受损高层建筑结构外墙的修复及其施工平台搭设

吕文龙 隆 敏

1. 广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广东 广州 510500；2. 广州大学土木工程学院 广东 广州 510006

我国东南沿海地区是世界上受台风影响最多的地区，据中国天气气候事件统计，台风灾害损失为全年自然灾害经济损失之首[1-2]。因此，不少学者研究了台风对建筑的影响。

金伟良等[3]研究了台风对低层建筑结构物的危害，通过台风资料的统计分析了低层建筑结构的可靠度评估。张传雄等[4]通过对某建筑物现场实测，得到其顶层的风速、风向及多个楼层的加速度响应数据，通过3种不同的方法对建筑结构的模态参数与气动阻尼动力特性进行了计算分析。对台风吹倒塔吊破坏高层建筑结构外墙的修复的研究并不多，有必要对其展开研究。

1 工程概况

某住宅楼位于珠海市斗门区，为一幢32层钢筋混凝土剪力墙结构，结构总高度为104.1 m，建于2017年初，为在建工程，该建筑物结构工程和外墙装修工程已经完成，但塔吊尚未拆除，2017年8月23日台风“天鸽”过境，该塔吊倒塌坠落砸向结构外墙，造成该楼的部分外剪力墙、女儿墙及装饰柱受损。

2 检测鉴定情况

2.1 检测情况

经现场检测，该栋建筑物受损位置有4处。

1）在第29层标高为85.95 m处，一片外剪力墙被塔吊配重砸裂，部分钢筋发生屈服（图1）。

2）在28～屋面层标高为82.95～104.10 m处，外墙构造柱被砸坏，损坏的钢筋混凝土悬挂在空中，为防止其掉落，用钢丝绳进行了固定（图2）。

图1 剪力墙损坏

图2 构造柱损坏

3）在20～21层标高为58.95～61.95 m处，外墙构造柱被砸坏，钢筋混凝土有较大裂缝。

4）位于屋面层的钢筋混凝土女儿墙，标高为98.00 m，女儿墙受损严重，可见混凝土部分掉落在屋面上，部分钢筋断裂裸露（图3）。

2.2 鉴定情况

鉴定意见如下：风灾对该建筑物主体结构未造成主要损伤，但对外墙构造柱、剪力墙及女儿墙造成了一定程度的损伤，可进行修复处理；由于工期及天气原因，该建筑修复应在短期内完工；该建筑按国家相关规范、规程[5-7]进行修复设计、施工后，可恢复正常使用功能。

图3 女儿墙损坏

3 修复设计

3.1 结构修复

对坍塌或发生严重损坏的混凝土构件进行整体或局部更换处理，处理时应更换发生屈服的钢筋。本工程中20～21层和28～屋面层外墙构造柱严重损坏，对构造柱进行拆除，绑扎新钢筋后支模整体浇筑混凝土。剪力墙和女儿墙属于部分损坏，可拆除损坏部位的钢筋混凝土，绑扎新钢筋后支模整体浇筑混凝土。

为满足强度和工期要求，对更换的混凝土采用高强无收缩灌浆料，其3 d抗压强度达到设计值，并满足规范的相关要求。

3.2 施工平台设计

由于受损建筑物的外墙脚手架在受灾前已经完全拆除，现场楼面场地不具备安装吊篮的条件，为修复受损构造柱和剪力墙部位，必须在受损部位下方搭设施工作业平台。建筑物受损的位置离地面高度较高，风力较大，施工作业面小，高空搭设施工平台困难。因此，高空搭设施工作业平台是本修复工程的难点和重点。

3.2.1 外剪力墙及构造柱修复施工平台

受损的构造柱和剪力墙修复平台由钢梁和钢管脚手架组成，以28～屋面层损坏的构造柱为例，平台长4.9 m，从室内悬挑1.2 m，脚手架高度24 m（图4、图5）。钢梁从室内悬挑而出，通过螺栓与板底连接，通过钢管支撑与板顶连接，形成支座（图6）。次梁与主梁之间采用螺栓连接。

设计步骤如下：

1）依据相关规范，采用PKPM施工软件进行脚手架计算，主要荷载为结构自重、施工活荷载等竖向荷载和水平风荷载，在满足强度、挠度、稳定性的要求下，确定了杆件的纵距1.1 m、横距0.7 m和步距1.8 m。

2）依据相关规范，采用结构分析软件MIDAS进行钢梁计算，将步骤一计算的脚手架竖杆轴力作为外荷载作用在钢梁上，在满足强度、挠度、稳定性的要求下，确定了用Q235B等级的HW250 mm×250 mm的热轧宽翼缘H型钢作为主梁GL1，用Q235B等级的14#工字钢作为次梁GL2。主梁间距1.1 m，次梁间距0.7 m。

图4 外剪力墙及构造柱修复施工平台平面

图5 外剪力墙及构造柱修复施工平台立面

图6 钢梁与原楼板连接

3.2.2 女儿墙施工平台

受损女儿墙采用钢筋混凝土浇筑而成，修复平台采用钢吊架，平台长4 m，从屋面悬挑0.7（1.7） m，吊架高度1.7 m（图7、图8）。吊架钢构件采用螺栓与两侧完好的女儿墙连接。

依据相关规范，采用结构分析软件MIDAS进行计算，主要荷载为结构自重、施工活荷载等竖向荷载和水平风荷载，在满足强度、挠度、稳定性的要求下，确定了用Q235B等级的100 mm×100 mm×6 mm方通制作，吊架连墙结构间距2 m。

图7 吊架平面

图8 吊架侧面

4 修复施工

4.1 外剪力墙及构造柱

28～屋面层受损构造柱的型钢脚手架搭设高度为24 m，其受损位置高、受荷条件最不利，修复施工难度最大，因此以搭设28～屋面层受损构造柱施工平台为例，详细介绍施工平台搭设流程，20～21层损坏构造柱及29层损坏剪力墙的施工平台搭设类似。

施工平台总共分为两部分搭设。

第一部分为型钢平台搭设，施工步骤如下：

1）放线定位，确定型钢位置及预留钢板位置并在剪力墙上凿出相应大小的洞口。

2）在室内铺设纵向的第1层4根型钢梁，型钢梁与混凝土楼板通过锚栓和预留钢板焊接固定在楼板上。

3）铺设室内横向的第2层型钢梁，1、2层型钢的交叉位置通过锚栓固定并通过钢管与上一层楼板进行固定。

4）铺设室外横向钢梁。

第二部分为脚手架搭设，在需要搭设立杆位置处的型钢上焊接一截钢筋，并将立杆焊接在型钢上进行固定，依次从下往上搭设立杆、大小横杆，按照规范要求设置连墙件、拉索。同时，设置安全网，防止施工材料高空掉落引发安全事故（图9）。

型钢脚手架搭设完成后，从下往上依次拆除受损的钢筋混凝土，拆除完成后进行绑扎钢筋、支模、浇筑高强灌浆料，完成灌浆料养护后进行拆模，拆模后进行装修工程粉刷外墙，待装修工程完成后，从上往下依次拆除脚手架、型钢，最后对凿开的洞口进行修补。

4.2 女儿墙

女儿墙施工平台的施工步骤如下：

3）搭设施工脚手架后，滑轮放在脚手架上，将U字形方通通过滑轮移动到剪力墙外并与“”形方通进行焊接。

4）女儿墙损坏处两侧各形成一个吊架后，在U字形之间铺好冲压钢板作为施工平台（图10）。

图9 现场外剪力墙施工平台

图10 现场女儿墙施工平台

吊架平台搭设完毕后，依次拆除受损钢筋混凝土、支模、绑扎钢筋、浇筑高强无收缩灌浆料，达到设计强度后拆除模板，由外往内依次拆除吊架。

5 结语

目前该工程已经完工并通过竣工验收，使用情况良好。通过本工程实践，对高层建筑结构外墙受损后的修复提出如下建议：

1）高层建筑物因自然灾害损伤的部位千差万别，应根据建筑物不同损伤位置，因地制宜，采取恰当方案，使修复后的建筑完全满足使用和美观要求，同时保证施工的可行性。

2）对受损的外剪力墙及构造柱，采用在悬挑钢梁上搭设的脚手架作为施工作业平台，悬挑梁通过螺栓和钢管支撑与主体结构连接，可满足受损外剪力墙、构造柱修复的施工作业要求。

3）对受损的女儿墙，采用吊架作为施工作业平台，搭设方便，可满足受损女儿墙修复的施工作业要求。