老旧建筑屋顶改造综合技术研究与应用

刘同俊 山西八建集团有限公司

1 工程概况

办公区某办公楼改造项目共包含三个单位工程的屋面装饰造型改造。改造内容为主入口处雨棚顶部坡屋面装饰造型，利用原有屋面钢结构造型进行结构提升，与局部新建主体坡屋面钢结构装饰造型连接，最后进行整体装饰。

2 项目特点、难点

本工程为政府办公楼形象改造工程，各项工程建设目标、指标要求均较高。施工恰逢雨季且需满足办公楼日常办公人员出入需求、场地狭小、工期紧、体量大，施工现场平面布置、垂直运输设备的选择、现场施工组织、施工外防护、操作平台、安全通道设计、搭设等施工安全措施的保障，将是施工阶段的重难点。对项目实施过程遇到的重难点问题进行技术研究。

3 施工技术

3.1 高层建筑屋顶结构整体提升技术

利用原有屋面局部钢结构，结合新建部分结构进行整体装饰，达到屋面改造的效果，鉴于工期、现场条件综合研发利用液压千斤顶，将屋面原有整体钢结构提升的工艺达到与新建结构同标高的设计意图。

根据测定的钢柱加高尺寸，在柱上标出切割线和加高后的标高控制线。钢柱共计23根（方管柱12根、圆管柱11根）。在每根钢柱的横轴线两侧设置顶升支撑柱兼做定位轨道（定位轨道要求垂直），材料为H200mm×200mm×8mm×12mm，长度为顶升高度950mm+450mm。轨道两侧分别设置定位块，防止顶升时钢架移位，最后按照千斤顶顶升方法及施工步骤，人工将屋面造型结构进行整体提升。

（1）顶升方法及千斤顶倒换步骤

第一步：将所有钢柱左侧千斤顶放置于支撑柱顶与上顶块之间，所有钢柱千斤顶同步缓缓起升，首先左侧千斤顶进行顶升，高度为千斤顶行程（200mm）。

第二步：钢柱左侧千斤顶达到顶升高度（200mm）后，另一侧千斤顶下方放置200mm型钢垫块，继续持续顶升，第二次顶升高度200mm，累计顶升400mm。

第三步：钢柱右侧千斤顶达到顶升高度（200mm）后，右侧千斤顶下方放置400mm型钢垫块，继续持续顶升，第三次顶升高度200mm，累计顶升600mm。

第四步：钢柱左侧千斤顶达到顶升高度（200mm）后，右侧千斤顶下方放置600mm型钢垫块，继续持续顶升，第四次顶升高度200mm，累计顶升800mm。

第五步：钢柱右侧千斤顶达到顶升高度（200mm）后，左侧千斤顶下方放置800mm型钢垫块，继续持续顶升，第五次顶升高度150mm，累计顶升950mm，达到设计顶升高度。

第六步：将加工好的短柱放入顶升空间内，采用焊接连接，焊缝达到一级焊缝要求。拆除顶升轨道及垫板，对钢柱进行打磨。

第七步：根据设计图纸要求，新增钢柱连接部位用钢板进行焊接加固，保证钢柱水平受力。

（2）技术措施

1）顶升纠偏措施

顶升的同步控制及垂直上升。

钢架整体顶升时必须严格保持同步，如各支点间产生升差会造成下列的影响。

①造成构件内力和柱顶压力的变化，其影响程度与钢架结构形成、顶升支点的间距、升差的大小等有关。钢架规程中规定千斤顶负荷折减系数取0.4～0.6，钢架整体顶升时各顶升点的允许差值为各顶升支柱间距的1/1000且不大于30mm。

②造成钢架的偏移。

a.由于顶升时升差值的影响，会引起结构杆件和千斤顶受力不均而造成危害。控制提升高差更重要的是为了减少钢架的偏移。b.影响钢架偏移的主要因素是顶升时不同步造成的，其次是柱子的刚度。因此，在操作上应严格控制各顶升点的同步上升是积极的措施。即应以预防为主的观点，尽量减少这种偏移。c.导轨型钢与支座板间空隙为20mm。d.钢架顶升时应控制钢架的同步上升，升差值应控制在规定范围内。

2）同步及纠偏。对同步及偏移必须控制在一个适合的范围内，其标准如下：顶升时对同步的要求：同柱一组两个千斤顶高差不得大于10mm；4个支柱，最高与最低高差不得大于30mm。为了满足上述要求，在控制同步方面采取如下措施：①千斤顶在使用前，空载调试。②千斤顶的出顶状态与出顶时间做到基本一致。③对每个千斤顶，配有一套光点指示系统。控制台可以及时采取有效措施，保持顶升同步。

3）纠正高差措施。采用将现场全部钢柱从柱脚板上部300mm处火焰切割断开，设置48台手动螺旋千斤顶（32t）和顶升定位轨道，将钢结构整体分阶段同步顶升至设计标高，然后将需增高的钢柱短节放入断开的上下柱之间，最后定位对接。

（3）监测监控措施

①坚持同时进行同步顶升。②坚持检查落实顶升施工全过程中对周围环境的安全保护和文明措施，实现顶升施工单位对作业安全负责和业主单位安全监控管理双控制。外人和无关人员不得进入顶升区的警戒范围，在被顶升工程内和可能波及的危险区域内不得有人员居住和歇息。③自始至终坚持管好用电用火、用电机具的安全。④所有顶升人员和驻场管理人员必须落实使用安全帽、安全带、口罩、防尘眼镜、工作鞋、手套等劳动安全防护用品，不准赤脚、光膀开展作业。⑤随时监控钢架的稳定性，是否松动、变形。⑥顶升时，需监控其他部位是否松动及有掉落的危险。

提升过程中结合三维激光扫描技术，以及激光测距仪、全站仪和经纬仪等设备，全程监测框架结构变形和提升架垂直度，最终顺利完成了原有屋面装饰钢结构的整体提升工作。认真制定焊接方案，选择热输入小、焊接效率高的半自动二氧化碳气体保护焊工艺，合理控制双箱梁各接头焊接顺序、箱形截面内外各位置焊接顺序，并采用分层分道退焊、对称的焊接方法，成功进行了箱梁整体变形控制，提高了结构安装质量。

3.2 “仿古铝板屋顶檐口结构”工艺、“支撑胎架”工器具研究

3.2.1 一种轻型快装的仿古铝板屋顶檐口结构

水平钢架左端部固定有条形排水槽，第II竖向钢架的顶端部固定斜屋面钢架；龙骨架的外侧设置铝制罩面层，铝制罩面层上表面设置仿瓦机构；仿瓦体系包括若干个条形安装槽，每个条形安装槽的上侧均设置仿瓦条；铝制罩面层上固定若干个铝制椽子，通过以上构件连接形成仿古檐口结构体系。

3.2.2 用于钢结构拼装的临时支撑胎架

通过设置的转动组件，改变两个胎架固定块之间的距离，在两个第一转动块和第二转动块的作用下，使得两个胎架固定块之间的移动较为平稳，同时通过螺纹套筒和螺纹杆对胎架进行固定，通过四个立柱对胎架固定块进行支撑，在锁紧组件的作用下，使得立柱与胎架固定块固定连接。通过工艺、工器具的研发提高工程施工效率，满足建设工期需求。

一种用于钢结构拼装的临时支撑胎架具体包括如下：①四个立柱。四个立柱的上下方均设置有转动组件，转动组件包括两个胎架固定块，两个所述胎架固定块的上表面均固定连接有两个固定轴，且胎架固定块的正面均开设有四个插孔，两个所述胎架固定块之间设置有限位结构，限位结构包括螺纹套筒，所述螺纹套筒的两端均设置有螺纹杆，两个所述螺纹杆分别设置在两个胎架固定块的内壁上。②八个锁紧组件。锁紧组件包括连接块，所述连接块为“U”型块，所述连接块的一端设置在插孔的内壁上，所述连接块的两端均固定连接有固定螺纹块。

所述螺纹套筒的内部开设有螺纹槽，两个所述螺纹杆螺纹连接在螺纹槽的内壁上，两个所述螺纹杆螺纹连接在胎架固定块的两侧，两个胎架固定块之间设置有两个第一转动块和两个第二转动块。两个所述第一转动块和两个第二转动块分别转动连接在四个固定轴的外表面，且相对的第一转动块和第二转动块两端转动连接有转轴。

所述立柱的下表面与胎架固定块的上表面相贴合，所述立柱的内部开设有卡槽，所述连接块的一端与插孔的内壁相贴合，且另一端与卡槽的内壁相贴合，两个所述固定螺纹块的外表面设置有螺母。所述螺母转动连接在两个固定螺纹块的外表面，且螺母的背面与立柱和胎架固定块的正面贴合，且连接块的内壁与立柱和胎架固定块的背面相贴合。

3.3 自制悬臂式移动吊架设备技术应用

研制了一种悬臂式移动吊架设备，应用于办公楼使用状态下屋顶大型造型改造。通过四阶多功能平台搭设，实现顶层外饰面拆除和利用、钢结构安装、新型仿古饰面建造等多工序施工。

3.3.1 悬挑外防护架安装

女儿墙外部打眼→第一、四平台悬挑18#工字钢穿女儿墙安装→外防护钢网片立柱、横向龙骨安装→第一、四平台拉杆安装→铺脚手板。

第二、三平台悬挑HW300mm×300mm×10mm×15mm挑梁安装→第二、三平台悬挑HW300mm×200mm×8mm×12mm次梁安装→外防护钢网片立柱、横向龙骨安装→第二、三平台拉杆安装→铺脚手板。

3.3.2 定距定位

根据构造要求在建筑物四角用尺量出内、外立杆离墙距离，并做好标记；用钢卷尺拉直，分出立杆位置，并用小竹片点出立杆标记；垫板、底座应准确地放在定位线上，垫板必须铺放平整，不得悬空。

3.3.3 圆管支撑卸荷

布置吊点→根据设计要求选定规格→根据设计的进行卸荷点设置。

3.3.4 悬挑脚手架拆除

与安装施工流程相反（即先施工的后拆，后施工的先拆）。利用300t塔吊及汽车吊进行拆除。

3.3.5 防护架校正每搭完一平台防护架后，应按规定校正纵距、横距及外立面防护钢网片竖向龙骨的垂直度。

3.3.6 搭设要求

（1）架体与型钢结构的连接。防护架体底部与悬挑结构应连接牢靠，不得滑动或窜动。在工字钢上翼缘采用焊接的形式将外防护钢网竖向C型钢龙骨进行固定，圆管支撑同样采用焊接。（2）女儿墙打眼。利用自制悬臂式移动吊架设备进行女儿墙外侧由内向外水钻打眼，用于第一、四平台悬挑18#工字钢穿预制女儿墙栏板。女儿墙下面切通，拆除栏板时，从上部进行吊拆，可以取出栏板。

3.3.7 多阶平台防护、操作架体安装技术

（1）由于女儿墙造型特殊且无可靠固定点，因此采用先搭设第一、四平台防护架后搭设第二、三平台防护架的方案。

（2）其中一级平台用于女儿墙拆除防护，防止拆除建筑垃圾坠物；四级平台用于进行原有250mm高饰面石材恢复施工；二三级平台用于屋面顶棚饰蜂窝复合石材等装饰施工。

（3）根据本工程屋面女儿墙拆除及装饰钢结构造型等施工内容，结合新建施工图纸及原有女儿墙结构进行屋面施工外防护架设计（见表1）。

表1 外防护架设计参数表

（4）利用混凝土柱顶工字钢梁化学锚栓安装。利用现有操作平台在现有3.6m高钢筋混凝土柱顶进行放线确定化学锚栓位置。每个柱顶M24锚栓4套，共计37个混凝土柱顶（钻孔直径28，钻孔深度225mm，锚固深度220mm）。

（5）操作控制要点工艺流程。现场清理——放线、验线——钻孔——清孔----注胶——植栓——报验。

（6）安装后置HW300mm×300mm工字钢梁。现有屋面钢筋混凝土柱距轴线跨度6.9m，为了便于预制女儿墙构件拆除，保证栏板、混凝土梁与现有构件切割脱离后的安全稳定性，综合考虑在现有屋面3.6m高度400mm×900mm截面钢筋混凝土柱顶安装8m长钢梁，每次安装3跨进行周转使用。

（7）钢梁孔打眼与化学锚栓固定。安装前，首先检查安装钢梁位置是否平整，如果不平整应给与整修；其次后置钢梁要与混凝土面平行无缝安装。钢梁开孔安装前进行钢梁开孔，严格进行孔径、锚栓位置的控制，保证钢梁开孔位置准确。采用扭矩法终拧前，应首先进行初拧，对螺栓多的大接头，还需进行复拧。初拧的目的就是使连接接触面密贴，一般常用规格螺栓（M20、M22、M24）的初拧扭矩在200N·m～300N·m，螺栓轴力达到10kN～50kN即可。

4 结束语

通过对在施项目无论在垂直运输机械、防护架体的搭设、结构提升改造、仿古建筑檐口装饰结构体系等的调研、考察，项目均依据本工程特有的需求进行独立设计、研发适用于本项目的创新技术。结合图纸设计、施工环境及建设单位需求的复杂程度及多样性，本工程在省内无同类型工程施工，通过以上成套综合技术的研究与开发，具有广阔的应用前景。