淺談框架結構房屋頂部輕鋼加層施工關鍵技術

毛華安

摘 要：房屋建筑加層施工是實行建筑改造、優化居住條件的重要舉措，本文以某框架結構房屋建筑為實例，針對其頂部輕鋼加層施工技術方案進行了大體分析，圍繞原建筑保護性拆除舉措、新型柱腳節點施工技術、鋼梁與鋼柱安裝、防水層設計、隔震層設計五個層面，探討了框架結構房屋頂部輕鋼加層施工所應用的關鍵技術，以期為相關施工提供借鑒意義。

關鍵詞：框架結構;輕鋼加層;柱腳節點;隔震技術

引言：據中國建筑業協會發布的統計結果顯示，2019年上半年全國建筑業累積完成總產值10.16萬億元，同比增長7.2%;完成房屋建筑施工面積107.5億m2，同比增長2.71%。在房屋建筑市場呈逆勢增長的背景下，建筑加層施工憑借其在結構、功能、造價、資源與居住條件等方面的優勢性能脫穎而出，其中應用到的關鍵施工技術值得我們進行深入探討。

1工程實例與加層施工技術方案

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構，建筑總面積為 m2，抗震設防烈度為 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 年，建設單位要求針對 建筑進行平面改造，將其樓層加至 層。本次改造施工內容包括鋼梁、鋼柱、屋面等結構的安裝，采光通風系統安裝，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加層施工技術方案

在施工方與建設方、設計單位的共同商議下，依據混凝土結構與鋼結構形式特征進行加層承載力的驗算，綜合考慮加層承載力與具體施工目標，擬選取輕鋼加層技術方案開展施工：首先針對原有等截面門式剛架結構進行創新設計，分別選取 型鋼、 型鋼作為檁條與梁柱，選用雙層壓型鋼板進行墻面板、屋面板設計，采用的輕鋼結構共計 ，符合施工設計要求;其次針對原建筑窗結構進行改造，擴大窗結構面積，并將原有隔熱層進行拆除處理，保障建筑的協調性;再次選取輕質混凝土進行排水坡找平處理，減輕下部結構荷載;最后進行隔震支座的選型，依據建筑抗震性能目標完成隔震層布置。

2框架結構房屋頂部輕鋼加層施工所應用的關鍵技術探討

2.1原建筑保護性拆除舉措

由于在該建筑改造工程中，建設單位要求針對原建筑進行防護處理，因此在開展加層施工時需進行工藝流程的優化設計，選取保護性拆除技術進行施工設計，結合原建筑結構形態進行施工材料、拆除機械的選型處理，編制詳細保護施工措施與技術方案，以此優化施工質量。具體來說，該工程采取自上而下的順序開展拆除作業，依據原建筑結構特征進行拆除作業順序、作業項目的安排，在房屋頂面處采用邊拆除、邊防護的方式開展加層施工作業，并針對保留的所有管線接口、排水口、通風口進行防護處理[1]。

在此基礎上，基于安全、環保理念開展施工，在重要區域搭建水平防護棚與防護圍墻，采用靜態破碎、人工剔鑿等工藝手段進行噪聲、塵土等污染的防治處理。例如在進行樓板構造層、女兒墻施工時，采用人工剔鑿、無振動鉆孔作業方式取代以往使用風鎬、大錘的作業方法，既有助于保護原有建筑結構、裝修成果不被破壞，同時還能夠提高工程的經濟效益。為進一步強化原建筑結構的安全質量保障，本改造工程中還采用一定的支撐結構進行加固處理，以此提高建筑結構穩定性，為頂部輕鋼加層施工的順利開展創設完備基礎。

2.2新型柱腳節點施工技術

2.2.1混凝土柱與圈梁施工

為最大限度降低加層施工對原建筑結構穩定性的影響，擬采用外包鋼法進行框架結構柱處理，采用擴大截面法進行基礎處理，配合粘貼鋼板與碳纖維布進行原結構梁的加固處理。該工程采取新型連接工藝進行鋼柱與原混凝土柱節點處的連接設計，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構組成，針對柱腳節點處的混凝土分兩次澆筑完畢，在原框架結構柱頂部位進行放大截面柱頭的澆筑作業，并在此處完成鋼柱底板的安裝;在建筑上部隔墻處的柱網間進行圈梁澆筑，將其高度控制在與各柱頭齊平位置，保障結構穩固;待檢驗柱頭、圈梁處的混凝土強度達標后進行鋼柱的安裝，并在柱頭上進行鋼柱外包混凝土的澆筑[2]。

在具體施工設計方面，柱腳節點處的施工設計如圖1所示。其施工流程大體劃分為以下四個環節：其一是將鋼筋混凝土柱與框架梁頂部面層進行鑿除，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，以柱頭高度設計值為參照在其上部 位置預留空間;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在其上部預留足夠長度，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，依據施工設計圖進行圈梁配筋尺寸的控制。其四是支模板，并進行柱頭、圈梁處的澆筑作業，完成柱腳節點的第一次混凝土澆筑作業。

2.2.2鋼柱外包混凝土

待柱腳節點處第一次澆筑的混凝土強度達標后，開始進行鋼柱的安裝作業，并依據設計要求進行鋼柱底板標高的調整;隨后進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 的加強箍筋綁扎在外包混凝土頂部位置;接下來在支好模板后，完成外包混凝土的第二次澆筑作業，待混凝土強度達標后進行拆模處理，完成柱腳節點連接處的施工作業。

2.2.3構造設計

為確保柱腳節點處的連接作業符合施工要求，需圍繞以下三方面進行構造設計：其一是調節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;其二是進行外包混凝土頂部縱筋的控制，將其調節成彎鉤狀，并將下彎最小值設置為 ，以此實現縱筋的有效錨固，并完成縱筋、鋼柱的焊接處理;其三是進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

在綜合考量施工質量、進度計劃要求的基礎上，選取在工廠完成鋼柱、鋼梁的分段制作，待將鋼柱、鋼梁綁扎牢固后運送至施工現場進行組合拼裝。依據輕鋼結構施工特點，本工程配備1臺 汽車吊負責鋼結構構件的吊裝，配合2臺 汽車吊承擔構件的拼接處理以及二次搬運作業。由于本工程加工制造的鋼梁在其翼板、腹板處厚度不足，在安裝過程中極易導致其出現平面彎曲變形問題，嚴重損害安裝質量，因此擬選取在地面將鋼梁豎起進行立式拼裝，隨后再采用汽車吊進行吊運組裝。同時，鑒于鋼柱易產生彎曲變形，因此需采取檁條、拉條在相鄰兩柱間進行加強處理，選取1臺汽車吊將鋼柱吊運至樓頂處，并將其與基礎預埋螺栓進行固定，配合另1臺汽車吊完成 型檁條的吊裝處理，同時將其與鋼柱進行固定，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 型檁條進行支撐加固，以此完成全部鋼柱、鋼梁、檁條的拼接安裝作業[3]。

2.4防水層設計

由于該房屋建筑改造工程在施工設計方面擬將其局部原防水層進行清除處理，綜合考慮到不停業施工需求與季節性氣候特征，需采取有效措施進行防水層設計，避免因降雨對施工質量造成影響。首先，應在原建筑物處進行測量放線，明確定位柱頂所在位置，找準原建筑物的坐標控制網并進行復核，隨即依次進行實物位置、標高、間距的重新校核，確保與施工設計方案相符后進行開鑿施工。其次，針對原建筑物的女兒墻進行拆除處理，先在其外墻柱頂部開鑿一個規格為 的作業面;隨即將其三元乙丙防水層割開，在外圍處砌筑高約 的防水沿，將割開的防水層四圍處折起并砌進防水沿內;再在其頂部安裝一個木框防水蓋，選取彩條布鋪設在防水蓋之上，在后續開展施工作業時將防水蓋打開，待降雨時將其關閉，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，確保無死角;待完成鋼柱安裝后，保障降雨時坑內積水不滲漏。最后，待完成加層防水層設計后進行樓面開鑿清除作業，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，實現對建筑結構防水性能與美觀作用的雙重保障。

2.5隔震層設計

為保障輕鋼加層施工不影響到建筑結構的抗震性能，還需加強輕鋼加層的隔震層設計，在此可圍繞以下四個層面展開：

首先依據《建筑抗震設計規范》 進行橡膠隔震支座的選型設計，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力小于或等于 ，在罕遇地震情況下拉應力不超過 ，其水平位移限值不超過支座有效直徑的 倍或支座橡膠厚度的 倍。

其次考慮到扭轉效應的影響，支座結構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揮。

再次在隔震支座布設方面，應確保其剛度中心與質量中心位于同一水平線上，最大限度降低扭轉效應的影響，同時對照豎向受力構件所處的平面位置進行支座平面布置，在每個框架結構柱下分別布設一個隔震支座，以此優化隔震效果[4]。

最后在隔震支座的具體設置方面，分別選取 個 鉛芯橡膠隔震支座與 個 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 。

結論：總而言之，隨著城市化建設步入新的發展階段，相應也推動了房屋建筑工程施工方向的調整。房屋頂部輕鋼加層施工對于大型機械設備無過高要求，在施工過程中需強化柱腳節點連接與下部結構施工，采取有效技術手段優化防水層、隔震層設計，提高輕鋼加層施工質量，為建筑加層改造施工提供重要參考價值。

參考文獻：

[1]陳信才.實例探討房建頂部加層施工的相關問題[J].建材發展導向（上），2015，（1）：19-20.

[2]程偉.防屈曲耗能支撐在輕鋼加層結構中的應用[D].合肥工業大學，2018.

[3]孫慎.隔震技術在框架結構輕鋼加層工程中的應用與分析[D].合肥工業大學，2018.

[4]張亞英，趙春榮，崔煒.多層磚混建筑的輕鋼結構加層設計和抗震計算模式對比研究[J].工程抗震與加固改造，2017，（4）：136-140.