戴占彪，周陸洋，劉司佳，趙曉玉

（河北建研科技有限公司，河北 石家莊 050020）

0 引言

隨著城市建設(shè)的不斷加快，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以其受力合理、跨度大、桿件布置靈活等特點在眾多大跨度空間結(jié)構(gòu)中脫穎而出。目前國內(nèi)常采用滿應(yīng)力設(shè)計法對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，但是在網(wǎng)架使用期間，由于使用功能改變、荷載增加等原因，均會對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定產(chǎn)生威脅，對于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的加固改造逐漸成為業(yè)內(nèi)的關(guān)注焦點［1-4］。秦志偉［5］采用在網(wǎng)架下弦增加一層網(wǎng)架的方法，對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行了加固處理；吳潤［6］運用交叉梁系差分法和空間桁架位移法對平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行計算分析，得出交叉梁系差分法不適于分析雙向正交斜放網(wǎng)架的受力；張德海等［7］利用 MSTCAD 有限元軟件對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行實例分析，探討了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受雪災(zāi)破壞的原因，并從桿件受力的角度提出了加大桿件截面或減小桿件計算長度的加固改造措施。

本文以某教學(xué)樓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)加固改造工程為例，在最大程度利用原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，運用整體頂升法對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行整體同步頂升，采用型鋼柱作為臨時支撐，并增設(shè)混凝土梁的施工方案，實現(xiàn)了該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的加固改造，使其滿足了新的使用要求，降低了工程造價，取得了良好的經(jīng)濟效益。

1 工程概況

河北省石家莊某教學(xué)模擬樓整體頂升加固項目，該項目約建于 20 世紀 80 年代末，是現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，外圍護墻體為嵌砌于混凝土柱間的黏土磚墻，基礎(chǔ)形式為柱下獨立基礎(chǔ)，墻下為鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，屋面為混凝土預(yù)制屋面板，采用焊接球節(jié)點鋼網(wǎng)架，為下弦多點支承的單層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架屋蓋的面積為 231 m2，網(wǎng)架的高度為 1.5 m，跨度為 18 m×12 m。

為滿足教學(xué)需要，擬對教學(xué)樓網(wǎng)架屋蓋進行原地頂升加固施工，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)原標高為 7 m，在原標高的基礎(chǔ)上加高 4.55 m，最終的就位標高為 11.55 m。因可供使用的施工區(qū)域受限，而傳統(tǒng)的搭設(shè)腳手架不僅工程量大，且工期長，結(jié)合以往的工程經(jīng)驗和工程實例，最終決定采用液壓千斤頂整體提升網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工方案，并做出相應(yīng)的加固處理措施。

2 施工方案

本工程秉持綠色、低碳、環(huán)保的理念，在加固過程中利用了大量的原承重結(jié)構(gòu)，如獨立柱基、既有的黏土磚墻等。由于結(jié)構(gòu)層高的增加，整體的荷載增大，原結(jié)構(gòu)的承載能力已不能滿足要求。本工程采用新增受彎構(gòu)件、增大受壓構(gòu)件截面的方法，對結(jié)構(gòu)進行整體加固，采用整體同步頂升法對鋼網(wǎng)架及屋蓋系統(tǒng)進行整體頂升，具體施工方案如下。

1）采用頂升法對屋蓋體系進行整體抬升，并在原柱頂增設(shè)型鋼柱作為屋蓋體系的支撐結(jié)構(gòu)。

2）采用擴大截面加固法對原混凝土柱進行加固處理。

3）在原柱頂及型鋼混凝土柱頂增設(shè)混凝土梁提高支撐體系整體性。

3 網(wǎng)架及屋蓋體系整體同步頂升

3.1 整體頂升流程

整體頂升流程如下：網(wǎng)架荷載及受力分析→確定頂升點→安裝頂升支架→網(wǎng)架加固→解除網(wǎng)架與原結(jié)構(gòu)的連接→開始頂升→頂升至設(shè)計標高后設(shè)置纜風繩→增設(shè) H 型鋼柱→網(wǎng)架落入支座→網(wǎng)架驗收→拆除頂升支架。

3.2 頂升點的布置

根據(jù)施工現(xiàn)場的場地條件和施工工期等要求，采用 3D3S 設(shè)計軟件和 MST2016 軟件相結(jié)合對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行嚴密建模和受力分析，網(wǎng)架恒荷載取值 2.5 kN/m2，活荷載取值 0.5 kN/m2，基本風壓取值 0.35 kN/m2，基本雪壓取值 0.3 kN/m2，取最不利荷載組合，確定網(wǎng)架的最不利點共 8 個（見圖 1）。

圖1 頂升點布置圖（單位：mm）

進一步地，取每個頂升點質(zhì)量為 10 t，計算高度取 20 m，對網(wǎng)架變形和頂升點反作用力等進行驗算，經(jīng)驗算，現(xiàn)場頂升位置處最大支座反力為 101.70 kN（約 10.4 t）。相關(guān)規(guī)范規(guī)定，采用頂升能力為 3～4 倍頂升網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的千斤頂，會大大降低安全事故發(fā)生的概率，本工程選用 8 臺同規(guī)格，頂升能力為 100 t 的液壓自鎖式千斤頂滿足規(guī)范要求［8］。

3.3 頂升施工關(guān)鍵技術(shù)

1）在支架底部設(shè)置一塊截面尺寸為 2.0 m×2.0 m，厚度為 20 mm 的鋼墊板，可有效防止由于地基不均勻?qū)е碌那Ы镯斚鲁?，保證了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。

2）本文根據(jù)三角的穩(wěn)定性和塔吊的設(shè)計理念，設(shè)計了格構(gòu)式頂升支架（以 0.888 m 為一個標準節(jié)），為了便于施工安裝和拆卸，各標準節(jié)采用螺栓進行連接。采用起重能力為 100 t，高度為 1.45 m，行程 1.3 m的特質(zhì)液壓千斤頂。頂升支架底部設(shè)有千斤頂，通過千斤頂給壓使頂升支架頂部與網(wǎng)架上弦球節(jié)點頂緊，設(shè)備調(diào)試無誤后進入試頂階段。

3）試頂階段，應(yīng)實時根據(jù)千斤頂?shù)挠捅脡毫Ψ此愀髦吸c的支座反力，并將計算支座反力與設(shè)計支座反力做對比；若兩者數(shù)值相差 5 % 以內(nèi)，則證明網(wǎng)架驗算無誤。

（5）可根據(jù)油井的供液狀況合理調(diào)整選取生產(chǎn)參數(shù)，排量調(diào)節(jié)控制簡便，用地層水作動力液，加溫后的動力液在循環(huán)過程中，提升了近井油層及井筒溫度，特別是對稠油井起到了稀釋和降黏的雙重功效。

4）正式頂升階段，每頂升一個標準節(jié)高度后停止頂升，在支架上新增一個標準節(jié)，然后緩慢回落千斤頂，使支架落在基座上，待網(wǎng)架穩(wěn)定后，將千斤頂和頂升承壓板換到下一標準節(jié)上，如此往復(fù)，循環(huán)進行，直至網(wǎng)架頂升至設(shè)計標高為止，頂升示意圖如圖 2 所示。

圖2 頂升示意圖（單位：mm）

5）待網(wǎng)架支座離開原支座 50 mm 時，應(yīng)懸停30 min，對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是否產(chǎn)生偏斜、網(wǎng)架桿件有無彎曲、各支座頂升高度是否相近等進行嚴密檢查。

3.4 增設(shè)型鋼混凝土柱

采用在原柱頂新增型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，不僅可以改善原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能，增加結(jié)構(gòu)的整體性，而且可獲得良好的經(jīng)濟效果。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，型鋼既能提高結(jié)構(gòu)的整體剛度和抗側(cè)移能力，又能縮減施工工期；與鋼結(jié)構(gòu)相比，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)不僅可減少近半數(shù)的鋼材用量，而且提高了結(jié)構(gòu)的耐久性；因此，本工程采用型鋼柱作為上部屋蓋體系的臨時支撐，待后期澆筑混凝土，形成型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。

所采用的型鋼支柱高度為 0.88 m，與頂升支架標準節(jié)高度相同。為防止型鋼支柱發(fā)生側(cè)向變形，在原混凝土柱頂植入 M24 柱腳錨栓，植入深度為 30 d。待網(wǎng)架頂升一個標準節(jié)后，吊裝 8 根型鋼支柱作為網(wǎng)架及上部屋蓋系統(tǒng)的臨時支撐，所用型鋼柱為 H 型，主材為Q235B 級鋼筋，H 型鋼立柱細部構(gòu)造如圖 3 所示，型鋼柱之間通過螺栓連接，待網(wǎng)架頂升至設(shè)計高度后，將網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與型鋼支柱焊接。

圖3 H 型鋼立柱細部構(gòu)造圖（單位：mm）

3.5 頂升過程中同步與糾偏

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的頂升，同步控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。頂升過程中，網(wǎng)架如若出現(xiàn)偏移或傾斜，會改變整個網(wǎng)架結(jié)構(gòu)乃至各組成桿件的應(yīng)力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的應(yīng)力重組，這對結(jié)構(gòu)頂升和結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定都極為不利。因此，對網(wǎng)架頂升過程中的同步及偏移，必須控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

網(wǎng)架頂升初期，每頂升 500 mm 便對其垂直度和水平位移進行及時校對。為保證網(wǎng)架在頂升過程中保持同步、桿件不出現(xiàn)變形，規(guī)定網(wǎng)架各頂點的高差≤15 mm，千斤頂中心與頂升結(jié)構(gòu)中心線偏移值不應(yīng)＞5 mm，8 個H 型鋼支承柱之間的最大高差不得超過 30 mm，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)支座中心對柱基軸線的水平位移不得＞15 mm，網(wǎng)架頂升至設(shè)計標高如圖 4 所示。

圖4 網(wǎng)架頂升完成

3.6 卸壓及支架拆除

網(wǎng)架整體同步頂升至設(shè)計標高以上 50 mm 左右時，完成網(wǎng)架的封邊及成品支座的就位工作。之后，調(diào)整千斤頂支架高度，使其緩慢回落至就位高度，待網(wǎng)架完成應(yīng)力重分布，受力均勻后檢查網(wǎng)架就位標高及水平偏移量是否符合設(shè)計要求，滿足要求后方可將網(wǎng)架節(jié)點與支座焊接，并進行網(wǎng)架的卸載工作。網(wǎng)架卸載應(yīng)注意以下幾點。

1）應(yīng)遵循“均衡卸載，緩慢進行，勤測變形”的原則，否則易造成下部支承結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)局部或整體變形過大。

2）卸載初期，以卸載前頂升點荷載為基準值，控制各頂升點的卸載比例為基準值的 1/10，靜置 15 min，確保網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各桿件可以承擔新的應(yīng)力。

3）卸載速度應(yīng)控制在≤3 mm/min，保持整體下降穩(wěn)定性。

4）網(wǎng)架下部支座的安裝應(yīng)在頂升到位后 7 d 內(nèi)完成。

4 加固施工

結(jié)構(gòu)中常用的加固措施主要有整體結(jié)構(gòu)加固和局部加固兩種方法。整體加固則是從結(jié)構(gòu)的整體入手，對整個結(jié)構(gòu)進行加固處理，而局部加固是指針對某些承載能力不足的構(gòu)件進行單獨加固。在實際的結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固設(shè)計中，建筑的整體穩(wěn)定性和安全性主要是由豎向構(gòu)件和受彎構(gòu)件的承載力決定的。因此，在加固改造工程中，應(yīng)注重對主要承重構(gòu)件的加固改造，進一步提高建筑物的承載能力，實現(xiàn)對建筑物的加固改造。

4.1 柱擴截面加固

采用擴大原柱截面的方法，在原混凝土結(jié)構(gòu)外新澆筑一層混凝土，使其與老結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合共同承擔結(jié)構(gòu)荷載，不僅可以提高混凝土柱的承載能力，還增強了結(jié)構(gòu)的整體剛度，框架柱截面大樣圖如圖 5 所示，加固框架柱細部參數(shù)如表 1 所示。

圖5 柱截面大樣圖（單位：mm）

表1 框架柱加固參數(shù)

4.1.1 工藝流程

工藝流程如下：原混凝土柱及下部基礎(chǔ)混凝土表面清理→植筋→鋼筋制作安裝→支?！鷿駶櫾炷良澳０灞砻妗鷿仓酀{料→拆模→養(yǎng)護。

4.1.2 技術(shù)要點

1）原結(jié)構(gòu)表面清理。為避免機械鑿毛因沖擊力過大造成原結(jié)構(gòu)損傷，采用人工鑿毛的方式，對所有與新增混凝土接觸的原結(jié)構(gòu)表面進行鑿毛處理，剔除厚度≥10 mm，表面不得有浮漿、浮灰、油污、脫模劑等雜物。

2）鉆孔、植筋。①為避免與原鋼筋位置沖突，鉆孔前應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)竣工圖或鋼筋探測儀等對原結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋分布情況進行查看；②按設(shè)計圖紙要求在施工面準確劃定鉆孔錨固位置，孔徑一般在原鋼筋直徑基礎(chǔ)上增加 6～10 mm，孔深不得小于鋼筋直徑的 35 倍，且應(yīng)滿足設(shè)計要求；③孔內(nèi)采用風機加導(dǎo)管進行清理，并用棉絲擦去孔內(nèi)粉塵，用丙酮清洗孔壁，達到無塵、無油、無水的植筋要求；④采用電動鋼刷對植入鋼筋表面進行打磨除銹，直至露出金屬光澤為止；⑤采用專用改性環(huán)氧樹脂膠粘劑或改性乙烯基酯類膠粘劑，膠體性能和粘結(jié)能力滿足 A 級膠要求；⑥垂直孔可將植筋膠緩慢注入孔內(nèi)，水平孔需預(yù)先將植筋膠注入灌漿注漿器中，然后緩慢旋入鋼筋，使孔壁與鋼筋全面黏合，以植筋膠從孔內(nèi)溢出為準；⑦植筋完畢 48 h 后，取每種鋼筋直徑錨固總數(shù)的 1 ‰，且不少于 3 根進行錨固抗拔承載力現(xiàn)場非破壞性檢測。

3）澆筑混凝土。①預(yù)先對混凝土表面充分濕潤，并在灌注前吸干表面積水。②由于加固鋼筋十分密集，可操作空間受限，應(yīng)當控制混凝土的坍落度在160～180 mm，再輔以小直徑振搗棒將混凝土振搗密實。③澆筑過程必須連續(xù)進行，不能間斷，應(yīng)并盡可能縮短間歇時間，應(yīng)當從一側(cè)灌注灌漿料，至另一側(cè)溢出為止；不得從四周同時灌注，以防止由于窩住空氣而產(chǎn)生孔洞。④澆筑完畢后，立即覆蓋濕草袋或貼塑料薄膜進行≥5 d 的保水養(yǎng)護。

4.2 增設(shè)混凝土梁

為進一步提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，本工程采取在原柱頂及型鋼混凝土頂增設(shè)混凝土梁的方式，將各個方向的混凝土柱連接為一個整體。

5 結(jié)語

本文以某既有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的加固改造工程為例，采用千斤頂+格構(gòu)式鋼柱實現(xiàn)了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的同步頂升，通過擴大原柱截面與新增型鋼混凝土柱完成了結(jié)構(gòu)的加固改造，并得出以下幾點結(jié)論。

1）采用整體同步頂升法進行頂升施工，不僅操作便捷、安全、精準度高，而且大大縮短了工程工期，降低了工程造價。

2）在原柱頂新增 H 型鋼柱，前期可作為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的臨時支撐，后期與混凝土進行整體澆筑，形成型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，增強了結(jié)構(gòu)的整體剛度和抗側(cè)移能力。

目前，該工程已經(jīng)順利完工，并取得了良好的工程效果和經(jīng)濟效益。Q