受損高層建筑結構外墻的修復及其施工平臺搭設

呂文龍 隆 敏

1. 廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司 廣東 廣州 510500；2. 廣州大學土木工程學院 廣東 廣州 510006

我國東南沿海地區是世界上受臺風影響最多的地區，據中國天氣氣候事件統計，臺風災害損失為全年自然災害經濟損失之首[1-2]。因此，不少學者研究了臺風對建筑的影響。

金偉良等[3]研究了臺風對低層建筑結構物的危害，通過臺風資料的統計分析了低層建筑結構的可靠度評估。張傳雄等[4]通過對某建筑物現場實測，得到其頂層的風速、風向及多個樓層的加速度響應數據，通過3種不同的方法對建筑結構的模態參數與氣動阻尼動力特性進行了計算分析。對臺風吹倒塔吊破壞高層建筑結構外墻的修復的研究并不多，有必要對其展開研究。

1 工程概況

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

2 檢測鑒定情況

2.1 檢測情況

經現場檢測，該棟建筑物受損位置有4處。

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

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

圖1 剪力墻損壞

圖2 構造柱損壞

3）在20～21層標高為58.95～61.95 m處，外墻構造柱被砸壞，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，標高為98.00 m，女兒墻受損嚴重，可見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

鑒定意見如下：風災對該建筑物主體結構未造成主要損傷，但對外墻構造柱、剪力墻及女兒墻造成了一定程度的損傷，可進行修復處理；由于工期及天氣原因，該建筑修復應在短期內完工；該建筑按國家相關規范、規程[5-7]進行修復設計、施工后，可恢復正常使用功能。

圖3 女兒墻損壞

3 修復設計

3.1 結構修復

對坍塌或發生嚴重損壞的混凝土構件進行整體或局部更換處理，處理時應更換發生屈服的鋼筋。本工程中20～21層和28～屋面層外墻構造柱嚴重損壞，對構造柱進行拆除，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。

為滿足強度和工期要求，對更換的混凝土采用高強無收縮灌漿料，其3 d抗壓強度達到設計值，并滿足規范的相關要求。

3.2 施工平臺設計

由于受損建筑物的外墻腳手架在受災前已經完全拆除，現場樓面場地不具備安裝吊籃的條件，為修復受損構造柱和剪力墻部位，必須在受損部位下方搭設施工作業平臺。建筑物受損的位置離地面高度較高，風力較大，施工作業面小，高空搭設施工平臺困難。因此，高空搭設施工作業平臺是本修復工程的難點和重點。

3.2.1 外剪力墻及構造柱修復施工平臺

受損的構造柱和剪力墻修復平臺由鋼梁和鋼管腳手架組成，以28～屋面層損壞的構造柱為例，平臺長4.9 m，從室內懸挑1.2 m，腳手架高度24 m（圖4、圖5）。鋼梁從室內懸挑而出，通過螺栓與板底連接，通過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。

設計步驟如下：

1）依據相關規范，采用PKPM施工軟件進行腳手架計算，主要荷載為結構自重、施工活荷載等豎向荷載和水平風荷載，在滿足強度、撓度、穩定性的要求下，確定了桿件的縱距1.1 m、橫距0.7 m和步距1.8 m。

2）依據相關規范，采用結構分析軟件MIDAS進行鋼梁計算，將步驟一計算的腳手架豎桿軸力作為外荷載作用在鋼梁上，在滿足強度、撓度、穩定性的要求下，確定了用Q235B等級的HW250 mm×250 mm的熱軋寬翼緣H型鋼作為主梁GL1，用Q235B等級的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 外剪力墻及構造柱修復施工平臺平面

圖5 外剪力墻及構造柱修復施工平臺立面

圖6 鋼梁與原樓板連接

3.2.2 女兒墻施工平臺

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

依據相關規范，采用結構分析軟件MIDAS進行計算，主要荷載為結構自重、施工活荷載等豎向荷載和水平風荷載，在滿足強度、撓度、穩定性的要求下，確定了用Q235B等級的100 mm×100 mm×6 mm方通制作，吊架連墻結構間距2 m。

圖7 吊架平面

圖8 吊架側面

4 修復施工

4.1 外剪力墻及構造柱

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

施工平臺總共分為兩部分搭設。

第一部分為型鋼平臺搭設，施工步驟如下：

1）放線定位，確定型鋼位置及預留鋼板位置并在剪力墻上鑿出相應大小的洞口。

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

3）鋪設室內橫向的第2層型鋼梁，1、2層型鋼的交叉位置通過錨栓固定并通過鋼管與上一層樓板進行固定。

4）鋪設室外橫向鋼梁。

第二部分為腳手架搭設，在需要搭設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行固定，依次從下往上搭設立桿、大小橫桿，按照規范要求設置連墻件、拉索。同時，設置安全網，防止施工材料高空掉落引發安全事故（圖9）。

型鋼腳手架搭設完成后，從下往上依次拆除受損的鋼筋混凝土，拆除完成后進行綁扎鋼筋、支模、澆筑高強灌漿料，完成灌漿料養護后進行拆模，拆模后進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，最后對鑿開的洞口進行修補。

4.2 女兒墻

女兒墻施工平臺的施工步驟如下：

3）搭設施工腳手架后，滑輪放在腳手架上，將U字形方通通過滑輪移動到剪力墻外并與“”形方通進行焊接。

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

圖9 現場外剪力墻施工平臺

圖10 現場女兒墻施工平臺

吊架平臺搭設完畢后，依次拆除受損鋼筋混凝土、支模、綁扎鋼筋、澆筑高強無收縮灌漿料，達到設計強度后拆除模板，由外往內依次拆除吊架。

5 結語

目前該工程已經完工并通過竣工驗收，使用情況良好。通過本工程實踐，對高層建筑結構外墻受損后的修復提出如下建議：

1）高層建筑物因自然災害損傷的部位千差萬別，應根據建筑物不同損傷位置，因地制宜，采取恰當方案，使修復后的建筑完全滿足使用和美觀要求，同時保證施工的可行性。

2）對受損的外剪力墻及構造柱，采用在懸挑鋼梁上搭設的腳手架作為施工作業平臺，懸挑梁通過螺栓和鋼管支撐與主體結構連接，可滿足受損外剪力墻、構造柱修復的施工作業要求。

3）對受損的女兒墻，采用吊架作為施工作業平臺，搭設方便，可滿足受損女兒墻修復的施工作業要求。