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戴占彪，周陆洋，刘司佳，赵晓玉
（河北建研科技有限公司，河北 石家庄 050020）
【摘要】 以既有某网架结构的加固改造工程为例，为满足结构高度方面的使用要求，结合该工程施工现场的条件、施工的难易程度和施工工期等因素，提出采用整体顶升法进行施工。根据网架顶升节点的位置和反力，工程选取了千斤顶+格构式钢柱进行整体顶升，并通过扩大原柱截面尺寸、增设型钢混凝土柱和混凝土梁等技术措施对结构进行整体加固改造，取得了良好的工程效果。
【关键词】 网架结构；整体顶升法；加固改造；施工工艺
【中图分类号】TU765 【文献标志码】 A 【文章编号】 1671－3702（2021）05－0009－05
0 引言
随着城市建设的不断加快，网架结构以其受力合理、跨度大、杆件布置灵活等特点在众多大跨度空间结构中脱颖而出。目前国内常采用满应力设计法对网架结构进行设计，但是在网架使用期间，由于使用功能改变、荷载增加等原因，均会对网架结构的稳定产生威胁，对于网架结构的加固改造逐渐成为业内的关
注焦点［1-4］。
秦志伟［5］
采用在网架下弦增加一层网架的方法，对网架结构进行了加固处理；吴润［6］运用交叉梁
系差分法和空间桁架位移法对平板网架结构进行计算分析，得出交叉梁系差分法不适于分析双向正交斜放网架的受力；张德海等［7］利用 MSTCAD 有限元软件对网架结构进行实例分析，探讨了网架结构受雪灾破坏的原因，并从杆件受力的角度提出了加大杆件截面或减小杆件计算长度的加固改造措施。
本文以某教学楼网架结构加固改造工程为例，在最大程度利用原结构的基础上，运用整体顶升法对网架结构进行整体同步顶升，采用型钢柱作为临时支撑，并增设混凝土梁的施工方案，实现了该网架结构的加固改造，使其满足了新的使用要求，降低了工程造价，取得了良好的经济效益。
课题项目：河北省建设科技研究指导性计划项目（2020-208）
作者简介：戴占彪，男，高级工程师，研究方向为房屋顶升纠偏及加固改造。
Construction Technology of Reinforcement and Transformation
of Existing Grid Structure by Integral Lifting Method
DAI Zhanbiao ，ZHOU Luyang ，LIU Sijia ，ZHAO Xiaoyu
（Hebei Building Research Engineering Co.，Ltd.，Shijiazhuang Hebei 050020，China ）
Abstract ：Taking the reinforcement and reconstruction project of an existing grid structure as an example，in order to meet the requirements of structural height，combined with the construction site conditions of the project，the difficulty of construction and the construction period，it is proposed to adopt the overall lifting method for construction. According to the position and reaction force of the lifting node of the grid，jacks + lattice steel columns are selected for the overall lifting，and the overall structure is reinforced by technical measures such as expanding the size of the original column section，adding steel concrete columns and concrete beams，etc. The transformation has achieved good engineering results.
Keywords ：grid structure；overall lifting method；reinforcement and reconstruction；construction tec
hnology
1 工程概况
河北省石家庄某教学模拟楼整体顶升加固项目，该项目约建于 20 世纪 80 年代末，是现浇钢筋混凝土柱网架结构，外围护墙体为嵌砌于混凝土柱间的黏土砖墙，基础形式为柱下独立基础，墙下为钢筋混凝土条形基础，屋面为混凝土预制屋面板，采用焊接球节点钢网架，为下弦多点支承的单层网架结构，网架屋盖的面积为 231 m2，网架的高度为 1.5 m，跨度为 18 m×12 m。
为满足教学需要，拟对教学楼网架屋盖进行原地顶升加固施工，网架结构原标高为 7 m，在原标高的基础上加高 4.55 m，最终的就位标高为 11.55 m。因可供使用的施工区域受限，而传统的搭设脚手架不仅工程量大，且工期长，结合以往的工程经验和工程实例，最终决定采用液压千斤顶整体提升网架结构的施工方案，并做出相应的加固处理措施。
2 施工方案
本工程秉持绿、低碳、环保的理念，在加固过程中利用了大量的原承重结构，如独立柱基、既有的黏
土砖墙等。由于结构层高的增加，整体的荷载增大，原结构的承载能力已不能满足要求。本工程采用新增受弯构件、增大受压构件截面的方法，对结构进行整体加固，采用整体同步顶升法对钢网架及屋盖系统进行整体顶升，具体施工方案如下。
1）采用顶升法对屋盖体系进行整体抬升，并在原柱顶增设型钢柱作为屋盖体系的支撑结构。
2）采用扩大截面加固法对原混凝土柱进行加固处理。
3）在原柱顶及型钢混凝土柱顶增设混凝土梁提高支撑体系整体性。
3 网架及屋盖体系整体同步顶升
3.1 整体顶升流程
整体顶升流程如下：网架荷载及受力分析→确定顶升点→安装顶升支架→网架加固→解除网架与原结构的连接→开始顶升→顶升至设计标高后设置缆风绳→增设 H 型钢柱→网架落入支座→网架验收→拆除顶升支架。3.2 顶升点的布置
根据施工现场的场地条件和施工工期等要求，采用 3D3S 设计软件和 MST2016 软件相结合对网架结构进行严密建模和受力分析，网架恒荷载取值 2.5 kN/m2，活荷载取值 0.5 kN/m2，基本风压取值 0.35 kN/m2，基本雪压取值 0.3 kN/m2，取最不利荷载组合，确定网架的最不利点共 8 个（见图 1）。
进一步地，取每个顶升点质量为 10 t，计算高度取 20 m，对网架变形和顶升点反作用力等进行验算，经验算，现场顶升位置处最大支座反力为 101.70 kN （约 10.4 t）。相关规范规定，采用顶升能力为 3~4 倍顶升网架结构的千斤顶，会大大降低安全事故发生的概率，本工程选用 8 台同规格，顶升能力为 100 t 的液压自锁式千斤顶满足规范要求［8］。
3.3 顶升施工关键技术
1）在支架底部设置一块截面尺寸为 2.0 m×2.0 m，厚度为 20 mm 的钢垫板，可有效防止由于地基不均匀导致的千斤顶下沉，保证了网架结构的整体稳定。
2）本文根据三角的稳定性和塔吊的设计理念，设计了格构式顶升支架（以 0.888 m 为一个标准节），为了便于施工安装和拆卸，各标准节采用螺栓进行连接。采用起重能力为 100 t，高度为 1.45 m，行程 1.3 m的特质液压千斤顶。顶升支架底部设有千斤顶，通过千斤顶给压使顶升支架顶部与网架上弦球节点顶紧，设备调试无误后进入试顶阶段。
3）试顶阶段，应实时根据千斤顶的油泵压力反算各支撑点的支座反力，并将计算支座反力与设计支座反力做对比；若两者数值相差 5 % 以内，则证明网架验算
无误。
图 1 顶升点布置图（单位：mm）
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第5期
4）正式顶升阶段，每顶升一个标准节高度后停止顶升，在支架上新增一个标准节，然后缓慢回落千斤顶，使支架落在基座上，待网架稳定后，将千斤顶和顶升承压板换到下一标准节上，如此往复，循环进行，直至网架顶升至设计标高为止，顶升示意图如图 2 所示。
5）待网架支座离开原支座 50 m m 时，应悬停30 min ，对网架结构是否产生偏斜、网架杆件有无弯曲、各支座顶升高度是否相近等进行严密检查。
3.4 增设型钢混凝土柱
采用在原柱顶新增型钢混凝土组合结构，不仅可以改善原结构构件的受力性能，增加结构的整体性，而且可获得良好的经济效果。与钢筋混凝土结构相比，型钢既能提高结构的整体刚度和抗侧移能力，又能缩减施工工期；与钢结构相比，型钢混凝土组合结构不仅可减少近半数的钢材用量，而且提高了结构的耐久性；因此，本工程采用型钢柱作为上部屋盖体系的临时支撑，待后期浇筑混凝土，形成型钢混凝土组合结构。
所采用的型钢支柱高度为 0.88 m ，与顶升支架标准节高度相同。为防止型钢支柱发生侧向变形，在原混凝土柱顶植入 M24 柱脚锚栓，植入深度为 30 d 。待网架顶升一个标准节后，吊装 8 根型钢支柱作为网架及上部屋盖系统的临时支撑，所用型钢柱为 H 型，主材为Q235B 级钢筋，H 型钢立柱细部构造如图 3 所示，型钢柱之间通过螺栓连接，待网架顶升至设计高度后，将网架结构与型钢支柱焊接。
3.5 顶升过程中同步与纠偏
网架结构的顶升，同步控制是关键环节。顶升过程中，网架如若出现偏移或倾斜，会改变整个网架结构乃至
各组成杆件的应力状态，使结构产生新的应力重组，这对结构顶升和结构自身的稳定都极为不利。因此，对网架顶升过程中的同步及偏移，必须控制在规定范围内。
网架顶升初期，每顶升 500 mm 便对其垂直度和水平位移进行及时校对。为保证网架在顶升过程中保持同
步、杆件不出现变形，规定网架各顶点的高差≤15 mm ，千斤顶中心与顶升结构中心线偏移值不应＞5 mm ，8 个H 型钢支承柱之间的最大高差不得超过 30 mm ，网架结构支座中心对柱基轴线的水平位移不得＞15 mm ，网架顶升至设计标高如图 4 所示。
3.6 卸压及支架拆除
网架整体同步顶升至设计标高以上 50 mm 左右时，完成网架的封边及成品支座的就位工作。之后，调整千斤顶支架高度，使其缓慢回落至就位高度，待网架完成应力重分布，受力均匀后检查网架就位标高及水平偏移量是否符合设计要求，满足要求后方可将网架节点与支座焊接，并进行网架的卸载工作。网架卸载应注意以下几点。
1）应遵循“均衡卸载，缓慢进行，勤测变形”的原则，否则易造成下部支承结构的失稳以及网架结构局部
或整体变形过大。
图 2 顶升示意图（单位：mm）
图 3 H
型钢立柱细部构造图（单位：mm）
房屋结构改造加固图 4 网架顶升完成
（a ）H 型钢立柱与垫板连接图（b ）柱脚详图
戴占彪等：
整体顶升法加固改造既有网架结构施工技术
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2）卸载初期，以卸载前顶升点荷载为基准值，控制各顶升点的卸载比例为基准值的 1/10，静置 15 min ，确
保网架结构各杆件可以承担新的应力。
3）卸载速度应控制在≤3 mm/min ，保持整体下降稳定性。
4）网架下部支座的安装应在顶升到位后 7 d 内完成。
4 加固施工
结构中常用的加固措施主要有整体结构加固和局部加固两种方法。整体加固则是从结构的整体入手，对整个结构进行加固处理，而局部加固是指针对某些承载能力不足的构件进行单独加固。在实际的结构构件加固设计中，建筑的整体稳定性和安全性主要是由竖向构件和受弯构件的承载力决定的。因此，在加固改造工程中，应注重对主要承重构件的加固改造，进一步提高建筑物的承载能力，实现对建筑物的加固改造。
4.1 柱扩截面加固
采用扩大原柱截面的方法，在原混凝土结构外新浇筑一层混凝土，使其与老结构紧密结合共同承担结构荷载，不仅可以提高混凝土柱的承载能力，还增强了结构的整体刚度，框架柱截面大样图如图 5 所示，加固框架柱细部参数如表 1 所示。
4.1.1 工艺流程
工艺流程如下：原混凝土柱及下部基础混凝土表
面清理→植筋→钢筋制作安装→支模→湿润原混凝土及模板表面→浇筑灌浆料→拆模→养护。
4.1.2 技术要点
1）原结构表面清理。为避免机械凿毛因冲击力
过大造成原结构损伤，采用人工凿毛的方式，对所有与新增混凝土接触的原结构表面进行凿毛处理，剔除厚度≥10 mm ，表面不得有浮浆、浮灰、油污、脱模剂等杂物。
2）钻孔、植筋。①为避免与原钢筋位置冲突，钻孔前应根据结构竣工图或钢筋探测仪等对原结构内部钢筋分布情况进行查看；②按设计图纸要求在施工面准确划定钻孔锚固位置，孔径一般在原钢筋直径基础上增加 6~10 mm ，孔深不得小于钢筋直径的 35 倍，且应满足设计要求；③孔内采用风机加导管进行清理，并用棉丝擦去孔内粉尘，用丙酮清洗孔壁，达到无尘、无油、无水的植筋要求；④采用电动钢刷对植入钢筋表面进行打磨除锈，直至露出金属光泽为止；⑤采用专用改性环氧树脂胶粘剂或改性乙烯基酯类胶粘剂，胶体性能和粘结能力满足 A 级胶要求；⑥垂直孔可将植筋胶缓慢注入孔内，水平孔需预先将植筋胶注入灌浆注浆器中，然后缓慢旋入钢筋，使孔壁与钢筋全面黏合，以植筋胶从孔内溢出为准；⑦植筋完毕 48 h 后，取每种钢筋直径锚固总数的 1 ‰，且不少于 3 根进行锚固抗拔承载力现场非破坏性检测。
3）浇筑混凝土。①预先对混凝土表面充分湿润，并在灌注前吸干表面积水。②由于加固钢筋十分密集，可操作空间受限，应当控制混凝土的坍落度在160～180 mm ，再辅以小直径振捣棒将混凝土振捣密实。③浇筑过程必须连续进行，不能间断，应并尽可能缩短间歇时间，应当从一侧灌注灌浆料，至另一侧溢出
为止；不得从四周同时灌注，以防止由于窝住空气而产生孔洞。④浇筑完毕后，立即覆盖湿草袋或贴塑料薄膜进行≥5 d 的保水养护。
4.2 增设混凝土梁
为进一步提高结构的整体稳定性，本工程采取在原柱顶及型钢混凝土顶增设混凝土梁的方式，将各个方
向的混凝土柱连接为一个整体。
图 5 柱截面大样图（单位：mm）
表 1 框架柱加固参数
构件名称原柱截面尺寸/mm
加固后截面尺寸/mm 部分配筋混凝土
强度JKZ 1
500×500
600×600
主筋：12C20箍筋：C10@100/200 C 35
JKZ 2
500×700
U 形箍：C10@300
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第5期
5 结语
本文以某既有网架结构的加固改造工程为例，采用千斤顶+格构式钢柱实现了网架结构的同步顶升，通过扩大原柱截面与新增型钢混凝土柱完成了结构的加固改造，并得出以下几点结论。
1）采用整体同步顶升法进行顶升施工，不仅操作便捷、安全、精准度高，而且大大缩短了工程工期，降低了工程造价。
2）在原柱顶新增 H 型钢柱，前期可作为网架结构的临时支撑，后期与混凝土进行整体浇筑，形成型钢
混凝土组合结构，增强了结构的整体刚度和抗侧移能力。
目前，该工程已经顺利完工，并取得了良好的工程效果和经济效益。参考文献
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筑结构，2007，37（增刊 1）：592－594.
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表 4 地下连续墙钢筋笼施工质量控制表
检查项目
主要技术参数技术性能指标
钢筋
笼制作及拼接
钢筋笼长度/mm ±100钢筋笼宽度/mm 0，-20钢筋笼保护层厚度/mm
+10，0主筋间距/mm ±10分布筋间距/mm ±20对角线高差/mm ±20预埋件中心位置/mm ±10预埋钢筋和接驳器中心位置/mm
±10 对接接头合格率/%100钢筋笼吊装
钢筋笼吊点、吊具计算专项方案钢筋笼整体刚度
及稳定性验算专项方案吊车起重能力
钢筋笼重量＜70 %额定起重能力两台起重机负荷每台起重机分配负荷＜80 % 额定起重能力
吊环焊接长度/d ≥10吊环焊接高度＞70 % 钢板厚度
搁置点钢板厚度/mm
30~50
5 结语
最终，通过提前埋设深套管对整个地墙断面取芯及声波透射法检测，抽检的地墙墙体及接缝质量均满足设计要求，总体质量优良，垂直度也全部达 1/1 000 以上，这可谓是超深地墙在软土地基上一次成功的挑战。
如此大规模的地墙需达到 1/1 000 的垂直度，对于每一环节都必须严格把控，对于此项开创性的工程，监督管理没有现成的经验可以借鉴，本文就监督过程中的质量管控进行了梳理，希望对今后类似工程的管理提供参考。参考文献
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戴占彪等：
整体顶升法加固改造既有网架结构施工技术
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