工业厂房直立锁缝式钢结构屋面大面积修复施工技术

蓝元海

中建三局第三建设工程有限责任公司 湖北 武汉 430074

超强台风近年来频繁登陆我国，对台风影响范围内的各地钢结构厂房的破坏影响极大，尤其是2016年9月15日在厦门附近登陆的17级超强台风“莫兰蒂”，造成了难以估量的损失。由于超强台风的偶然性和强破坏性，截至目前，尚无一套完整的应对风灾后修复的规范体系，仅有相关台风区城市台风关键参数统计分析[1]和相关台风案例经验[2]供借鉴。

在对上述相关研究信息及大量实体案例进行分析的基础上，进行了深入的探索和实地考察，结合工程实例，总结出一套直立锁缝式钢结构屋面大面积修复的关键技术。

1 工程概况

ABB厦门工业中心项目总建筑面积为196 253.53 m2，占地面积166 519.44 m2，包含低压（LP）厂房、中压（PPMV）厂房、高压（PPHV）厂房，皆为钢结构厂房。厂房层高为8.20～13.38 m，总体钢结构屋面近140 000 m2，皆为直立锁缝式钢结构屋面。“莫兰蒂”台风的肆虐，造成屋面直接受损面积达10%，间接受损面积达35%，连同隐形损害，总受损面积达45%。大面积钢板变形严重无法修复，桁架体系及保温体系分崩离析，经过专业鉴定，需要对低压厂房全部屋面系统进行修复更换，对中压厂房屋面系统部分（50%）进行修复更换。

2 直立锁缝式钢结构屋面修复技术原理

通过分层分块、细部切断的拆除方式，对损坏的屋面系统进行细致分离，以确保损坏构件彻底拆除，同时也在全面拆除过程中排查安全隐患，一举两得。在屋面区域拆除完成后，紧跟着重新安装新的屋面系统，紧密衔接的“一拆一装，拆装并进”方式，极大地提高了施工效率，再结合BIM排版技术和模拟施工，最大限度地保护了钢结构主构件，提高了施工质量和施工速度，降低了成本。

3 直立锁缝式钢结构屋面修复施工工艺流程

施工准备→BIM排版与模拟→拆除区域分区→钢丝防护拆除→屋面板拆除→保温棉清除→檩条替换→天沟清理与安装→钢丝防护安装→保温棉铺设→屋面板安装

4 施工关键技术

4.1 施工准备

分析直立锁缝式钢结构屋面拆除概况，合理采用施工方法。提炼拆除和安装关键节点，为下一步BIM排版和模拟做好准备。

4.2 BIM排版与模拟

1）运用Tekla Structures建模软件对钢结构屋面的重新施工进行排版（图1），各构件的参数需符合设计图纸要求，保证模型与实际施工一致。

2）运用Navisworks软件对屋面板拆除和安装工作进行施工模拟（图2）。

图1 屋面重新施工排版示意

图2 屋面拆除和安装模拟

4.3 拆除区域分区

1）分区原则。屋面拆除分区与屋面原施工分区基本相同，分区界限为原各施工分区交界线，即流水施工分区线，同时针对屋面损坏程度进行补充分区。屋面经过第三方机构定损，划定为“未明显损坏屋面区”和“直接拆除区”。其中“未明显损坏屋面区”的分区同屋面原施工分区，“直接拆除区”在屋面原施工分区基础上单独分区，因此，共计分为7个拆除分区，分别为未明显损坏屋面区W1—W4，直接拆除区1—3（图3）。

图3 屋面拆除区域分区

2）分层原则。屋面分层依据设计图纸构造进行区分，同时依据现有安全防护设置情况进行区分，具体拆除顺序为：拆除钢丝防护网→拆除屋面板钢支座→拆除屋面板→清除保温层→拆除镀锌钢丝网→替换损坏檩条→铺设临时屋面板（仅直接拆分区需要此道工序）。

3）针对损坏屋面，通过对直接损坏屋面和未明显损坏屋面进行分区，确定不同的拆除施工措施。

4）直接拆除区损坏屋面板拆除后，先简易铺设临时屋面板，临时屋面板为彩色，便于区分。

5）未明显损坏屋面区的屋面板拆除一部分后即插入屋面板重新安装，无需再铺设临时屋面板。

6）具体拆除顺序为：拆除直接拆除区1屋面板→拆除直接拆除区2、3屋面板→在直接拆除区1—3上铺设临时屋面板→拆除W1屋面板→拆除W3、W4屋面板→拆除W2屋面板。

4.4 钢丝防护网拆除

1）在每个区域拆除前，先进行仔细排查，针对情况不明区域，由拆除作业人员通过曲臂车上升至钢丝防护网处，仔细观察屋面情况。先排除部分损坏小构件，避免后续拆除时与屋面杂乱的构件发生碰撞。

2）针对屋面钢丝防护网，先行针对曲臂车上升区域部分进行处理，采用钢绞剪剪开一个较曲臂车操作平台面大的区域，但此区域每边距离曲臂车操作平台面不宜大于500 mm。

3）待拆除作业人员上升高度超出屋面，用手电钻先卸下防护钢丝网的自攻螺钉，同时及时将自攻螺钉收集入袋，并标识为废弃螺钉，避免与新螺钉混杂使用。

4）卸下自攻螺钉后，分片移除破旧防护钢丝网，并重新替换上新的防护钢丝网，将拆除的破旧防护钢丝网卷成卷，堆码整齐后进行吊装，挂上废弃标识牌，避免与新钢丝网混杂使用。

4.5 屋面板拆除

1）针对屋面板支座，拆除操作人员先行使用手电钻清除固定屋面板的支座自攻螺钉，方法同防护钢丝网自攻螺钉做法一致。

2）卸下屋面板钢支座，并及时收集入袋，标识为废弃支座，避免与新屋面板钢支座混杂使用。

3）屋面板钢支座拆除后，即对屋面板进行拆除。屋面板采用移动切割机切割，切割长度最长不超过2 m，每切割1张屋面板，立即用移动曲臂车运送至地面，由地面辅助人员归堆存放被拆下的屋面板。

4.6 保温棉清除

屋面板拆除后，进行保温棉清理，将废旧保温棉先裹成团，然后及时入袋。针对过长的保温棉，每10 m剪断后裹成团，然后及时入袋。装袋采用透明袋，以便与新保温棉进行区分，避免混装。

4.7 檩条替换

1）针对已损坏的檩条，先采用20 t吊车吊挂檩条两端，再由拆除人员拆除檩条两端的固定螺丝，然后吊装至地面进行标识，并归堆清运。

2）因檩条为承担屋面板支撑的次构件之一，因此拆除后立即替换上新的檩条，以确保后续工作的进行。

4.8 天沟清理与安装

1）根据屋面板排版图，现场放线，检查天沟损坏处，重新进行替换安装。先安装起始边缘山墙角钢，再安装檐口垫板，檐口垫板螺母位置需对应天沟及屋面板预冲孔。

2）安装内天沟托架，内天沟处保温棉单独先进行铺设，替换安装完成后，即进行整体冲洗清理。

4.9 钢丝防护安装

钢丝网用直径2 mm热镀锌钢丝网，钢丝交叉成正方形，四周固定于檩条上，镀锌钢丝网与檩条用自钻螺钉连接固定起来，搭接方法用热镀锌钢丝绑扎或搭接一个格。

4.10 保温棉铺设

1）保温棉由汽车吊吊运至屋面，在第1块损坏的屋面板和保温棉拆除后，立即进行第1块板处新保温棉铺装。

2）保温棉接头处白膜用订书机钉死，订书钉间距不大于300 mm，保温棉边角料用原塑料包装袋收集，统一处理。

4.11 屋面板安装

1）在进行屋面板安装前，设置屋面主次生命线，φ12 mm镀锌钢丝绳主生命线设置2道，φ8 mm镀锌钢丝绳次生命线设置1道。主次生命线上缠裹三角彩旗警示，提醒人员注意安全。

2）在屋面板施工区域设置屋面安全网，安全网安装范围不小于屋面板安装位置1跨以上距离，安全网接头处安全绳固定牢靠，安全网的张紧程度符合规范要求。

3）屋面系统采用成型压板技术，通过在现场用组件架高屋面压板机，屋面板在施工部位直接由压板机加工成型后进行铺设。该方法施工速度快，施工质量高。根据对钢结构屋面板及屋面压制方法的分析，长屋面板采用高空屋面压板，短屋面采用地面压制。

4）高空屋面压板的安装采取直接压制出板，在已完成屋面板上，铺设12#槽钢，组成滑道，采用滑道小车，并用C型钢将小车连接起来，形成可滑动的机构。滑道小车间距根据现场屋面宽度，10 m设置1个，C型钢滑道铺设长度为95 m。每次搬动屋面板数量为10～15张。

5）地面屋面压板的安装采用吊车进行吊运，吊运至屋面上后，运输方式同高空屋面压板。

6）当第1块钢板固定就位后，在屋顶的较低端拉1根连续的准线，这根线和第1块钢板将成为引导线，便于后续钢板的快速安装和校正。安装期间需对每一屋面区域进行定位检测，方法是测量已固定好的钢板宽度，在其顶部和底部各测1次，以保证不出现移动和扇形。安装至一半时，还要测量从已固定的钢板顶、底部至屋面的远边或完成线的距离，以保证所固定的钢板与完成线平行。若需调整，则可以在以后安放和固定每一块板时很轻微地作扇形调整，直到钢板达到平直度要求。

7）安装第2块屋面板，将第2块屋面板的母扣边扣在第1块板的公扣边上，调整定位，并使第3块板与第1块板的檐口位置对齐后，直立缝咬合。2块板的搭接处需合缝平整。依此方法分别安装第3、第4块……，直至最后一块屋面板。

8）对所有屋面外板设置止水端，即采用工具将位于钢板终端肋条中间的底盘向上折，以保证在泛水板或盖板下方由风吹入的水不会流入建筑物之中。

9）本工程的直立锁缝式钢结构屋面应当遵照国家标准GB 50205—2017《钢结构工程施工质量验收规范》[3]及其他有关规范规定进行施工检验。

5 实施效果

采用该技术对低压厂房屋面进行修复施工，通过BIM技术的精细模拟和拆装的紧密衔接，提高了近50%的施工效率，将原本修复施工工期压缩一半，节省了大量的安全措施费。之后的中压厂房屋面修复在低压厂房施工技术的基础上进行总结，不仅压缩了工期，通过采用低压精细施工拆卸下的部分可利用材料，亦节约了材料成本，并且利用低压厂房废弃保温棉层叠压缩打包作为高处安全缓冲垫，额外节省25%的安全措施费。2栋厂房整体修复后，质量与原来一次性施工质量几乎无差别。

6 结语

长期以来，钢结构工业厂房在经受不可抗力的自然灾害后的修复往往是暴力、无组织地进行破坏性重建，不仅浪费了大量人力物力，对原结构也造成了极大的影响，不利于结构整体稳定性。

相较于传统单纯拆除后再进行安装的施工工艺，本技术是在被损毁的屋面拆除施工过程中，针对被损坏的屋面结构特性，通过合理调整拆装时间，采用了“先分层、后分块”的屋面拆除方式，结合原屋面安装时BIM模拟排版技术，提前排除很大一部分安全隐患，进行“倒序拆除”。与传统的直接拆除技术相比，本技术最大限度保存了钢结构主结构体系的完整性，大大提高了拆除效率，降低了拆除损坏原结构的风险，在减少施工成本的同时，为后续重新安装屋面板提供了极大的便利和最完好的结构。

该修复技术适用于绝大部分结构本身遭受严重破坏的钢结构工业厂房围护系统，通过采用BIM技术，针对具有高精密围护系统的钢结构建筑也有很好的适应性，具有较广的适用范围及较高的推广价值。