老舊建筑屋頂改造綜合技術研究與應用

劉同俊 山西八建集團有限公司

1 工程概況

辦公區某辦公樓改造項目共包含三個單位工程的屋面裝飾造型改造。改造內容為主入口處雨棚頂部坡屋面裝飾造型，利用原有屋面鋼結構造型進行結構提升，與局部新建主體坡屋面鋼結構裝飾造型連接，最后進行整體裝飾。

2 項目特點、難點

本工程為政府辦公樓形象改造工程，各項工程建設目標、指標要求均較高。施工恰逢雨季且需滿足辦公樓日常辦公人員出入需求、場地狹小、工期緊、體量大，施工現場平面布置、垂直運輸設備的選擇、現場施工組織、施工外防護、操作平臺、安全通道設計、搭設等施工安全措施的保障，將是施工階段的重難點。對項目實施過程遇到的重難點問題進行技術研究。

3 施工技術

3.1 高層建筑屋頂結構整體提升技術

利用原有屋面局部鋼結構，結合新建部分結構進行整體裝飾，達到屋面改造的效果，鑒于工期、現場條件綜合研發利用液壓千斤頂，將屋面原有整體鋼結構提升的工藝達到與新建結構同標高的設計意圖。

根據測定的鋼柱加高尺寸，在柱上標出切割線和加高后的標高控制線。鋼柱共計23根（方管柱12根、圓管柱11根）。在每根鋼柱的橫軸線兩側設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，長度為頂升高度950mm+450mm。軌道兩側分別設置定位塊，防止頂升時鋼架移位，最后按照千斤頂頂升方法及施工步驟，人工將屋面造型結構進行整體提升。

（1）頂升方法及千斤頂倒換步驟

第一步：將所有鋼柱左側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，首先左側千斤頂進行頂升，高度為千斤頂行程（200mm）。

第二步：鋼柱左側千斤頂達到頂升高度（200mm）后，另一側千斤頂下方放置200mm型鋼墊塊，繼續持續頂升，第二次頂升高度200mm，累計頂升400mm。

第三步：鋼柱右側千斤頂達到頂升高度（200mm）后，右側千斤頂下方放置400mm型鋼墊塊，繼續持續頂升，第三次頂升高度200mm，累計頂升600mm。

第四步：鋼柱左側千斤頂達到頂升高度（200mm）后，右側千斤頂下方放置600mm型鋼墊塊，繼續持續頂升，第四次頂升高度200mm，累計頂升800mm。

第五步：鋼柱右側千斤頂達到頂升高度（200mm）后，左側千斤頂下方放置800mm型鋼墊塊，繼續持續頂升，第五次頂升高度150mm，累計頂升950mm，達到設計頂升高度。

第六步：將加工好的短柱放入頂升空間內，采用焊接連接，焊縫達到一級焊縫要求。拆除頂升軌道及墊板，對鋼柱進行打磨。

第七步：根據設計圖紙要求，新增鋼柱連接部位用鋼板進行焊接加固，保證鋼柱水平受力。

（2）技術措施

1）頂升糾偏措施

頂升的同步控制及垂直上升。

鋼架整體頂升時必須嚴格保持同步，如各支點間產生升差會造成下列的影響。

①造成構件內力和柱頂壓力的變化，其影響程度與鋼架結構形成、頂升支點的間距、升差的大小等有關。鋼架規程中規定千斤頂負荷折減系數取0.4～0.6，鋼架整體頂升時各頂升點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.由于頂升時升差值的影響，會引起結構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不同步造成的，其次是柱子的剛度。因此，在操作上應嚴格控制各頂升點的同步上升是積極的措施。即應以預防為主的觀點，盡量減少這種偏移。c.導軌型鋼與支座板間空隙為20mm。d.鋼架頂升時應控制鋼架的同步上升，升差值應控制在規定范圍內。

2）同步及糾偏。對同步及偏移必須控制在一個適合的范圍內，其標準如下：頂升時對同步的要求：同柱一組兩個千斤頂高差不得大于10mm；4個支柱，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，空載調試。②千斤頂的出頂狀態與出頂時間做到基本一致。③對每個千斤頂，配有一套光點指示系統?？刂婆_可以及時采取有效措施，保持頂升同步。

3）糾正高差措施。采用將現場全部鋼柱從柱腳板上部300mm處火焰切割斷開，設置48臺手動螺旋千斤頂（32t）和頂升定位軌道，將鋼結構整體分階段同步頂升至設計標高，然后將需增高的鋼柱短節放入斷開的上下柱之間，最后定位對接。

（3）監測監控措施

①堅持同時進行同步頂升。②堅持檢查落實頂升施工全過程中對周圍環境的安全保護和文明措施，實現頂升施工單位對作業安全負責和業主單位安全監控管理雙控制。外人和無關人員不得進入頂升區的警戒范圍，在被頂升工程內和可能波及的危險區域內不得有人員居住和歇息。③自始至終堅持管好用電用火、用電機具的安全。④所有頂升人員和駐場管理人員必須落實使用安全帽、安全帶、口罩、防塵眼鏡、工作鞋、手套等勞動安全防護用品，不準赤腳、光膀開展作業。⑤隨時監控鋼架的穩定性，是否松動、變形。⑥頂升時，需監控其他部位是否松動及有掉落的危險。

提升過程中結合三維激光掃描技術，以及激光測距儀、全站儀和經緯儀等設備，全程監測框架結構變形和提升架垂直度，最終順利完成了原有屋面裝飾鋼結構的整體提升工作。認真制定焊接方案，選擇熱輸入小、焊接效率高的半自動二氧化碳氣體保護焊工藝，合理控制雙箱梁各接頭焊接順序、箱形截面內外各位置焊接順序，并采用分層分道退焊、對稱的焊接方法，成功進行了箱梁整體變形控制，提高了結構安裝質量。

3.2 “仿古鋁板屋頂檐口結構”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構

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；龍骨架的外側設置鋁制罩面層，鋁制罩面層上表面設置仿瓦機構；仿瓦體系包括若干個條形安裝槽，每個條形安裝槽的上側均設置仿瓦條；鋁制罩面層上固定若干個鋁制椽子，通過以上構件連接形成仿古檐口結構體系。

3.2.2 用于鋼結構拼裝的臨時支撐胎架

通過設置的轉動組件，改變兩個胎架固定塊之間的距離，在兩個第一轉動塊和第二轉動塊的作用下，使得兩個胎架固定塊之間的移動較為平穩，同時通過螺紋套筒和螺紋桿對胎架進行固定，通過四個立柱對胎架固定塊進行支撐，在鎖緊組件的作用下，使得立柱與胎架固定塊固定連接。通過工藝、工器具的研發提高工程施工效率，滿足建設工期需求。

一種用于鋼結構拼裝的臨時支撐胎架具體包括如下：①四個立柱。四個立柱的上下方均設置有轉動組件，轉動組件包括兩個胎架固定塊，兩個所述胎架固定塊的上表面均固定連接有兩個固定軸，且胎架固定塊的正面均開設有四個插孔，兩個所述胎架固定塊之間設置有限位結構，限位結構包括螺紋套筒，所述螺紋套筒的兩端均設置有螺紋桿，兩個所述螺紋桿分別設置在兩個胎架固定塊的內壁上。②八個鎖緊組件。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置在插孔的內壁上，所述連接塊的兩端均固定連接有固定螺紋塊。

所述螺紋套筒的內部開設有螺紋槽，兩個所述螺紋桿螺紋連接在螺紋槽的內壁上，兩個所述螺紋桿螺紋連接在胎架固定塊的兩側，兩個胎架固定塊之間設置有兩個第一轉動塊和兩個第二轉動塊。兩個所述第一轉動塊和兩個第二轉動塊分別轉動連接在四個固定軸的外表面，且相對的第一轉動塊和第二轉動塊兩端轉動連接有轉軸。

所述立柱的下表面與胎架固定塊的上表面相貼合，所述立柱的內部開設有卡槽，所述連接塊的一端與插孔的內壁相貼合，且另一端與卡槽的內壁相貼合，兩個所述固定螺紋塊的外表面設置有螺母。所述螺母轉動連接在兩個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 自制懸臂式移動吊架設備技術應用

研制了一種懸臂式移動吊架設備，應用于辦公樓使用狀態下屋頂大型造型改造。通過四階多功能平臺搭設，實現頂層外飾面拆除和利用、鋼結構安裝、新型仿古飾面建造等多工序施工。

3.3.1 懸挑外防護架安裝

女兒墻外部打眼→第一、四平臺懸挑18#工字鋼穿女兒墻安裝→外防護鋼網片立柱、橫向龍骨安裝→第一、四平臺拉桿安裝→鋪腳手板。

第二、三平臺懸挑HW300mm×300mm×10mm×15mm挑梁安裝→第二、三平臺懸挑HW300mm×200mm×8mm×12mm次梁安裝→外防護鋼網片立柱、橫向龍骨安裝→第二、三平臺拉桿安裝→鋪腳手板。

3.3.2 定距定位

根據構造要求在建筑物四角用尺量出內、外立桿離墻距離，并做好標記；用鋼卷尺拉直，分出立桿位置，并用小竹片點出立桿標記；墊板、底座應準確地放在定位線上，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→根據設計要求選定規格→根據設計的進行卸荷點設置。

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塔吊及汽車吊進行拆除。

3.3.5 防護架校正每搭完一平臺防護架后，應按規定校正縱距、橫距及外立面防護鋼網片豎向龍骨的垂直度。

3.3.6 搭設要求

（1）架體與型鋼結構的連接。防護架體底部與懸挑結構應連接牢靠，不得滑動或竄動。在工字鋼上翼緣采用焊接的形式將外防護鋼網豎向C型鋼龍骨進行固定，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吊架設備進行女兒墻外側由內向外水鉆打眼，用于第一、四平臺懸挑18#工字鋼穿預制女兒墻欄板。女兒墻下面切通，拆除欄板時，從上部進行吊拆，可以取出欄板。

3.3.7 多階平臺防護、操作架體安裝技術

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

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

（3）根據本工程屋面女兒墻拆除及裝飾鋼結構造型等施工內容，結合新建施工圖紙及原有女兒墻結構進行屋面施工外防護架設計（見表1）。

表1 外防護架設計參數表

（4）利用混凝土柱頂工字鋼梁化學錨栓安裝。利用現有操作平臺在現有3.6m高鋼筋混凝土柱頂進行放線確定化學錨栓位置。每個柱頂M24錨栓4套，共計37個混凝土柱頂（鉆孔直徑28，鉆孔深度225mm，錨固深度220mm）。

（5）操作控制要點工藝流程?，F場清理——放線、驗線——鉆孔——清孔----注膠——植栓——報驗。

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

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

4 結束語

通過對在施項目無論在垂直運輸機械、防護架體的搭設、結構提升改造、仿古建筑檐口裝飾結構體系等的調研、考察，項目均依據本工程特有的需求進行獨立設計、研發適用于本項目的創新技術。結合圖紙設計、施工環境及建設單位需求的復雜程度及多樣性，本工程在省內無同類型工程施工，通過以上成套綜合技術的研究與開發，具有廣闊的應用前景。