超长悬挑混凝土结构支撑技术研究

项余能（浙江中环建设监理有限公司， 浙江 金华 321017）

0 前 言

随着中国经济实力的增长以及建筑技术的成熟，建筑结构不再拘泥于传统形式，一大批形式新颖、造型美观的高层竖向悬挑结构应运出现。传统的悬挑结构长度在 2.5 m以内，其模板支撑使用工字钢＋斜撑卸荷方式就可以满足受力要求，而随着悬挑长度的增加，其构件应力呈几何倍数增长，因此需要一种新型的悬挑结构以满足施工要求。

同时，由于传统结构设计只关心结构的最终成型状态，而不考虑其成型过程，因此做好高层竖向悬挑结构施工过程的设计和力学分析至关重要。

1 工程简介

金华信息经济产业园一期工程位于浙江省金华市，总建筑面积为 24.2 万 m2，地下总建筑面积约 7.8 万 m²，结构形式为框架＋核心筒结构。该工程 3 号楼结构在 29.4 m 标高处悬挑，悬挑长度 3.5 m，挑梁截面尺寸分别为 400 mm×800 mm、400 mm×700 mm，采用外脚手架基础桁架，模板支撑采用扣件式钢管支架＋顶托系统。

2 施工难点分析

（1）楼板悬挑长 3.5 m，加上悬挑贝雷架同时作为外脚手架的支撑结构，其悬挑长度可达 4.8 m。

（2）贝雷支架支模施工过程复杂，贝雷架提升、使用过程中危险性大，支撑体系构件、结构整体的强度、稳定性计算复杂。

（3）贝雷架的连接锚固难度大，若设计过程不够严谨，则可能发生支撑体系坍塌和楼板破坏事故。

（4）贝雷片连接要求高，连接螺栓必须安装到位。

3 施工方案设计

3.1 贝雷架构造

该工程使用标准 321 贝雷片桁架。贝雷片构造，如图1 所示。

图1 贝雷架构造图（提供原图）

贝雷架架体采用 18 号工字钢，其材质及物理性能须符合国家要求标准，并附有材料出厂合格证及物理性能合格证。特别是贝雷架，使用前必须对每片架体进行检查，生锈、脱焊的必须进行防锈和加焊处理，每片架体确保完整后方可投入使用。

3.2 贝雷架安装参数

如图 2 所示，贝雷架长度为 12 m（4×3 m 标准件），最外侧贝雷片长度为 15 m（5×3 m 标准件），且在贝雷架两端及中间与楼板锚固，以增强贝雷架的稳定性。贝雷架伸出建筑物边 4.8 m，拖体 7.2 m，最外侧贝雷架伸出建筑物边 4.8 m，拖体 10.2 m。

图2 贝雷架平面布置图（提供原图）

贝雷架剖面，如图 3 所示。贝雷架每两条合为一个单元，宽度为 450 mm。在贝雷架上横向布置 18# 工字钢，横向间距 800 mm、925 mm 等。工字钢放置在贝雷架斜杆交叉处的上加强弦杆上。支模架立杆放置在工字钢上，支模架为扣件式钢管支架，采用 Φ48×3.0 mm 钢管搭设。

图3 贝雷架剖面图（提供原图）

3.3 贝雷片锚固节点

3.3.1 贝雷片与楼板的锚固

贝雷片须与楼板进行锚固，防止外挑倾覆。采用埋设Φ20 圆钢 U 形拉环与建筑结构梁板固定。U 形钢筋拉环预埋至混凝土梁、板底层钢筋位置，下部与混凝土梁、板底层钢筋焊接，待贝雷片安装到位后，在上部用螺栓与角钢连接。锚固大样，如图 4 所示。

图4 贝雷片锚固节点及施工图（提供原图）

3.3.2 楼板边缘预埋钢板

贝雷片支点所受的荷载传递到 A-J 轴梁面上，为保护接触面的梁角不被集中荷载所破坏，使贝雷片与梁面有平整的接触面，从而更好地传递荷载，在贝雷片与梁接触面位置预埋 400 mm 宽×600 mm 长×20 mm 厚的钢板（钢板面同板顶平）。

3.4 支撑架搭设参数及要点

3.4.1 搭设流程

本架体分为基础桁架和支模架体两部分。基础桁架为贝雷架和工字钢部分，为其上部的钢管支模架体创造搭设平台。支模架体为模板支架。架体搭设中的贝雷架安装及固定为重点及难点，整体搭设流程如下：在 7 层楼面处埋设压环、钢板→浇筑 7 层楼面混凝土→7 层楼面混凝土强度达到 70% 后拆掉柱侧模→清理楼面→安装固定组合贝雷架→固定平面安全网→铺设工字钢→铺设走道→搭设支模架→搭设外架。

3.4.2 搭设参数

在贝雷架悬挑梁上安装 18 号工字钢连梁，再在 18 号工字钢连梁上搭设支模架立杆。支模架立杆间排距均为（由内至外）300 mm、705 mm、705 mm、885 mm、705 mm、600 mm、800 mm，步距为 1 500 mm。悬挑梁板端部起拱，最大起拱高度为 20 mm。

3.4.3 搭设要点

（1）贝雷片先吊至安装楼面后再进行拼接、接长。每片贝雷架之间必须用配套连接件加固，保证贝雷架不位移，中间加以斜撑保证贝雷架不倾覆。伸出楼面 4.8 m 的过程必须有塔吊配合，缓慢就位后，先固定架体尾部的固定压环。

（2）必须确保贝雷片和楼板的有效接触面和侧向稳定以及横向连接和锚固点的牢固。

（3）在 18 号工字钢梁上焊接上部立杆钢管定位筋，使支模架架体立杆连接牢固。定位筋须进行放线、复核。

（4）18 号工字钢与贝雷架的连接采用 U 型抱箍固定。工字钢固定后，在工字钢之间设置钢管，用于铺设脚手片，确保上部施工人员的安全。

（5）关于外架的拉结，由于悬挑部分的外架暂时无法与主体建筑连接，且支模架与外架均受力在基础架体上，所以暂时把支模架与外架连成一个整体。外架为两排。

（6）立支模架体的立杆时，必须先在内侧（贝雷架之间）完成后再施工两侧挑出部分的立杆。

（7）考虑到贝雷架以上还有 13 层，贝雷架的使用有它的限时性，决定在 10 层楼面设置悬挑外架。建议 8层～10 层挑梁部分及外墙施工完成后拆除该处外架及贝雷架体。

3.5 架体检查验收

3.5.1 架体安装前检查内容

（1）检查厂家的生产许可证、法定检测单位的测试报告和产品质量合格证。

（2）查看贝雷架、工字钢、钢管、扣件材料的产品质量合格证、质量检验报告。检查使用各架体是否符合质量要求。架体必须涂有防锈漆。

3.5.2 使用中定期检查内容

（1）检查贝雷架体连接是否牢固，立杆与底座是否落空。

（2）检查压环是否有松动，工字钢连接是否牢固，所有贝雷架体、钢管扣件是否牢固。

（3）检查立杆与底座是否落空，扣件螺栓是否松动，安全防护措施是否符合要求。

3.5.3 主要验收内容

（1）检查贝雷架有无下挂。测量外脚手架内立杆，混凝土浇捣前每隔两根立杆设置一个测量点，混凝土浇捣过程中每半小时观察一次。混凝土浇捣完成后，测量点下沉值不得大于 10 mm，否则必须立即停止混凝土浇捣，找出原因并进行加固处理好后再进行混凝土浇捣。

（2）检查立杆垂直度。用经纬仪或吊线和卷尺测量，立杆 2 m 高处偏差不得超出 ±6 mm，横距偏差不得超出±20 mm。

（3）检查纵向水平杆偏差。用水平仪或水平尺测量。一根杆的两端高差不得超出 ±20 mm，同跨内两根纵向水平杆的高差不得超出 ±10 mm。

（4）检查扣件安装：用钢卷尺测量同步两个相隔立杆上对接扣件的高差是否 ≥500 mm；用扭力扳手检测扣件螺栓拧紧扭力矩是否为 40 N·m～65 N·m。

（5）用角尺检测剪力撑斜杆与地面的倾角是否在45°～60° 之间。

3.6 混凝土浇筑

（1）本工程的梁板浇捣，应先从未悬挑部分到悬挑部分，悬挑部分浇捣采取由中部向两边扩展、对称浇筑的方式，按照规定路线进行混凝土浇筑。混凝浇梁时，每次下料高度不得超过 30 cm，下层振捣密实后方可继续下料浇捣。

（2）泵车进场架设必须由施工负责人指挥，按照指定地点进行架设，架设完毕必须通过安全员验收合格。混凝土开泵必须得到项目经理的开泵令方可施工。润滑泵管的砂浆 采用商品砂浆，对于润滑泵管的砂浆严禁喷洒到楼面上。

（3）使用插入式振捣器应快插慢拔，插点要均匀排列，次梁相对位置同时浇捣，逐点移动，不得遗漏，做到均匀振实。移动间距不大于振捣作用半径的 1.5 倍（一般为 30 cm～40 cm）。振捣上一层时应插入下层 5 cm～10 cm，以使两层混凝土结合牢固。等主次梁浇满后再浇板混凝土。表面振动器（或称平板振动器）的移动间距，应保证振动器的平板覆盖已振实部分的边缘。

（4）浇筑混凝土应连续进行，如必须间歇，其间歇时间应尽量缩短，并应在前层混凝土初凝之前，将次层混凝土浇筑完毕。间歇的最长时间应按所用水泥品种、气温及混凝土凝结条件确定，一般超过 2 h 应按施工缝处理（当混凝土的凝结时间小于 2 h 时，则应当执行混凝土的初凝时间）。

3.7 贝雷架变形监测

（1）监测项目：基础架体沉降和位移。

（2）测点布设：根据实际需要在外脚手架内立杆每隔两根立杆设置一个测量点。

（3）监测频率：在浇筑混凝土过程中实施监测，以≤ 30 min/次的间隔进行连续观测。

（4）变形监测报警值：10 mm。如发现超过 10 mm，则必须立即停止混凝土浇捣，找出原因并进行加固处理好后，再进行混凝土浇捣。

4 贝雷架有限元法计算

4.1 贝雷片强度、刚度验算

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

4.1.1 贝雷架抗弯强度验算

贝雷架抗弯强度 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

根据贝雷片检测报告结果，贝雷片最大允许抗弯强度[MU]=788.20 kN·m。788.20×2×0.9=1 418 kN·m＞613.6 kN·m，故抗弯强度满足要求。

4.1.2 贝雷片刚度验算

（1）均匀荷载作用下挠度计算：

（2）集中荷载作用下挠度计算：

在均布荷载和集中荷载作用下产生的最大挠度Fmax=0.19＋5.09=5.28 mm。根据规范要求，允许最大挠度不应大于 10 mm，故贝雷片刚度满足要求。

4.2 贝雷片抗剪计算

贝雷架最大剪力值在支座悬挑处：

根据贝雷片检测报告结果，贝雷片最大允许剪力承载力[QU]＝245.25 kN。245.25×2×0.9＝441.45 kN＞267.97 kN，故抗剪强度满足要求。

4.3 贝雷片抗倾覆稳定性验算

根据工况最不利荷载组合，进行抗倾覆验算时，室内部分贝雷架上荷载对结构计算有利，故恒载分项系数取值为0.9，且活荷载不计。在贝雷架尾部设置两道 Ф 20 钢筋压环，钢筋压环可承受拉力为：314×4×50×0.85=53.38 kN（根据 JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》第5.6.6、5.6.7条）。

由前文 4.1.1 知，贝雷架最大倾覆力矩 Mmax=613.6 kN·m；

贝雷架抗倾覆力矩 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，故抗倾覆验算满足要求。

5 结 语

本文结合工程实例设计了一种以悬挑 4.8 m 的贝雷架作为悬挑楼板及外脚手架的支撑基础的技术。该技术将制式器材贝雷片运用到模板支撑体系中，较好地解决了悬挑长度大的工程难题，经受住了实际工程的考验，希望为今后类似结构的支撑体系施工提供借鉴。