。最后，待完成加層防水層設(shè)計(jì)后進(jìn)行樓面開(kāi)鑿清除作業(yè)，尤其注意做好加層外墻板與原建筑接縫處的處理，合理選取連接配件，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)防水性能與美觀作用的雙重保障。

2.5隔震層設(shè)計(jì)

為保障輕鋼加層施工不影響到建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，還需加強(qiáng)輕鋼加層的隔震層設(shè)計(jì)，在此可圍繞以下四個(gè)層面展開(kāi)：

首先依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 進(jìn)行橡膠隔震支座的選型設(shè)計(jì)，綜合考慮重力荷載代表值要求，確保橡膠隔震支座的豎向壓應(yīng)力小于或等于 ，在罕遇地震情況下拉應(yīng)力不超過(guò) ，其水平位移限值不超過(guò)支座有效直徑的 倍或支座橡膠厚度的 倍。

其次考慮到扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，支座結(jié)構(gòu)外圍處的位移略大于中部，因此選取鉛芯隔震支座、橡膠隔震支座分別布設(shè)在外圍與中部位置，借助兩種支座的搭配使用提高其承載力與水平變形能力，更好地促使支座的隔震功能得到充分發(fā)揮。

再次在隔震支座布設(shè)方面，應(yīng)確保其剛度中心與質(zhì)量中心位于同一水平線上，最大限度降低扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，同時(shí)對(duì)照豎向受力構(gòu)件所處的平面位置進(jìn)行支座平面布置，在每個(gè)框架結(jié)構(gòu)柱下分別布設(shè)一個(gè)隔震支座，以此優(yōu)化隔震效果[4]。

最后在隔震支座的具體設(shè)置方面，分別選取 個(gè) 鉛芯橡膠隔震支座與 個(gè) 天然橡膠隔震支座，兩種支座的有效直徑均為 、橡膠總厚度為 ，其中鉛芯橡膠隔震支座的屈服前剛度為 、豎向剛度為 、屈服力為 ，100%水平剪切變形下的等效剛度為 、250%水平剪切變形下的等效剛度為 ;天然橡膠隔震支座的豎向剛度為 ，100%水平剪切變形下的等效剛度為 、250%水平剪切變形下的等效剛度為 。

結(jié)論：總而言之，隨著城市化建設(shè)步入新的發(fā)展階段，相應(yīng)也推動(dòng)了房屋建筑工程施工方向的調(diào)整。房屋頂部輕鋼加層施工對(duì)于大型機(jī)械設(shè)備無(wú)過(guò)高要求，在施工過(guò)程中需強(qiáng)化柱腳節(jié)點(diǎn)連接與下部結(jié)構(gòu)施工，采取有效技術(shù)手段優(yōu)化防水層、隔震層設(shè)計(jì)，提高輕鋼加層施工質(zhì)量，為建筑加層改造施工提供重要參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳信才.實(shí)例探討房建頂部加層施工的相關(guān)問(wèn)題[J].建材發(fā)展導(dǎo)向（上），2015，（1）：19-20.

[2]程偉.防屈曲耗能支撐在輕鋼加層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2018.

[3]孫慎.隔震技術(shù)在框架結(jié)構(gòu)輕鋼加層工程中的應(yīng)用與分析[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2018.

[4]張亞英，趙春榮，崔煒.多層磚混建筑的輕鋼結(jié)構(gòu)加層設(shè)計(jì)和抗震計(jì)算模式對(duì)比研究[J].工程抗震與加固改造，2017，（4）：136-140.