屋面防火封堵结构的施工改造技术探讨

摘要：在某些重大工程中，特别是一些具有超大跨度钢屋盖的结构中，钢屋盖支座处因幕墙及防火等专业的施工要求，需在混凝土主体结构屋面女儿墙部位增设防火封堵墙，本文对新增屋面防火封堵结构的施工改造技术进行了探讨，包括防火封堵结构构件的选材、受力验算、施工方法与流程等，可为类似工程施工提供参考。

关键词：防火封堵结构；施工改造技术；新增柱墩；施工流程

中图分类号：TU911文献标识码： A

1 工程概况

某工程屋面为超大跨度钢屋盖结构，钢屋盖支座处因幕墙及防火等专业的施工要求，需要在混凝土主体结构屋面女儿墙部位增设防火封堵墙。防火封堵结构主要由混凝土柱墩、钢立柱、钢横梁和预埋件等组成。

该工程女儿墙封堵结构施工时，屋盖钢结构已经施工完毕。女儿墙封堵钢结构施工主要作业面为32m高的辅楼楼顶，由于该工程混凝土主体结构屋面（辅楼楼顶）洞口过多，给施工操作带来一定困难。另外，由于女儿墙封堵钢结构穿过三角管桁架，施工难度较大。防火封堵结构侧立面如图1所示。

图1防火封堵结构侧立面

针对上述技术难点，本文着重对新增屋面防火封堵结构的施工改造技术进行了介绍，主要包括防火封堵结构构件的选材、受力验算、施工方法与流程等。

2 设计与验算

2.1计算参数

（1）结构自重

混凝土密度：；钢材密度：

（2）风荷载

根据该项目结构施工图设计总说明，并参考《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），基本风压按照进行计算，地面粗糙度B类。

围护结构垂直作用于建筑物表面上的风荷载标准值为：，式中：----高度z处的阵风系数，取1.59；----风荷载局部体型系数，取1.0；----风压高度变化系数，取1.39；----基本风压。

（3）荷载组合

承载力计算考虑结构自重和1.2倍的风荷载作用；刚度计算考虑1.0倍的结构自重和风荷载作用。

（4）杆件截面属性

混凝土柱墩：600×600；钢立柱：HW300×300×10×15；钢横梁：140×90×3.5

2.2计算模型

采用有限元分析软件MIDAS-GEN进行分析，混凝土柱墩、钢立柱、钢横梁均采用梁单元进行模拟。由于防火封堵结构沿屋面女儿墙连续布置，故取部分结构体系建立模型进行分析。

2.3计算结果

（1）荷载分布

结构自重荷载在有限元分析软件中自动考虑，风荷载按照均布面荷载分布作用到钢架平面范围内，荷载作用方向垂直于钢架平面.

（2）强度计算

考虑结构自重和1.2倍的风荷载作用，得到钢架中最大应力值为，出现在钢立柱底部，应力云图如图2所示。

图2防护封堵结构应力云图

（3）刚度计算

考虑1.0倍的结构自重和风荷载作用，得到钢架中最大水平位移值为，出现在钢架顶部，位移云图如图3所示。

图3防护封堵结构位移云图

（4）柱墩配筋计算

采用混凝土柱墩截面600×600mm，柱墩高800mm，纵筋为d20，箍筋为d10，经计算柱墩截面及配筋大小均满足要求。

3 施工方案

屋面柱子施工步骤：放线定位女儿墙凿除、钢筋割除植筋钢筋绑扎、支模、浇筑混凝土拆模

（1）放线定位

根据钢结构的深化图（即女儿墙顶封堵平面布置图），对于屋面梁已施工的部位，用墨线将基础的定位在现场放出来，定位误差不得超过10mm，定位尺寸需经过幕墙、钢结构专业单位及监理复核后方可进行下一道工序施工。

对于屋面梁未施工的部位，可在梁钢筋绑扎完成后进行基础插筋，插筋的位置要准确，同样需要相关单位复核后方可进行下一道工序施工。

（2）女儿墙凿除、钢筋割除

由于新增柱子与已施工完成的女儿墙重合，需将重合部位女儿墙凿除。女儿墙凿除宽度为柱子宽度每边加100mm，凿除高度为女儿墙顶至屋面标高,新增柱子与原有混凝土交接部位必须凿毛。凿除部位如图4所示。

图4新增混凝土柱墩布置图

女儿墙凿除后竖向钢筋影响柱子植筋需割除，水平向钢筋割断后弯起，待柱子钢筋绑扎时锚入柱内。

（3）植筋

植筋前应定好每根钢筋的位置，要留出箍筋及钢筋保护层位置。

工艺流程：放线定位钻孔 清孔钢筋清理 填胶粘剂 植筋 凝胶验收

1）钻孔：钻孔使用配套冲击钻，钻孔时，孔洞比钢筋大两号，孔洞间距与孔洞深度满足设计要求。

2）清孔：清孔时，先用吹气泵清除孔洞内粉尘等，再用清孔刷清孔，要经多次吹刷完成，清空完毕后立即用木塞或塑料将孔洞进行临时封闭，防止灰尘再次污染。

3）钢筋清理：钢筋植筋前使用钢丝刷进行除锈清理，除锈长度大于锚固长度50mm左右。

4）填胶粘剂：填胶粘剂使用植筋注射器从孔洞向外均匀地把适量胶粘剂填注孔内，注意勿将空气封入孔内。

5）植筋：按顺时针方向把钢筋平行于孔洞走向轻轻植入孔中，直至插入孔底，胶粘剂溢出。

6）凝胶：在常温下自然养护，对埋植好的钢筋应做好保护工作，将钢筋外露端固定在模架上，使其不受外力作用，直至凝结，并派专人现场保护，防止钢筋被摇摆或碰撞。养护期24小时后方可进行下道工序。

7）验收：植筋完成后，现场负责人按部位请总包及监理等相关部门对植筋质量进行检查验收，按照10%的几率随即对植筋进行非破坏性拉拔试验，并做好实验记录。

8）锚固长度：直径20mm的钢筋，植筋锚固长度为25d（即500mm）。

（4）钢筋绑扎

新增柱子配筋如图5所示：

图5新增混凝土柱墩配筋图

根据柱子纵筋的位置绑扎箍筋，箍筋应与每根纵筋绑扎连接，严格控制好箍筋间距，最下一道箍筋距离地面50mm，其余间距100mm，误差不得超过10mm，箍筋绑扎时开口部位应错开布置，不能在同一截面。注意绑扎箍筋的同时应将女儿墙的钢筋锚入柱内，以防遗漏。箍筋绑扎完成后要设置塑料保护层垫块，垫块间距500mm梅花状布置。

（5）支模

模板采用18厚木模板，次龙骨为50*100木方，主龙骨为直径48钢管，螺杆直径12mm。模板支设方法如图6所示。

图6新增混凝土柱墩模板图

（6）混凝土浇筑

混凝土浇筑前应符合预埋件的位置是否正确、预埋件是否固定牢，浇筑混凝土时严禁踩踏预埋件。混凝土为人工浇筑，浇筑前应清理干净模板内的木屑及垃圾并用水润湿，混凝土应振捣密实。混凝土浇筑完成后12小时进行覆盖薄膜养护，养护时间不得小于7天。拆模时应在混凝土强度能保证其表面及棱角不因拆模板而受损坏。

（7）埋件安装

埋件安装工艺为先由土建绑扎主筋，再由钢结构配合安装埋件，然后绑扎腰筋、箍筋，最后合模。

（8）钢柱安装

1）钢柱就位：钢柱的就位即钢柱的柱脚中线与混凝土基础面上的轴线对齐，就位尽可能一步到位，少量的偏差可用千斤顶和撬棍校正，钢柱定位轴线偏差应不大于1mm，钢柱安装完成底标高误差应不大于±2mm。2）钢柱垂直度的调整：待钢柱就位和钢柱标高校正完成后，用经纬仪检查垂直度，在柱身相互垂直的两个方向用经纬仪照准钢柱柱顶处的中心线，然后比较该中心线的投影点与柱底处该点所对应柱中心线的差值，即为钢柱此方向垂直度的偏差值，其值应不大于H/1000且≤10mm。当视线不通时，可将仪器架设在偏离其所在的轴线位置，但偏离的角度应不大于15°。垂直度校正完成后，利用钢柱四个面的垂直度偏差值，反算出钢柱中心点的偏差值，为下节钢柱的就位调整提供依据。3）钢柱的固定：待钢柱的平面位置、标高和垂直度调整完毕，焊接固定。

（9）钢梁安装

本工程中钢梁为方管梁，钢梁吊装机械主要为卷扬机、手拉葫芦。钢梁吊装总体随钢柱安装顺序进行，钢柱安装完毕，及时安装与钢柱相连的钢梁。钢结构部分立面如图7所示。

图7钢结构部分立面图

4 结论

本文针对在已有结构女儿墙部位增设防火封堵墙的技术难点进行了分析，包括新增设的防火封堵墙结构体系的设计与分析，并对防火封堵结构构件的选材、受力验算、施工方法与流程等施工改造技术进行了介绍，可为类似工程施工提供参考。

参考文献

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[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB506666-2011混凝土结构工程施工规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011

[5] 中国钢结构协会. 建筑钢结构施工手册[M]. 北京：中国计划出版社，2002.