工業(yè)廠房直立鎖縫式鋼結(jié)構(gòu)屋面大面積修復(fù)施工技術(shù)

藍(lán)元海

中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司 湖北 武漢 430074

超強(qiáng)臺風(fēng)近年來頻繁登陸我國，對臺風(fēng)影響范圍內(nèi)的各地鋼結(jié)構(gòu)廠房的破壞影響極大，尤其是2016年9月15日在廈門附近登陸的17級超強(qiáng)臺風(fēng)“莫蘭蒂”，造成了難以估量的損失。由于超強(qiáng)臺風(fēng)的偶然性和強(qiáng)破壞性，截至目前，尚無一套完整的應(yīng)對風(fēng)災(zāi)后修復(fù)的規(guī)范體系，僅有相關(guān)臺風(fēng)區(qū)城市臺風(fēng)關(guān)鍵參數(shù)統(tǒng)計分析[1]和相關(guān)臺風(fēng)案例經(jīng)驗[2]供借鑒。

在對上述相關(guān)研究信息及大量實體案例進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了深入的探索和實地考察，結(jié)合工程實例，總結(jié)出一套直立鎖縫式鋼結(jié)構(gòu)屋面大面積修復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

ABB廈門工業(yè)中心項目總建筑面積為196 253.53 m2，占地面積166 519.44 m2，包含低壓（LP）廠房、中壓（PPMV）廠房、高壓（PPHV）廠房，皆為鋼結(jié)構(gòu)廠房。廠房層高為8.20～13.38 m，總體鋼結(jié)構(gòu)屋面近140 000 m2，皆為直立鎖縫式鋼結(jié)構(gòu)屋面?！澳m蒂”臺風(fēng)的肆虐，造成屋面直接受損面積達(dá)10%，間接受損面積達(dá)35%，連同隱形損害，總受損面積達(dá)45%。大面積鋼板變形嚴(yán)重?zé)o法修復(fù)，桁架體系及保溫體系分崩離析，經(jīng)過專業(yè)鑒定，需要對低壓廠房全部屋面系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)更換，對中壓廠房屋面系統(tǒng)部分（50%）進(jìn)行修復(fù)更換。

2 直立鎖縫式鋼結(jié)構(gòu)屋面修復(fù)技術(shù)原理

通過分層分塊、細(xì)部切斷的拆除方式，對損壞的屋面系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致分離，以確保損壞構(gòu)件徹底拆除，同時也在全面拆除過程中排查安全隱患，一舉兩得。在屋面區(qū)域拆除完成后，緊跟著重新安裝新的屋面系統(tǒng)，緊密銜接的“一拆一裝，拆裝并進(jìn)”方式，極大地提高了施工效率，再結(jié)合BIM排版技術(shù)和模擬施工，最大限度地保護(hù)了鋼結(jié)構(gòu)主構(gòu)件，提高了施工質(zhì)量和施工速度，降低了成本。

3 直立鎖縫式鋼結(jié)構(gòu)屋面修復(fù)施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→BIM排版與模擬→拆除區(qū)域分區(qū)→鋼絲防護(hù)拆除→屋面板拆除→保溫棉清除→檁條替換→天溝清理與安裝→鋼絲防護(hù)安裝→保溫棉鋪設(shè)→屋面板安裝

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備

分析直立鎖縫式鋼結(jié)構(gòu)屋面拆除概況，合理采用施工方法。提煉拆除和安裝關(guān)鍵節(jié)點，為下一步BIM排版和模擬做好準(zhǔn)備。

4.2 BIM排版與模擬

1）運用Tekla Structures建模軟件對鋼結(jié)構(gòu)屋面的重新施工進(jìn)行排版（圖1），各構(gòu)件的參數(shù)需符合設(shè)計圖紙要求，保證模型與實際施工一致。

2）運用Navisworks軟件對屋面板拆除和安裝工作進(jìn)行施工模擬（圖2）。

圖1 屋面重新施工排版示意

圖2 屋面拆除和安裝模擬

4.3 拆除區(qū)域分區(qū)

1）分區(qū)原則。屋面拆除分區(qū)與屋面原施工分區(qū)基本相同，分區(qū)界限為原各施工分區(qū)交界線，即流水施工分區(qū)線，同時針對屋面損壞程度進(jìn)行補(bǔ)充分區(qū)。屋面經(jīng)過第三方機(jī)構(gòu)定損，劃定為“未明顯損壞屋面區(qū)”和“直接拆除區(qū)”。其中“未明顯損壞屋面區(qū)”的分區(qū)同屋面原施工分區(qū)，“直接拆除區(qū)”在屋面原施工分區(qū)基礎(chǔ)上單獨分區(qū)，因此，共計分為7個拆除分區(qū)，分別為未明顯損壞屋面區(qū)W1—W4，直接拆除區(qū)1—3（圖3）。

圖3 屋面拆除區(qū)域分區(qū)

2）分層原則。屋面分層依據(jù)設(shè)計圖紙構(gòu)造進(jìn)行區(qū)分，同時依據(jù)現(xiàn)有安全防護(hù)設(shè)置情況進(jìn)行區(qū)分，具體拆除順序為：拆除鋼絲防護(hù)網(wǎng)→拆除屋面板鋼支座→拆除屋面板→清除保溫層→拆除鍍鋅鋼絲網(wǎng)→替換損壞檁條→鋪設(shè)臨時屋面板（僅直接拆分區(qū)需要此道工序）。

3）針對損壞屋面，通過對直接損壞屋面和未明顯損壞屋面進(jìn)行分區(qū)，確定不同的拆除施工措施。

4）直接拆除區(qū)損壞屋面板拆除后，先簡易鋪設(shè)臨時屋面板，臨時屋面板為彩色，便于區(qū)分。

5）未明顯損壞屋面區(qū)的屋面板拆除一部分后即插入屋面板重新安裝，無需再鋪設(shè)臨時屋面板。

6）具體拆除順序為：拆除直接拆除區(qū)1屋面板→拆除直接拆除區(qū)2、3屋面板→在直接拆除區(qū)1—3上鋪設(shè)臨時屋面板→拆除W1屋面板→拆除W3、W4屋面板→拆除W2屋面板。

4.4 鋼絲防護(hù)網(wǎng)拆除

1）在每個區(qū)域拆除前，先進(jìn)行仔細(xì)排查，針對情況不明區(qū)域，由拆除作業(yè)人員通過曲臂車上升至鋼絲防護(hù)網(wǎng)處，仔細(xì)觀察屋面情況。先排除部分損壞小構(gòu)件，避免后續(xù)拆除時與屋面雜亂的構(gòu)件發(fā)生碰撞。

2）針對屋面鋼絲防護(hù)網(wǎng)，先行針對曲臂車上升區(qū)域部分進(jìn)行處理，采用鋼絞剪剪開一個較曲臂車操作平臺面大的區(qū)域，但此區(qū)域每邊距離曲臂車操作平臺面不宜大于500 mm。

3）待拆除作業(yè)人員上升高度超出屋面，用手電鉆先卸下防護(hù)鋼絲網(wǎng)的自攻螺釘，同時及時將自攻螺釘收集入袋，并標(biāo)識為廢棄螺釘，避免與新螺釘混雜使用。

4）卸下自攻螺釘后，分片移除破舊防護(hù)鋼絲網(wǎng)，并重新替換上新的防護(hù)鋼絲網(wǎng)，將拆除的破舊防護(hù)鋼絲網(wǎng)卷成卷，堆碼整齊后進(jìn)行吊裝，掛上廢棄標(biāo)識牌，避免與新鋼絲網(wǎng)混雜使用。

4.5 屋面板拆除

1）針對屋面板支座，拆除操作人員先行使用手電鉆清除固定屋面板的支座自攻螺釘，方法同防護(hù)鋼絲網(wǎng)自攻螺釘做法一致。

2）卸下屋面板鋼支座，并及時收集入袋，標(biāo)識為廢棄支座，避免與新屋面板鋼支座混雜使用。

3）屋面板鋼支座拆除后，即對屋面板進(jìn)行拆除。屋面板采用移動切割機(jī)切割，切割長度最長不超過2 m，每切割1張屋面板，立即用移動曲臂車運送至地面，由地面輔助人員歸堆存放被拆下的屋面板。

4.6 保溫棉清除

屋面板拆除后，進(jìn)行保溫棉清理，將廢舊保溫棉先裹成團(tuán)，然后及時入袋。針對過長的保溫棉，每10 m剪斷后裹成團(tuán)，然后及時入袋。裝袋采用透明袋，以便與新保溫棉進(jìn)行區(qū)分，避免混裝。

4.7 檁條替換

1）針對已損壞的檁條，先采用20 t吊車吊掛檁條兩端，再由拆除人員拆除檁條兩端的固定螺絲，然后吊裝至地面進(jìn)行標(biāo)識，并歸堆清運。

2）因檁條為承擔(dān)屋面板支撐的次構(gòu)件之一，因此拆除后立即替換上新的檁條，以確保后續(xù)工作的進(jìn)行。

4.8 天溝清理與安裝

1）根據(jù)屋面板排版圖，現(xiàn)場放線，檢查天溝損壞處，重新進(jìn)行替換安裝。先安裝起始邊緣山墻角鋼，再安裝檐口墊板，檐口墊板螺母位置需對應(yīng)天溝及屋面板預(yù)沖孔。

2）安裝內(nèi)天溝托架，內(nèi)天溝處保溫棉單獨先進(jìn)行鋪設(shè)，替換安裝完成后，即進(jìn)行整體沖洗清理。

4.9 鋼絲防護(hù)安裝

鋼絲網(wǎng)用直徑2 mm熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)，鋼絲交叉成正方形，四周固定于檁條上，鍍鋅鋼絲網(wǎng)與檁條用自鉆螺釘連接固定起來，搭接方法用熱鍍鋅鋼絲綁扎或搭接一個格。

4.10 保溫棉鋪設(shè)

1）保溫棉由汽車吊吊運至屋面，在第1塊損壞的屋面板和保溫棉拆除后，立即進(jìn)行第1塊板處新保溫棉鋪裝。

2）保溫棉接頭處白膜用訂書機(jī)釘死，訂書釘間距不大于300 mm，保溫棉邊角料用原塑料包裝袋收集，統(tǒng)一處理。

4.11 屋面板安裝

1）在進(jìn)行屋面板安裝前，設(shè)置屋面主次生命線，φ12 mm鍍鋅鋼絲繩主生命線設(shè)置2道，φ8 mm鍍鋅鋼絲繩次生命線設(shè)置1道。主次生命線上纏裹三角彩旗警示，提醒人員注意安全。

2）在屋面板施工區(qū)域設(shè)置屋面安全網(wǎng)，安全網(wǎng)安裝范圍不小于屋面板安裝位置1跨以上距離，安全網(wǎng)接頭處安全繩固定牢靠，安全網(wǎng)的張緊程度符合規(guī)范要求。

3）屋面系統(tǒng)采用成型壓板技術(shù)，通過在現(xiàn)場用組件架高屋面壓板機(jī)，屋面板在施工部位直接由壓板機(jī)加工成型后進(jìn)行鋪設(shè)。該方法施工速度快，施工質(zhì)量高。根據(jù)對鋼結(jié)構(gòu)屋面板及屋面壓制方法的分析，長屋面板采用高空屋面壓板，短屋面采用地面壓制。

4）高空屋面壓板的安裝采取直接壓制出板，在已完成屋面板上，鋪設(shè)12#槽鋼，組成滑道，采用滑道小車，并用C型鋼將小車連接起來，形成可滑動的機(jī)構(gòu)?；佬≤囬g距根據(jù)現(xiàn)場屋面寬度，10 m設(shè)置1個，C型鋼滑道鋪設(shè)長度為95 m。每次搬動屋面板數(shù)量為10～15張。

5）地面屋面壓板的安裝采用吊車進(jìn)行吊運，吊運至屋面上后，運輸方式同高空屋面壓板。

6）當(dāng)?shù)?塊鋼板固定就位后，在屋頂?shù)妮^低端拉1根連續(xù)的準(zhǔn)線，這根線和第1塊鋼板將成為引導(dǎo)線，便于后續(xù)鋼板的快速安裝和校正。安裝期間需對每一屋面區(qū)域進(jìn)行定位檢測，方法是測量已固定好的鋼板寬度，在其頂部和底部各測1次，以保證不出現(xiàn)移動和扇形。安裝至一半時，還要測量從已固定的鋼板頂、底部至屋面的遠(yuǎn)邊或完成線的距離，以保證所固定的鋼板與完成線平行。若需調(diào)整，則可以在以后安放和固定每一塊板時很輕微地作扇形調(diào)整，直到鋼板達(dá)到平直度要求。

7）安裝第2塊屋面板，將第2塊屋面板的母扣邊扣在第1塊板的公扣邊上，調(diào)整定位，并使第3塊板與第1塊板的檐口位置對齊后，直立縫咬合。2塊板的搭接處需合縫平整。依此方法分別安裝第3、第4塊……，直至最后一塊屋面板。

8）對所有屋面外板設(shè)置止水端，即采用工具將位于鋼板終端肋條中間的底盤向上折，以保證在泛水板或蓋板下方由風(fēng)吹入的水不會流入建筑物之中。

9）本工程的直立鎖縫式鋼結(jié)構(gòu)屋面應(yīng)當(dāng)遵照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50205—2017《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》[3]及其他有關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行施工檢驗。

5 實施效果

采用該技術(shù)對低壓廠房屋面進(jìn)行修復(fù)施工，通過BIM技術(shù)的精細(xì)模擬和拆裝的緊密銜接，提高了近50%的施工效率，將原本修復(fù)施工工期壓縮一半，節(jié)省了大量的安全措施費。之后的中壓廠房屋面修復(fù)在低壓廠房施工技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)，不僅壓縮了工期，通過采用低壓精細(xì)施工拆卸下的部分可利用材料，亦節(jié)約了材料成本，并且利用低壓廠房廢棄保溫棉層疊壓縮打包作為高處安全緩沖墊，額外節(jié)省25%的安全措施費。2棟廠房整體修復(fù)后，質(zhì)量與原來一次性施工質(zhì)量幾乎無差別。

6 結(jié)語

長期以來，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在經(jīng)受不可抗力的自然災(zāi)害后的修復(fù)往往是暴力、無組織地進(jìn)行破壞性重建，不僅浪費了大量人力物力，對原結(jié)構(gòu)也造成了極大的影響，不利于結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

相較于傳統(tǒng)單純拆除后再進(jìn)行安裝的施工工藝，本技術(shù)是在被損毀的屋面拆除施工過程中，針對被損壞的屋面結(jié)構(gòu)特性，通過合理調(diào)整拆裝時間，采用了“先分層、后分塊”的屋面拆除方式，結(jié)合原屋面安裝時BIM模擬排版技術(shù)，提前排除很大一部分安全隱患，進(jìn)行“倒序拆除”。與傳統(tǒng)的直接拆除技術(shù)相比，本技術(shù)最大限度保存了鋼結(jié)構(gòu)主結(jié)構(gòu)體系的完整性，大大提高了拆除效率，降低了拆除損壞原結(jié)構(gòu)的風(fēng)險，在減少施工成本的同時，為后續(xù)重新安裝屋面板提供了極大的便利和最完好的結(jié)構(gòu)。

該修復(fù)技術(shù)適用于絕大部分結(jié)構(gòu)本身遭受嚴(yán)重破壞的鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房圍護(hù)系統(tǒng)，通過采用BIM技術(shù)，針對具有高精密圍護(hù)系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)建筑也有很好的適應(yīng)性，具有較廣的適用范圍及較高的推廣價值。