超長懸挑混凝土結(jié)構(gòu)支撐技術(shù)研究

項(xiàng)余能（浙江中環(huán)建設(shè)監(jiān)理有限公司， 浙江 金華 321017）

0 前 言

隨著中國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增長以及建筑技術(shù)的成熟，建筑結(jié)構(gòu)不再拘泥于傳統(tǒng)形式，一大批形式新穎、造型美觀的高層豎向懸挑結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)出現(xiàn)。傳統(tǒng)的懸挑結(jié)構(gòu)長度在 2.5 m以內(nèi)，其模板支撐使用工字鋼＋斜撐卸荷方式就可以滿足受力要求，而隨著懸挑長度的增加，其構(gòu)件應(yīng)力呈幾何倍數(shù)增長，因此需要一種新型的懸挑結(jié)構(gòu)以滿足施工要求。

同時，由于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只關(guān)心結(jié)構(gòu)的最終成型狀態(tài)，而不考慮其成型過程，因此做好高層豎向懸挑結(jié)構(gòu)施工過程的設(shè)計(jì)和力學(xué)分析至關(guān)重要。

1 工程簡介

金華信息經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園一期工程位于浙江省金華市，總建筑面積為 24.2 萬 m2，地下總建筑面積約 7.8 萬 m2，結(jié)構(gòu)形式為框架＋核心筒結(jié)構(gòu)。該工程 3 號樓結(jié)構(gòu)在 29.4 m 標(biāo)高處懸挑，懸挑長度 3.5 m，挑梁截面尺寸分別為 400 mm×800 mm、400 mm×700 mm，采用外腳手架基礎(chǔ)桁架，模板支撐采用扣件式鋼管支架＋頂托系統(tǒng)。

2 施工難點(diǎn)分析

（1）樓板懸挑長 3.5 m，加上懸挑貝雷架同時作為外腳手架的支撐結(jié)構(gòu)，其懸挑長度可達(dá) 4.8 m。

（2）貝雷支架支模施工過程復(fù)雜，貝雷架提升、使用過程中危險(xiǎn)性大，支撐體系構(gòu)件、結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度、穩(wěn)定性計(jì)算復(fù)雜。

（3）貝雷架的連接錨固難度大，若設(shè)計(jì)過程不夠嚴(yán)謹(jǐn)，則可能發(fā)生支撐體系坍塌和樓板破壞事故。

（4）貝雷片連接要求高，連接螺栓必須安裝到位。

3 施工方案設(shè)計(jì)

3.1 貝雷架構(gòu)造

該工程使用標(biāo)準(zhǔn) 321 貝雷片桁架。貝雷片構(gòu)造，如圖1 所示。

圖1 貝雷架構(gòu)造圖（提供原圖）

貝雷架架體采用 18 號工字鋼，其材質(zhì)及物理性能須符合國家要求標(biāo)準(zhǔn)，并附有材料出廠合格證及物理性能合格證。特別是貝雷架，使用前必須對每片架體進(jìn)行檢查，生銹、脫焊的必須進(jìn)行防銹和加焊處理，每片架體確保完整后方可投入使用。

3.2 貝雷架安裝參數(shù)

如圖 2 所示，貝雷架長度為 12 m（4×3 m 標(biāo)準(zhǔn)件），最外側(cè)貝雷片長度為 15 m（5×3 m 標(biāo)準(zhǔn)件），且在貝雷架兩端及中間與樓板錨固，以增強(qiáng)貝雷架的穩(wěn)定性。貝雷架伸出建筑物邊 4.8 m，拖體 7.2 m，最外側(cè)貝雷架伸出建筑物邊 4.8 m，拖體 10.2 m。

圖2 貝雷架平面布置圖（提供原圖）

貝雷架剖面，如圖 3 所示。貝雷架每兩條合為一個單元，寬度為 450 mm。在貝雷架上橫向布置 18# 工字鋼，橫向間距 800 mm、925 mm 等。工字鋼放置在貝雷架斜桿交叉處的上加強(qiáng)弦桿上。支模架立桿放置在工字鋼上，支模架為扣件式鋼管支架，采用 Φ48×3.0 mm 鋼管搭設(shè)。

圖3 貝雷架剖面圖（提供原圖）

3.3 貝雷片錨固節(jié)點(diǎn)

3.3.1 貝雷片與樓板的錨固

貝雷片須與樓板進(jìn)行錨固，防止外挑傾覆。采用埋設(shè)Φ20 圓鋼 U 形拉環(huán)與建筑結(jié)構(gòu)梁板固定。U 形鋼筋拉環(huán)預(yù)埋至混凝土梁、板底層鋼筋位置，下部與混凝土梁、板底層鋼筋焊接，待貝雷片安裝到位后，在上部用螺栓與角鋼連接。錨固大樣，如圖 4 所示。

圖4 貝雷片錨固節(jié)點(diǎn)及施工圖（提供原圖）

3.3.2 樓板邊緣預(yù)埋鋼板

貝雷片支點(diǎn)所受的荷載傳遞到 A-J 軸梁面上，為保護(hù)接觸面的梁角不被集中荷載所破壞，使貝雷片與梁面有平整的接觸面，從而更好地傳遞荷載，在貝雷片與梁接觸面位置預(yù)埋 400 mm 寬×600 mm 長×20 mm 厚的鋼板（鋼板面同板頂平）。

3.4 支撐架搭設(shè)參數(shù)及要點(diǎn)

3.4.1 搭設(shè)流程

本架體分為基礎(chǔ)桁架和支模架體兩部分。基礎(chǔ)桁架為貝雷架和工字鋼部分，為其上部的鋼管支模架體創(chuàng)造搭設(shè)平臺。支模架體為模板支架。架體搭設(shè)中的貝雷架安裝及固定為重點(diǎn)及難點(diǎn)，整體搭設(shè)流程如下：在 7 層樓面處埋設(shè)壓環(huán)、鋼板→澆筑 7 層樓面混凝土→7 層樓面混凝土強(qiáng)度達(dá)到 70% 后拆掉柱側(cè)?！謇順敲妗惭b固定組合貝雷架→固定平面安全網(wǎng)→鋪設(shè)工字鋼→鋪設(shè)走道→搭設(shè)支模架→搭設(shè)外架。

3.4.2 搭設(shè)參數(shù)

在貝雷架懸挑梁上安裝 18 號工字鋼連梁，再在 18 號工字鋼連梁上搭設(shè)支模架立桿。支模架立桿間排距均為（由內(nèi)至外）300 mm、705 mm、705 mm、885 mm、705 mm、600 mm、800 mm，步距為 1 500 mm。懸挑梁板端部起拱，最大起拱高度為 20 mm。

3.4.3 搭設(shè)要點(diǎn)

（1）貝雷片先吊至安裝樓面后再進(jìn)行拼接、接長。每片貝雷架之間必須用配套連接件加固，保證貝雷架不位移，中間加以斜撐保證貝雷架不傾覆。伸出樓面 4.8 m 的過程必須有塔吊配合，緩慢就位后，先固定架體尾部的固定壓環(huán)。

（2）必須確保貝雷片和樓板的有效接觸面和側(cè)向穩(wěn)定以及橫向連接和錨固點(diǎn)的牢固。

（3）在 18 號工字鋼梁上焊接上部立桿鋼管定位筋，使支模架架體立桿連接牢固。定位筋須進(jìn)行放線、復(fù)核。

（4）18 號工字鋼與貝雷架的連接采用 U 型抱箍固定。工字鋼固定后，在工字鋼之間設(shè)置鋼管，用于鋪設(shè)腳手片，確保上部施工人員的安全。

（5）關(guān)于外架的拉結(jié)，由于懸挑部分的外架暫時無法與主體建筑連接，且支模架與外架均受力在基礎(chǔ)架體上，所以暫時把支模架與外架連成一個整體。外架為兩排。

（6）立支模架體的立桿時，必須先在內(nèi)側(cè)（貝雷架之間）完成后再施工兩側(cè)挑出部分的立桿。

（7）考慮到貝雷架以上還有 13 層，貝雷架的使用有它的限時性，決定在 10 層樓面設(shè)置懸挑外架。建議 8層～10 層挑梁部分及外墻施工完成后拆除該處外架及貝雷架體。

3.5 架體檢查驗(yàn)收

3.5.1 架體安裝前檢查內(nèi)容

（1）檢查廠家的生產(chǎn)許可證、法定檢測單位的測試報(bào)告和產(chǎn)品質(zhì)量合格證。

（2）查看貝雷架、工字鋼、鋼管、扣件材料的產(chǎn)品質(zhì)量合格證、質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告。檢查使用各架體是否符合質(zhì)量要求。架體必須涂有防銹漆。

3.5.2 使用中定期檢查內(nèi)容

（1）檢查貝雷架體連接是否牢固，立桿與底座是否落空。

（2）檢查壓環(huán)是否有松動，工字鋼連接是否牢固，所有貝雷架體、鋼管扣件是否牢固。

（3）檢查立桿與底座是否落空，扣件螺栓是否松動，安全防護(hù)措施是否符合要求。

3.5.3 主要驗(yàn)收內(nèi)容

（1）檢查貝雷架有無下掛。測量外腳手架內(nèi)立桿，混凝土澆搗前每隔兩根立桿設(shè)置一個測量點(diǎn)，混凝土澆搗過程中每半小時觀察一次。混凝土澆搗完成后，測量點(diǎn)下沉值不得大于 10 mm，否則必須立即停止混凝土澆搗，找出原因并進(jìn)行加固處理好后再進(jìn)行混凝土澆搗。

（2）檢查立桿垂直度。用經(jīng)緯儀或吊線和卷尺測量，立桿 2 m 高處偏差不得超出 ±6 mm，橫距偏差不得超出±20 mm。

（3）檢查縱向水平桿偏差。用水平儀或水平尺測量。一根桿的兩端高差不得超出 ±20 mm，同跨內(nèi)兩根縱向水平桿的高差不得超出 ±10 mm。

（4）檢查扣件安裝：用鋼卷尺測量同步兩個相隔立桿上對接扣件的高差是否 ≥500 mm；用扭力扳手檢測扣件螺栓擰緊扭力矩是否為 40 N·m～65 N·m。

（5）用角尺檢測剪力撐斜桿與地面的傾角是否在45°～60° 之間。

3.6 混凝土澆筑

（1）本工程的梁板澆搗，應(yīng)先從未懸挑部分到懸挑部分，懸挑部分澆搗采取由中部向兩邊擴(kuò)展、對稱澆筑的方式，按照規(guī)定路線進(jìn)行混凝土澆筑?；炷凉擦簳r，每次下料高度不得超過 30 cm，下層振搗密實(shí)后方可繼續(xù)下料澆搗。

（2）泵車進(jìn)場架設(shè)必須由施工負(fù)責(zé)人指揮，按照指定地點(diǎn)進(jìn)行架設(shè)，架設(shè)完畢必須通過安全員驗(yàn)收合格。混凝土開泵必須得到項(xiàng)目經(jīng)理的開泵令方可施工。潤滑泵管的砂漿 采用商品砂漿，對于潤滑泵管的砂漿嚴(yán)禁噴灑到樓面上。

（3）使用插入式振搗器應(yīng)快插慢拔，插點(diǎn)要均勻排列，次梁相對位置同時澆搗，逐點(diǎn)移動，不得遺漏，做到均勻振實(shí)。移動間距不大于振搗作用半徑的 1.5 倍（一般為 30 cm～40 cm）。振搗上一層時應(yīng)插入下層 5 cm～10 cm，以使兩層混凝土結(jié)合牢固。等主次梁澆滿后再澆板混凝土。表面振動器（或稱平板振動器）的移動間距，應(yīng)保證振動器的平板覆蓋已振實(shí)部分的邊緣。

（4）澆筑混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，如必須間歇，其間歇時間應(yīng)盡量縮短，并應(yīng)在前層混凝土初凝之前，將次層混凝土澆筑完畢。間歇的最長時間應(yīng)按所用水泥品種、氣溫及混凝土凝結(jié)條件確定，一般超過 2 h 應(yīng)按施工縫處理（當(dāng)混凝土的凝結(jié)時間小于 2 h 時，則應(yīng)當(dāng)執(zhí)行混凝土的初凝時間）。

3.7 貝雷架變形監(jiān)測

（1）監(jiān)測項(xiàng)目：基礎(chǔ)架體沉降和位移。

（2）測點(diǎn)布設(shè)：根據(jù)實(shí)際需要在外腳手架內(nèi)立桿每隔兩根立桿設(shè)置一個測量點(diǎn)。

（3）監(jiān)測頻率：在澆筑混凝土過程中實(shí)施監(jiān)測，以≤ 30 min/次的間隔進(jìn)行連續(xù)觀測。

（4）變形監(jiān)測報(bào)警值：10 mm。如發(fā)現(xiàn)超過 10 mm，則必須立即停止混凝土澆搗，找出原因并進(jìn)行加固處理好后，再進(jìn)行混凝土澆搗。

4 貝雷架有限元法計(jì)算

4.1 貝雷片強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

貝雷架自重荷載 q=1.35×（2.7+2.7+0.21+0.21）=7.85 kN/m

4.1.1 貝雷架抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

貝雷架抗彎強(qiáng)度 M=0.5×7.85×4.82+0.5×28.68×3.52+30.7×（4.7+3.9）+12.3×（3.3+2.6+1.7+1+0.3）+7×3.5=613.6 kN·m

根據(jù)貝雷片檢測報(bào)告結(jié)果，貝雷片最大允許抗彎強(qiáng)度[MU]=788.20 kN·m。788.20×2×0.9=1 418 kN·m＞613.6 kN·m，故抗彎強(qiáng)度滿足要求。

4.1.2 貝雷片剛度驗(yàn)算

（1）均勻荷載作用下?lián)隙扔?jì)算：

（2）集中荷載作用下?lián)隙扔?jì)算：

在均布荷載和集中荷載作用下產(chǎn)生的最大撓度Fmax=0.19＋5.09=5.28 mm。根據(jù)規(guī)范要求，允許最大撓度不應(yīng)大于 10 mm，故貝雷片剛度滿足要求。

4.2 貝雷片抗剪計(jì)算

貝雷架最大剪力值在支座懸挑處：

根據(jù)貝雷片檢測報(bào)告結(jié)果，貝雷片最大允許剪力承載力[QU]＝245.25 kN。245.25×2×0.9＝441.45 kN＞267.97 kN，故抗剪強(qiáng)度滿足要求。

4.3 貝雷片抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)工況最不利荷載組合，進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算時，室內(nèi)部分貝雷架上荷載對結(jié)構(gòu)計(jì)算有利，故恒載分項(xiàng)系數(shù)取值為0.9，且活荷載不計(jì)。在貝雷架尾部設(shè)置兩道 Ф 20 鋼筋壓環(huán)，鋼筋壓環(huán)可承受拉力為：314×4×50×0.85=53.38 kN（根據(jù) JGJ 130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》第5.6.6、5.6.7條）。

由前文 4.1.1 知，貝雷架最大傾覆力矩 Mmax=613.6 kN·m；

貝雷架抗傾覆力矩 Mu=5.24×10.2×10.2×0.5+53.38×9.8=795.7 kN·m。

Mu/Mmax=795.7 613.6=1.30，故抗傾覆驗(yàn)算滿足要求。

5 結(jié) 語

本文結(jié)合工程實(shí)例設(shè)計(jì)了一種以懸挑 4.8 m 的貝雷架作為懸挑樓板及外腳手架的支撐基礎(chǔ)的技術(shù)。該技術(shù)將制式器材貝雷片運(yùn)用到模板支撐體系中，較好地解決了懸挑長度大的工程難題，經(jīng)受住了實(shí)際工程的考驗(yàn)，希望為今后類似結(jié)構(gòu)的支撐體系施工提供借鑒。