浅谈框架结构房屋顶部轻钢加层施工关键技术

毛华安

摘 要：房屋建筑加层施工是实行建筑改造、优化居住条件的重要举措，本文以某框架结构房屋建筑为实例，针对其顶部轻钢加层施工技术方案进行了大体分析，围绕原建筑保护性拆除举措、新型柱脚节点施工技术、钢梁与钢柱安装、防水层设计、隔震层设计五个层面，探讨了框架结构房屋顶部轻钢加层施工所应用的关键技术，以期为相关施工提供借鉴意义。

关键词：框架结构;轻钢加层;柱脚节点;隔震技术

引言：据中国建筑业协会发布的统计结果显示，2019年上半年全国建筑业累积完成总产值10.16万亿元，同比增长7.2%;完成房屋建筑施工面积107.5亿m2，同比增长2.71%。在房屋建筑市场呈逆势增长的背景下，建筑加层施工凭借其在结构、功能、造价、资源与居住条件等方面的优势性能脱颖而出，其中应用到的关键施工技术值得我们进行深入探讨。

1工程实例与加层施工技术方案

1.1工程概况

以某房屋建筑改造工程为例，该建筑工程主体包含 、 两部分，两栋建筑皆为钢筋混凝土框架结构，建筑总面积为 m2，抗震设防烈度为 度。其中 建筑地上部分为 层，总高度为 ，首层层高为 ，其余层高均为 ; 建筑地上部分为 层，总高度为 ，首层层高为 ，其余层高均为 。由于两栋建筑的使用年限均超过 年，建设单位要求针对 建筑进行平面改造，将其楼层加至 层。本次改造施工内容包括钢梁、钢柱、屋面等结构的安装，采光通风系统安装，屋面隔热层、女儿墙拆除，屋面防水层处理与隔震层布置。

1.2加层施工技术方案

在施工方与建设方、设计单位的共同商议下，依据混凝土结构与钢结构形式特征进行加层承载力的验算，综合考虑加层承载力与具体施工目标，拟选取轻钢加层技术方案开展施工：首先针对原有等截面门式刚架结构进行创新设计，分别选取 型钢、 型钢作为檩条与梁柱，选用双层压型钢板进行墙面板、屋面板设计，采用的轻钢结构共计 ，符合施工设计要求;其次针对原建筑窗结构进行改造，扩大窗结构面积，并将原有隔热层进行拆除处理，保障建筑的协调性;再次选取轻质混凝土进行排水坡找平处理，减轻下部结构荷载;最后进行隔震支座的選型，依据建筑抗震性能目标完成隔震层布置。

2框架结构房屋顶部轻钢加层施工所应用的关键技术探讨

2.1原建筑保护性拆除举措

由于在该建筑改造工程中，建设单位要求针对原建筑进行防护处理，因此在开展加层施工时需进行工艺流程的优化设计，选取保护性拆除技术进行施工设计，结合原建筑结构形态进行施工材料、拆除机械的选型处理，编制详细保护施工措施与技术方案，以此优化施工质量。具体来说，该工程采取自上而下的顺序开展拆除作业，依据原建筑结构特征进行拆除作业顺序、作业项目的安排，在房屋顶面处采用边拆除、边防护的方式开展加层施工作业，并针对保留的所有管线接口、排水口、通风口进行防护处理[1]。

在此基础上，基于安全、环保理念开展施工，在重要区域搭建水平防护棚与防护围墙，采用静态破碎、人工剔凿等工艺手段进行噪声、尘土等污染的防治处理。例如在进行楼板构造层、女儿墙施工时，采用人工剔凿、无振动钻孔作业方式取代以往使用风镐、大锤的作业方法，既有助于保护原有建筑结构、装修成果不被破坏，同时还能够提高工程的经济效益。为进一步强化原建筑结构的安全质量保障，本改造工程中还采用一定的支撑结构进行加固处理，以此提高建筑结构稳定性，为顶部轻钢加层施工的顺利开展创设完备基础。

2.2新型柱脚节点施工技术

2.2.1混凝土柱与圈梁施工

为最大限度降低加层施工对原建筑结构稳定性的影响，拟采用外包钢法进行框架结构柱处理，采用扩大截面法进行基础处理，配合粘贴钢板与碳纤维布进行原结构梁的加固处理。该工程采取新型连接工艺进行钢柱与原混凝土柱节点处的连接设计，其柱脚主要由新浇混凝土柱头、新增圈梁、钢柱外包混凝土等结构组成，针对柱脚节点处的混凝土分两次浇筑完毕，在原框架结构柱顶部位进行放大截面柱头的浇筑作业，并在此处完成钢柱底板的安装;在建筑上部隔墙处的柱网间进行圈梁浇筑，将其高度控制在与各柱头齐平位置，保障结构稳固;待检验柱头、圈梁处的混凝土强度达标后进行钢柱的安装，并在柱头上进行钢柱外包混凝土的浇筑[2]。

在具体施工设计方面，柱脚节点处的施工设计如图1所示。其施工流程大体划分为以下四个环节：其一是将钢筋混凝土柱与框架梁顶部面层进行凿除，随后清理面层确保柱、梁上部钢筋露出。其二是选取 根 钢筋植入原框架柱顶部，以柱头高度设计值为参照在其上部 位置预留空间;随后选取纵向钢筋植入框架梁、楼板中，以钢柱外包混凝土高度为基准在其上部预留足够长度，其中分别选取 根 角筋、 架立筋植入到屋面板与框架梁中，并将柱顶植筋、柱头纵筋处的 箍筋进行牢固绑扎。其三是将圈梁钢筋绑扎在位于框架柱附近的梁上，依据施工设计图进行圈梁配筋尺寸的控制。其四是支模板，并进行柱头、圈梁处的浇筑作业，完成柱脚节点的第一次混凝土浇筑作业。

2.2.2钢柱外包混凝土

待柱脚节点处第一次浇筑的混凝土强度达标后，开始进行钢柱的安装作业，并依据设计要求进行钢柱底板标高的调整;随后进行位于柱头上部钢柱外包混凝土箍筋的绑扎处理，并选取 根 的加强箍筋绑扎在外包混凝土顶部位置;接下来在支好模板后，完成外包混凝土的第二次浇筑作业，待混凝土强度达标后进行拆模处理，完成柱脚节点连接处的施工作业。

2.2.3构造设计

为确保柱脚节点处的连接作业符合施工要求，需围绕以下三方面进行构造设计：其一是调节位于钢柱底板上部的钢筋混凝土及其钢柱角的高度，确保其高度至少为钢柱截面 倍;其二是进行外包混凝土顶部纵筋的控制，将其调节成弯钩状，并将下弯最小值设置为 ，以此实现纵筋的有效锚固，并完成纵筋、钢柱的焊接处理;其三是进行新浇混凝土柱头高度的控制，保障其高度大于地脚螺栓直径的30倍。

2.3钢梁与钢柱安装

在综合考量施工质量、进度计划要求的基础上，选取在工厂完成钢柱、钢梁的分段制作，待将钢柱、钢梁绑扎牢固后运送至施工现场进行组合拼装。依据轻钢结构施工特点，本工程配备1台 汽车吊负责钢结构构件的吊装，配合2台 汽车吊承担构件的拼接处理以及二次搬运作业。由于本工程加工制造的钢梁在其翼板、腹板处厚度不足，在安装过程中极易导致其出现平面弯曲变形问题，严重损害安装质量，因此拟选取在地面将钢梁竖起进行立式拼装，随后再采用汽车吊进行吊运组装。同时，鉴于钢柱易产生弯曲变形，因此需采取檩条、拉条在相邻两柱间进行加强处理，选取1台汽车吊将钢柱吊运至楼顶处，并将其与基础预埋螺栓进行固定，配合另1台汽车吊完成 型檩条的吊装处理，同时将其与钢柱进行固定，随即依次完成钢梁、钢柱的吊装与连接。待完成两榀钢梁的拼装连接后，选用 型檩条进行支撑加固，以此完成全部钢柱、钢梁、檩条的拼接安装作业[3]。

2.4防水层设计

由于该房屋建筑改造工程在施工设计方面拟将其局部原防水层进行清除处理，综合考虑到不停业施工需求与季节性气候特征，需采取有效措施进行防水层设计，避免因降雨对施工质量造成影响。首先，应在原建筑物处进行测量放线，明确定位柱顶所在位置，找准原建筑物的坐标控制网并进行复核，随即依次进行实物位置、标高、间距的重新校核，确保与施工设计方案相符后进行开凿施工。其次，针对原建筑物的女儿墙进行拆除处理，先在其外墙柱顶部开凿一个规格为 的作业面;随即将其三元乙丙防水层割开，在外围处砌筑高约 的防水沿，将割开的防水层四围处折起并砌进防水沿内;再在其顶部安装一个木框防水盖，选取彩条布铺设在防水盖之上，在后续开展施工作业时将防水盖打开，待降雨时将其关闭，起到防水效果。再次，在完成钢柱底板焊接处理后，选取 的水泥砂浆涂抹在柱坑内部，将其厚度控制在 左右，并选取水泥粉配合 防水剂混合后再次均匀涂抹在柱坑内，确保无死角;待完成钢柱安装后，保障降雨时坑内积水不渗漏。最后，待完成加层防水层设计后进行楼面开凿清除作业，尤其注意做好加层外墙板与原建筑接缝处的处理，合理选取连接配件，实现对建筑结构防水性能与美观作用的双重保障。

2.5隔震层设计

为保障轻钢加层施工不影响到建筑结构的抗震性能，还需加强轻钢加层的隔震层设计，在此可围绕以下四个层面展开：

首先依据《建筑抗震设计规范》 进行橡胶隔震支座的选型设计，综合考虑重力荷载代表值要求，确保橡胶隔震支座的竖向压应力小于或等于 ，在罕遇地震情况下拉应力不超过 ，其水平位移限值不超过支座有效直径的 倍或支座橡胶厚度的 倍。

其次考虑到扭转效应的影响，支座结构外围处的位移略大于中部，因此选取铅芯隔震支座、橡胶隔震支座分别布设在外围与中部位置，借助两种支座的搭配使用提高其承载力与水平变形能力，更好地促使支座的隔震功能得到充分发挥。

再次在隔震支座布设方面，应确保其刚度中心与质量中心位于同一水平线上，最大限度降低扭转效应的影响，同时对照竖向受力构件所处的平面位置进行支座平面布置，在每个框架结构柱下分别布设一个隔震支座，以此优化隔震效果[4]。

最后在隔震支座的具体设置方面，分别选取 个 铅芯橡胶隔震支座与 个 天然橡胶隔震支座，两种支座的有效直径均为 、橡膠总厚度为 ，其中铅芯橡胶隔震支座的屈服前刚度为 、竖向刚度为 、屈服力为 ，100%水平剪切变形下的等效刚度为 、250%水平剪切变形下的等效刚度为 ;天然橡胶隔震支座的竖向刚度为 ，100%水平剪切变形下的等效刚度为 、250%水平剪切变形下的等效刚度为 。

结论：总而言之，随着城市化建设步入新的发展阶段，相应也推动了房屋建筑工程施工方向的调整。房屋顶部轻钢加层施工对于大型机械设备无过高要求，在施工过程中需强化柱脚节点连接与下部结构施工，采取有效技术手段优化防水层、隔震层设计，提高轻钢加层施工质量，为建筑加层改造施工提供重要参考价值。

参考文献：

[1]陈信才.实例探讨房建顶部加层施工的相关问题[J].建材发展导向（上），2015，（1）：19-20.

[2]程伟.防屈曲耗能支撑在轻钢加层结构中的应用[D].合肥工业大学，2018.

[3]孙慎.隔震技术在框架结构轻钢加层工程中的应用与分析[D].合肥工业大学，2018.

[4]张亚英，赵春荣，崔炜.多层砖混建筑的轻钢结构加层设计和抗震计算模式对比研究[J].工程抗震与加固改造，2017，（4）：136-140.