貝雷架在房建項(xiàng)目高空大跨及超長(zhǎng)懸挑結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

程 康 劉雙橋 周 豪 崔耀宗 周 欽 詹其超

中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司 湖北 武漢 430064

1 應(yīng)用背景

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，商業(yè)綜合體呈現(xiàn)體量更龐大、功能更齊全、造型更復(fù)雜、結(jié)構(gòu)更多樣的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)為滿足建筑造型需求，高空大跨及超長(zhǎng)懸挑結(jié)構(gòu)層出不窮[1]。武漢夢(mèng)時(shí)代廣場(chǎng)是集商業(yè)、餐飲、室內(nèi)樂園、冰雪樂園為一體的特大型商業(yè)綜合體，建筑高度85.43 m，總建筑面積約80萬 m2，體量巨大，造型復(fù)雜（圖1）。

圖1 武漢夢(mèng)時(shí)代廣場(chǎng)項(xiàng)目效果圖

在4—8層存在大量中庭洞口、扶梯洞口的封板，洞口跨度最大21 m，封板支模高度達(dá)42.05 m；在商場(chǎng)主入口存在最大外挑跨度達(dá)5.63 m、最大梁截面尺寸400 mm×2 670 mm、懸空高度43.15 m的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。需選擇一種兼顧安全、經(jīng)濟(jì)、高效的支模體系來施工該類高空大跨及超長(zhǎng)懸挑結(jié)構(gòu)。

2 方案比選

2.1 落地腳手架支撐方案

落地腳手架支撐方案，即以地面為基底向上搭設(shè)鋼管支撐架，該方案較傳統(tǒng)、常規(guī)。如采用該方案，架體搭設(shè)高度最高達(dá)43.15 m，遠(yuǎn)超相關(guān)規(guī)定的模板超危大工程的8 m高度，其垂直度、穩(wěn)定性極難控制，安全隱患極大，且存在架料用量多、搭拆工期長(zhǎng)、占用底部施工場(chǎng)地、地面樓板需額外加固、經(jīng)濟(jì)性低等弊端，在本工程中不宜采用。

2.2 型鋼支撐方案

型鋼支撐方案，即在高支模區(qū)域下層搭設(shè)簡(jiǎn)支型鋼或懸挑型鋼，再以型鋼為基底搭設(shè)鋼管支撐架形成封板或挑板的支撐體系。該方案理論上可行，但本工程中洞口跨度極大、高度極高、懸挑長(zhǎng)度較長(zhǎng)且存在大梁等重荷載情況，為保證施工安全，經(jīng)計(jì)算，型鋼至少需40#工字鋼或其他等強(qiáng)型鋼，且排布間距小，該類大尺寸型鋼市場(chǎng)上較少見，需定制，且每米長(zhǎng)度的質(zhì)量大，存在搭拆難度大、安全隱患多、周轉(zhuǎn)困難、經(jīng)濟(jì)性低等缺點(diǎn)，不適合采用。

2.3 貝雷架支撐方案

貝雷架支撐方案，即在型鋼支撐方案的基礎(chǔ)上，將型鋼替換成貝雷架。因貝雷架的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均優(yōu)于常規(guī)型鋼，故其排布間距較大。且貝雷架可分拆成片，具有搭拆方便、安全性好、工期進(jìn)度快、周轉(zhuǎn)便利、經(jīng)濟(jì)性高等優(yōu)點(diǎn)，適合本工程高空大跨及超長(zhǎng)懸挑結(jié)構(gòu)的施工。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 總體思路

在高空大跨封板下部搭設(shè)簡(jiǎn)支貝雷架或在超長(zhǎng)懸挑樓板下部搭設(shè)懸挑貝雷架，其上布置花紋鋼板、小尺寸工字鋼形成基底平臺(tái)，再在基底平臺(tái)上搭設(shè)常規(guī)鋼管扣件式支撐架形成高空結(jié)構(gòu)的模板支撐體系。

3.2 簡(jiǎn)支貝雷架支模平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

采用簡(jiǎn)支貝雷架支模平臺(tái)施工中庭洞口、扶梯洞口處的高支模封板。

3.2.1 應(yīng)用示例

以某區(qū)域中庭洞口封板為例，1層為地下室室內(nèi)頂板，標(biāo)高－0.10 m；2—7層為橢圓形洞口，洞徑為21 m；8層為普通梁板，標(biāo)高41.95 m。支模高達(dá)42.05 m（圖2、圖3）。

圖2 某中庭洞口結(jié)構(gòu)平面示意

圖3 某中庭洞口結(jié)構(gòu)剖面示意

3.2.2 簡(jiǎn)支貝雷架支模平臺(tái)組成

簡(jiǎn)支貝雷架支模平臺(tái)由貝雷架、花紋鋼板、分配工字鋼、扣件式鋼管支撐架、安全防護(hù)設(shè)施組成（圖4）。

圖4 簡(jiǎn)支貝雷架支模平臺(tái)示意

3.2.3 簡(jiǎn)支貝雷架支模平臺(tái)傳力途徑

簡(jiǎn)支貝雷架支模平臺(tái)傳力途徑：現(xiàn)澆鋼筋混凝土及施工荷載→模板方木→扣件式鋼管支撐架→分配工字鋼→簡(jiǎn)支貝雷架→已施工主體結(jié)構(gòu)。

3.2.4 簡(jiǎn)支貝雷架支模平臺(tái)設(shè)計(jì)

1）貝雷架選型。貝雷架作為支模平臺(tái)主要受力構(gòu)件，需根據(jù)上部荷載及控制變形要求進(jìn)行選型。首先對(duì)扣件式鋼管支撐架進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，得出立桿支承點(diǎn)反力，該立桿支承點(diǎn)反力作用在分配工字鋼上，由此計(jì)算分配工字鋼支座反力，再根據(jù)工字鋼支座反力進(jìn)行貝雷架承載力計(jì)算及選型。貝雷架按照是否加設(shè)加強(qiáng)弦桿，分為加強(qiáng)型、非加強(qiáng)型，按照組合形式分為單排單層、雙排單層、三排單層、雙排雙層、三排雙層。不同的類型其幾何特性、容許內(nèi)力不同。

2）花紋鋼板選型?；y鋼板主要起防護(hù)作用，避免搭設(shè)過程中扣件等構(gòu)件掉落造成墜物傷人事故。選型時(shí)需根據(jù)貝雷片間距來選擇花紋鋼板厚度，以滿足施工需求。

3）分配工字鋼選型。分配工字鋼以貝雷片為支座，直接承擔(dān)上部扣件式鋼管支撐架的荷載。工字鋼選型時(shí)需進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性計(jì)算。

4）預(yù)拱度設(shè)計(jì)。貝雷架受載后存在變形，該變形主要包含貝雷銷接間隙產(chǎn)生的非彈性變形（錯(cuò)孔撓度）和貝雷架受力后產(chǎn)生的彈性變形（受載撓度）。在設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)變形進(jìn)行計(jì)算，并據(jù)此設(shè)定預(yù)拱度以滿足施工需求，預(yù)拱度的調(diào)整通過調(diào)整支撐架頂托來控制。

① 錯(cuò)孔撓度：貝雷片間采用銷接，由于銷與孔間存在設(shè)計(jì)間隙Δ，貝雷架受載后兩者間的相對(duì)位移會(huì)引起結(jié)構(gòu)的錯(cuò)孔撓度。孔與銷間的設(shè)計(jì)間隙國(guó)產(chǎn)貝雷片為0.5 mm，貝雷架懸挑端節(jié)數(shù)設(shè)為n。對(duì)于簡(jiǎn)支式偶數(shù)節(jié)，錯(cuò)孔撓度fm＝0.5n2mm；對(duì)于簡(jiǎn)支式奇數(shù)節(jié)，fm＝0.5（n2－1） mm。

② 受載撓度：考慮將上部荷載簡(jiǎn)化為均布荷載，則中部最大撓度fz＝5ql4/（384EI）。

③ 梁板設(shè)計(jì)或規(guī)范起拱：現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁、板，當(dāng)跨度大于4 m時(shí)，模板應(yīng)起拱。當(dāng)設(shè)計(jì)無具體要求時(shí)，起拱高度fg宜為全跨長(zhǎng)度的1/1 000～3/1 000。

④ 懸挑貝雷架預(yù)拱度f＝fm＋fz＋fg。

5）主體結(jié)構(gòu)復(fù)核與加固。荷載最終傳遞至主體結(jié)構(gòu)，需對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力復(fù)核。復(fù)核可采用Midas Gen等軟件進(jìn)行計(jì)算，如承載力不滿足，需對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的加固，可采用增大截面、增加配筋等方式。該工作需在支座層主體結(jié)構(gòu)施工前完成，以便加固的實(shí)施。

3.2.5 簡(jiǎn)支貝雷架支模平臺(tái)施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→支座層主體混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)→貝雷架拼裝安裝就位→花紋鋼板鋪設(shè)→分配工字鋼布設(shè)→扣件式鋼管支撐架搭設(shè)、起拱→預(yù)壓、精調(diào)→封板高支模結(jié)構(gòu)施工

及養(yǎng)護(hù)→扣件式鋼管支撐架拆除→簡(jiǎn)支貝雷架拆除→完工

3.3 懸挑貝雷架支模平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 應(yīng)用示例

以主入口處挑板為例，1層為地下室室外頂板，標(biāo)高－1.20 m；2—7層結(jié)構(gòu)內(nèi)收；8層結(jié)構(gòu)外挑，最大外挑跨度達(dá)5.63 m，最大梁截面尺寸400 mm×2 670 mm，標(biāo)高41.95 m，支模高度達(dá)43.15 m（圖5、圖6）。

圖5 主入口外挑結(jié)構(gòu)平面示意

圖6 主入口外挑結(jié)構(gòu)剖面示意

3.3.2 懸挑貝雷架支模平臺(tái)組成

懸挑貝雷架支模平臺(tái)由貝雷架、花紋鋼板、斜拉鋼絲繩、分配工字鋼、扣件式鋼管支撐架、預(yù)埋U形螺栓、扣件式鋼管反頂架、安全防護(hù)設(shè)施組成（圖7）。

圖7 懸挑貝雷架支模平臺(tái)示意

3.3.3 懸挑貝雷架支模平臺(tái)傳力途徑

懸挑貝雷架支模平臺(tái)傳力途徑：現(xiàn)澆鋼筋混凝土及施工荷載→模板方木→扣件式鋼管支撐架→分配工字鋼→懸挑貝雷架→預(yù)埋U形螺栓及已施工主體結(jié)構(gòu)。

其中斜拉鋼絲繩在貝雷架懸挑端吊拉卸荷、扣件式鋼管反頂架在貝雷架固定端反頂卸荷，兩者均作為保險(xiǎn)措施，不參與受力計(jì)算。

3.3.4 懸挑貝雷架支模平臺(tái)設(shè)計(jì)

懸挑貝雷架支模平臺(tái)設(shè)計(jì)包括懸挑貝雷架中貝雷架、花紋鋼板、分配工字鋼選型，主體結(jié)構(gòu)復(fù)核加固同簡(jiǎn)支貝雷架支模平臺(tái)，不同點(diǎn)在于U形螺栓及預(yù)拱度設(shè)置。

1）U形螺栓選型及預(yù)埋。U形螺栓包含2種，一種為固定前端起定位作用的，一種為固定后端起錨固作用的。主要針對(duì)固定后端起錨固作用的U形螺栓進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，保證其抗拔力滿足要求，同時(shí)留存一定富余（圖8）。U形螺栓需布置在主次梁位置，以避免主體結(jié)構(gòu)受損。U形螺栓與主體鋼筋綁扎存在交叉作業(yè)，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼筋實(shí)際情況合理安排穿插作業(yè)，避免U形螺栓無法安裝。安裝完成后對(duì)U形螺栓的數(shù)量、定位、主體加固進(jìn)行檢查，避免后期貝雷架無法安裝。

圖8 U形螺栓示意

2）預(yù)拱度設(shè)計(jì)。

① 錯(cuò)孔撓度：根據(jù)虛功原理，懸挑式錯(cuò)孔撓度fm＝n（n+1） mm。

② 受載撓度：考慮將上部荷載簡(jiǎn)化為均布荷載，則懸挑梁末端撓度fz＝ql4/（8EI）。

③ 懸挑貝雷架預(yù)拱度f＝fm＋fz＋fg。

3.3.5 懸挑貝雷架支模平臺(tái)施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→懸挑層主體鋼筋綁扎及U形螺栓預(yù)埋→懸挑層主體混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)→貝雷架拼裝安裝就位→固定端扣件式鋼管反頂架搭設(shè)→中間層主體結(jié)構(gòu)施工及斜拉點(diǎn)預(yù)埋→斜拉鋼絲繩拉結(jié)→花紋鋼板鋪設(shè)→分配工字鋼布設(shè)→扣件式鋼管支撐架搭設(shè)、起拱→預(yù)壓、精調(diào)→大跨外挑結(jié)構(gòu)施工及養(yǎng)護(hù)→扣件式鋼管支撐架拆除→懸挑貝雷架拆除→完工

3.4 貝雷架安裝與拆除

實(shí)際施工中，受空間、吊重等因素限制，不同區(qū)域貝雷架需采用不同的安裝與拆除方式。

3.4.1 貝雷架安裝

本工程貝雷架安裝方式分整體安裝法、分段安裝法、平移安裝法3種。

1）整體安裝法。在空間、吊重滿足要求的情況下，將貝雷架構(gòu)件在拼裝點(diǎn)拼裝成片后，使用塔吊等起重設(shè)備整體吊裝至安裝點(diǎn)。

2）分段安裝法。在吊重不允許整體吊裝的情況下，先安裝洞口跨度區(qū)段的貝雷架，再在其兩端接長(zhǎng)成整體。

3）平移安裝法。在拼裝點(diǎn)全段拼裝好，再在兩端使用叉車等設(shè)備將貝雷架同步平移至安裝點(diǎn)。

3.4.2 貝雷架拆除

1）平移拆除法。為平移安裝法的逆過程，采用叉車等設(shè)備將貝雷架同步挪位至附近樓板上后，再拆除成零星構(gòu)件。

2）牽引拆除法。在施工時(shí)預(yù)留吊洞，拆除貝雷架時(shí)利用吊洞及牽引機(jī)將貝雷架挪位至樓板上拆除分解。拆除流程為：在貝雷架上方封板預(yù)留吊洞處安裝好鋼絲繩，鋼絲繩一端連接卷揚(yáng)機(jī)（卷揚(yáng)機(jī)1、卷揚(yáng)機(jī)2），另一端連接跨中拆分點(diǎn)，以保證貝雷架拆分成2段后貝雷架的穩(wěn)定。人系安全帶行走至跨中對(duì)拆分點(diǎn)處插銷進(jìn)行拆分。完成拆分后，使用另一臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)（卷揚(yáng)機(jī)3）將拆分段拖拽至樓板上，然后分解成片外運(yùn)退場(chǎng)或周轉(zhuǎn)使用。

4 結(jié)語

通過方案比選及實(shí)踐摸索，本工程創(chuàng)新性地采用貝雷架作為高空大跨及超長(zhǎng)懸挑結(jié)構(gòu)的支模平臺(tái)，并提出了預(yù)拱度公式，顯著提高了超危高支模的施工安全性，有效縮短了工期，創(chuàng)造了較好的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，得到了業(yè)主、設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位的一致好評(píng)。

貝雷架在本房建項(xiàng)目高空大跨及超長(zhǎng)懸挑高支模施工中的創(chuàng)新運(yùn)用和成功實(shí)踐，給超危高支模體系設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。