老舊建筑屋頂改造綜合技術(shù)研究與應(yīng)用

劉同俊 山西八建集團(tuán)有限公司

1 工程概況

辦公區(qū)某辦公樓改造項(xiàng)目共包含三個(gè)單位工程的屋面裝飾造型改造。改造內(nèi)容為主入口處雨棚頂部坡屋面裝飾造型，利用原有屋面鋼結(jié)構(gòu)造型進(jìn)行結(jié)構(gòu)提升，與局部新建主體坡屋面鋼結(jié)構(gòu)裝飾造型連接，最后進(jìn)行整體裝飾。

2 項(xiàng)目特點(diǎn)、難點(diǎn)

本工程為政府辦公樓形象改造工程，各項(xiàng)工程建設(shè)目標(biāo)、指標(biāo)要求均較高。施工恰逢雨季且需滿足辦公樓日常辦公人員出入需求、場(chǎng)地狹小、工期緊、體量大，施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置、垂直運(yùn)輸設(shè)備的選擇、現(xiàn)場(chǎng)施工組織、施工外防護(hù)、操作平臺(tái)、安全通道設(shè)計(jì)、搭設(shè)等施工安全措施的保障，將是施工階段的重難點(diǎn)。對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程遇到的重難點(diǎn)問題進(jìn)行技術(shù)研究。

3 施工技術(shù)

3.1 高層建筑屋頂結(jié)構(gòu)整體提升技術(shù)

利用原有屋面局部鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)合新建部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體裝飾，達(dá)到屋面改造的效果，鑒于工期、現(xiàn)場(chǎng)條件綜合研發(fā)利用液壓千斤頂，將屋面原有整體鋼結(jié)構(gòu)提升的工藝達(dá)到與新建結(jié)構(gòu)同標(biāo)高的設(shè)計(jì)意圖。

根據(jù)測(cè)定的鋼柱加高尺寸，在柱上標(biāo)出切割線和加高后的標(biāo)高控制線。鋼柱共計(jì)23根（方管柱12根、圓管柱11根）。在每根鋼柱的橫軸線兩側(cè)設(shè)置頂升支撐柱兼做定位軌道（定位軌道要求垂直），材料為H200mm×200mm×8mm×12mm，長(zhǎng)度為頂升高度950mm+450mm。軌道兩側(cè)分別設(shè)置定位塊，防止頂升時(shí)鋼架移位，最后按照千斤頂頂升方法及施工步驟，人工將屋面造型結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體提升。

（1）頂升方法及千斤頂?shù)箵Q步驟

第一步：將所有鋼柱左側(cè)千斤頂放置于支撐柱頂與上頂塊之間，所有鋼柱千斤頂同步緩緩起升，首先左側(cè)千斤頂進(jìn)行頂升，高度為千斤頂行程（200mm）。

第二步：鋼柱左側(cè)千斤頂達(dá)到頂升高度（200mm）后，另一側(cè)千斤頂下方放置200mm型鋼墊塊，繼續(xù)持續(xù)頂升，第二次頂升高度200mm，累計(jì)頂升400mm。

第三步：鋼柱右側(cè)千斤頂達(dá)到頂升高度（200mm）后，右側(cè)千斤頂下方放置400mm型鋼墊塊，繼續(xù)持續(xù)頂升，第三次頂升高度200mm，累計(jì)頂升600mm。

第四步：鋼柱左側(cè)千斤頂達(dá)到頂升高度（200mm）后，右側(cè)千斤頂下方放置600mm型鋼墊塊，繼續(xù)持續(xù)頂升，第四次頂升高度200mm，累計(jì)頂升800mm。

第五步：鋼柱右側(cè)千斤頂達(dá)到頂升高度（200mm）后，左側(cè)千斤頂下方放置800mm型鋼墊塊，繼續(xù)持續(xù)頂升，第五次頂升高度150mm，累計(jì)頂升950mm，達(dá)到設(shè)計(jì)頂升高度。

第六步：將加工好的短柱放入頂升空間內(nèi)，采用焊接連接，焊縫達(dá)到一級(jí)焊縫要求。拆除頂升軌道及墊板，對(duì)鋼柱進(jìn)行打磨。

第七步：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，新增鋼柱連接部位用鋼板進(jìn)行焊接加固，保證鋼柱水平受力。

（2）技術(shù)措施

1）頂升糾偏措施

頂升的同步控制及垂直上升。

鋼架整體頂升時(shí)必須嚴(yán)格保持同步，如各支點(diǎn)間產(chǎn)生升差會(huì)造成下列的影響。

①造成構(gòu)件內(nèi)力和柱頂壓力的變化，其影響程度與鋼架結(jié)構(gòu)形成、頂升支點(diǎn)的間距、升差的大小等有關(guān)。鋼架規(guī)程中規(guī)定千斤頂負(fù)荷折減系數(shù)取0.4～0.6，鋼架整體頂升時(shí)各頂升點(diǎn)的允許差值為各頂升支柱間距的1/1000且不大于30mm。

②造成鋼架的偏移。

a.由于頂升時(shí)升差值的影響，會(huì)引起結(jié)構(gòu)桿件和千斤頂受力不均而造成危害。控制提升高差更重要的是為了減少鋼架的偏移。b.影響鋼架偏移的主要因素是頂升時(shí)不同步造成的，其次是柱子的剛度。因此，在操作上應(yīng)嚴(yán)格控制各頂升點(diǎn)的同步上升是積極的措施。即應(yīng)以預(yù)防為主的觀點(diǎn)，盡量減少這種偏移。c.導(dǎo)軌型鋼與支座板間空隙為20mm。d.鋼架頂升時(shí)應(yīng)控制鋼架的同步上升，升差值應(yīng)控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

2）同步及糾偏。對(duì)同步及偏移必須控制在一個(gè)適合的范圍內(nèi)，其標(biāo)準(zhǔn)如下：頂升時(shí)對(duì)同步的要求：同柱一組兩個(gè)千斤頂高差不得大于10mm；4個(gè)支柱，最高與最低高差不得大于30mm。為了滿足上述要求，在控制同步方面采取如下措施：①千斤頂在使用前，空載調(diào)試。②千斤頂?shù)某鲰敔顟B(tài)與出頂時(shí)間做到基本一致。③對(duì)每個(gè)千斤頂，配有一套光點(diǎn)指示系統(tǒng)?？刂婆_(tái)可以及時(shí)采取有效措施，保持頂升同步。

3）糾正高差措施。采用將現(xiàn)場(chǎng)全部鋼柱從柱腳板上部300mm處火焰切割斷開，設(shè)置48臺(tái)手動(dòng)螺旋千斤頂（32t）和頂升定位軌道，將鋼結(jié)構(gòu)整體分階段同步頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后將需增高的鋼柱短節(jié)放入斷開的上下柱之間，最后定位對(duì)接。

（3）監(jiān)測(cè)監(jiān)控措施

①堅(jiān)持同時(shí)進(jìn)行同步頂升。②堅(jiān)持檢查落實(shí)頂升施工全過(guò)程中對(duì)周圍環(huán)境的安全保護(hù)和文明措施，實(shí)現(xiàn)頂升施工單位對(duì)作業(yè)安全負(fù)責(zé)和業(yè)主單位安全監(jiān)控管理雙控制。外人和無(wú)關(guān)人員不得進(jìn)入頂升區(qū)的警戒范圍，在被頂升工程內(nèi)和可能波及的危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)不得有人員居住和歇息。③自始至終堅(jiān)持管好用電用火、用電機(jī)具的安全。④所有頂升人員和駐場(chǎng)管理人員必須落實(shí)使用安全帽、安全帶、口罩、防塵眼鏡、工作鞋、手套等勞動(dòng)安全防護(hù)用品，不準(zhǔn)赤腳、光膀開展作業(yè)。⑤隨時(shí)監(jiān)控鋼架的穩(wěn)定性，是否松動(dòng)、變形。⑥頂升時(shí)，需監(jiān)控其他部位是否松動(dòng)及有掉落的危險(xiǎn)。

提升過(guò)程中結(jié)合三維激光掃描技術(shù)，以及激光測(cè)距儀、全站儀和經(jīng)緯儀等設(shè)備，全程監(jiān)測(cè)框架結(jié)構(gòu)變形和提升架垂直度，最終順利完成了原有屋面裝飾鋼結(jié)構(gòu)的整體提升工作。認(rèn)真制定焊接方案，選擇熱輸入小、焊接效率高的半自動(dòng)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊工藝，合理控制雙箱梁各接頭焊接順序、箱形截面內(nèi)外各位置焊接順序，并采用分層分道退焊、對(duì)稱的焊接方法，成功進(jìn)行了箱梁整體變形控制，提高了結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量。

3.2 “仿古鋁板屋頂檐口結(jié)構(gòu)”工藝、“支撐胎架”工器具研究

3.2.1 一種輕型快裝的仿古鋁板屋頂檐口結(jié)構(gòu)

水平鋼架左端部固定有條形排水槽，第II豎向鋼架的頂端部固定斜屋面鋼架；龍骨架的外側(cè)設(shè)置鋁制罩面層，鋁制罩面層上表面設(shè)置仿瓦機(jī)構(gòu)；仿瓦體系包括若干個(gè)條形安裝槽，每個(gè)條形安裝槽的上側(cè)均設(shè)置仿瓦條；鋁制罩面層上固定若干個(gè)鋁制椽子，通過(guò)以上構(gòu)件連接形成仿古檐口結(jié)構(gòu)體系。

3.2.2 用于鋼結(jié)構(gòu)拼裝的臨時(shí)支撐胎架

通過(guò)設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)組件，改變兩個(gè)胎架固定塊之間的距離，在兩個(gè)第一轉(zhuǎn)動(dòng)塊和第二轉(zhuǎn)動(dòng)塊的作用下，使得兩個(gè)胎架固定塊之間的移動(dòng)較為平穩(wěn)，同時(shí)通過(guò)螺紋套筒和螺紋桿對(duì)胎架進(jìn)行固定，通過(guò)四個(gè)立柱對(duì)胎架固定塊進(jìn)行支撐，在鎖緊組件的作用下，使得立柱與胎架固定塊固定連接。通過(guò)工藝、工器具的研發(fā)提高工程施工效率，滿足建設(shè)工期需求。

一種用于鋼結(jié)構(gòu)拼裝的臨時(shí)支撐胎架具體包括如下：①四個(gè)立柱。四個(gè)立柱的上下方均設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)組件，轉(zhuǎn)動(dòng)組件包括兩個(gè)胎架固定塊，兩個(gè)所述胎架固定塊的上表面均固定連接有兩個(gè)固定軸，且胎架固定塊的正面均開設(shè)有四個(gè)插孔，兩個(gè)所述胎架固定塊之間設(shè)置有限位結(jié)構(gòu)，限位結(jié)構(gòu)包括螺紋套筒，所述螺紋套筒的兩端均設(shè)置有螺紋桿，兩個(gè)所述螺紋桿分別設(shè)置在兩個(gè)胎架固定塊的內(nèi)壁上。②八個(gè)鎖緊組件。鎖緊組件包括連接塊，所述連接塊為“U”型塊，所述連接塊的一端設(shè)置在插孔的內(nèi)壁上，所述連接塊的兩端均固定連接有固定螺紋塊。

所述螺紋套筒的內(nèi)部開設(shè)有螺紋槽，兩個(gè)所述螺紋桿螺紋連接在螺紋槽的內(nèi)壁上，兩個(gè)所述螺紋桿螺紋連接在胎架固定塊的兩側(cè)，兩個(gè)胎架固定塊之間設(shè)置有兩個(gè)第一轉(zhuǎn)動(dòng)塊和兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)塊。兩個(gè)所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)塊和兩個(gè)第二轉(zhuǎn)動(dòng)塊分別轉(zhuǎn)動(dòng)連接在四個(gè)固定軸的外表面，且相對(duì)的第一轉(zhuǎn)動(dòng)塊和第二轉(zhuǎn)動(dòng)塊兩端轉(zhuǎn)動(dòng)連接有轉(zhuǎn)軸。

所述立柱的下表面與胎架固定塊的上表面相貼合，所述立柱的內(nèi)部開設(shè)有卡槽，所述連接塊的一端與插孔的內(nèi)壁相貼合，且另一端與卡槽的內(nèi)壁相貼合，兩個(gè)所述固定螺紋塊的外表面設(shè)置有螺母。所述螺母轉(zhuǎn)動(dòng)連接在兩個(gè)固定螺紋塊的外表面，且螺母的背面與立柱和胎架固定塊的正面貼合，且連接塊的內(nèi)壁與立柱和胎架固定塊的背面相貼合。

3.3 自制懸臂式移動(dòng)吊架設(shè)備技術(shù)應(yīng)用

研制了一種懸臂式移動(dòng)吊架設(shè)備，應(yīng)用于辦公樓使用狀態(tài)下屋頂大型造型改造。通過(guò)四階多功能平臺(tái)搭設(shè)，實(shí)現(xiàn)頂層外飾面拆除和利用、鋼結(jié)構(gòu)安裝、新型仿古飾面建造等多工序施工。

3.3.1 懸挑外防護(hù)架安裝

女兒墻外部打眼→第一、四平臺(tái)懸挑18#工字鋼穿女兒墻安裝→外防護(hù)鋼網(wǎng)片立柱、橫向龍骨安裝→第一、四平臺(tái)拉桿安裝→鋪腳手板。

第二、三平臺(tái)懸挑HW300mm×300mm×10mm×15mm挑梁安裝→第二、三平臺(tái)懸挑HW300mm×200mm×8mm×12mm次梁安裝→外防護(hù)鋼網(wǎng)片立柱、橫向龍骨安裝→第二、三平臺(tái)拉桿安裝→鋪腳手板。

3.3.2 定距定位

根據(jù)構(gòu)造要求在建筑物四角用尺量出內(nèi)、外立桿離墻距離，并做好標(biāo)記；用鋼卷尺拉直，分出立桿位置，并用小竹片點(diǎn)出立桿標(biāo)記；墊板、底座應(yīng)準(zhǔn)確地放在定位線上，墊板必須鋪放平整，不得懸空。

3.3.3 圓管支撐卸荷

布置吊點(diǎn)→根據(jù)設(shè)計(jì)要求選定規(guī)格→根據(jù)設(shè)計(jì)的進(jìn)行卸荷點(diǎn)設(shè)置。

3.3.4 懸挑腳手架拆除

與安裝施工流程相反（即先施工的后拆，后施工的先拆）。利用300t塔吊及汽車吊進(jìn)行拆除。

3.3.5 防護(hù)架校正每搭完一平臺(tái)防護(hù)架后，應(yīng)按規(guī)定校正縱距、橫距及外立面防護(hù)鋼網(wǎng)片豎向龍骨的垂直度。

3.3.6 搭設(shè)要求

（1）架體與型鋼結(jié)構(gòu)的連接。防護(hù)架體底部與懸挑結(jié)構(gòu)應(yīng)連接牢靠，不得滑動(dòng)或竄動(dòng)。在工字鋼上翼緣采用焊接的形式將外防護(hù)鋼網(wǎng)豎向C型鋼龍骨進(jìn)行固定，圓管支撐同樣采用焊接。（2）女兒墻打眼。利用自制懸臂式移動(dòng)吊架設(shè)備進(jìn)行女兒墻外側(cè)由內(nèi)向外水鉆打眼，用于第一、四平臺(tái)懸挑18#工字鋼穿預(yù)制女兒墻欄板。女兒墻下面切通，拆除欄板時(shí)，從上部進(jìn)行吊拆，可以取出欄板。

3.3.7 多階平臺(tái)防護(hù)、操作架體安裝技術(shù)

（1）由于女兒墻造型特殊且無(wú)可靠固定點(diǎn)，因此采用先搭設(shè)第一、四平臺(tái)防護(hù)架后搭設(shè)第二、三平臺(tái)防護(hù)架的方案。

（2）其中一級(jí)平臺(tái)用于女兒墻拆除防護(hù)，防止拆除建筑垃圾墜物；四級(jí)平臺(tái)用于進(jìn)行原有250mm高飾面石材恢復(fù)施工；二三級(jí)平臺(tái)用于屋面頂棚飾蜂窩復(fù)合石材等裝飾施工。

（3）根據(jù)本工程屋面女兒墻拆除及裝飾鋼結(jié)構(gòu)造型等施工內(nèi)容，結(jié)合新建施工圖紙及原有女兒墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行屋面施工外防護(hù)架設(shè)計(jì)（見表1）。

表1 外防護(hù)架設(shè)計(jì)參數(shù)表

（4）利用混凝土柱頂工字鋼梁化學(xué)錨栓安裝。利用現(xiàn)有操作平臺(tái)在現(xiàn)有3.6m高鋼筋混凝土柱頂進(jìn)行放線確定化學(xué)錨栓位置。每個(gè)柱頂M24錨栓4套，共計(jì)37個(gè)混凝土柱頂（鉆孔直徑28，鉆孔深度225mm，錨固深度220mm）。

（5）操作控制要點(diǎn)工藝流程?，F(xiàn)場(chǎng)清理——放線、驗(yàn)線——鉆孔——清孔----注膠——植栓——報(bào)驗(yàn)。

（6）安裝后置HW300mm×300mm工字鋼梁?，F(xiàn)有屋面鋼筋混凝土柱距軸線跨度6.9m，為了便于預(yù)制女兒墻構(gòu)件拆除，保證欄板、混凝土梁與現(xiàn)有構(gòu)件切割脫離后的安全穩(wěn)定性，綜合考慮在現(xiàn)有屋面3.6m高度400mm×900mm截面鋼筋混凝土柱頂安裝8m長(zhǎng)鋼梁，每次安裝3跨進(jìn)行周轉(zhuǎn)使用。

（7）鋼梁孔打眼與化學(xué)錨栓固定。安裝前，首先檢查安裝鋼梁位置是否平整，如果不平整應(yīng)給與整修；其次后置鋼梁要與混凝土面平行無(wú)縫安裝。鋼梁開孔安裝前進(jìn)行鋼梁開孔，嚴(yán)格進(jìn)行孔徑、錨栓位置的控制，保證鋼梁開孔位置準(zhǔn)確。采用扭矩法終擰前，應(yīng)首先進(jìn)行初擰，對(duì)螺栓多的大接頭，還需進(jìn)行復(fù)擰。初擰的目的就是使連接接觸面密貼，一般常用規(guī)格螺栓（M20、M22、M24）的初擰扭矩在200N·m～300N·m，螺栓軸力達(dá)到10kN～50kN即可。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)在施項(xiàng)目無(wú)論在垂直運(yùn)輸機(jī)械、防護(hù)架體的搭設(shè)、結(jié)構(gòu)提升改造、仿古建筑檐口裝飾結(jié)構(gòu)體系等的調(diào)研、考察，項(xiàng)目均依據(jù)本工程特有的需求進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)、研發(fā)適用于本項(xiàng)目的創(chuàng)新技術(shù)。結(jié)合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、施工環(huán)境及建設(shè)單位需求的復(fù)雜程度及多樣性，本工程在省內(nèi)無(wú)同類型工程施工，通過(guò)以上成套綜合技術(shù)的研究與開發(fā)，具有廣闊的應(yīng)用前景。