贝雷架在房建项目高空大跨及超长悬挑结构施工中的应用

2021-12-22刘双桥崔耀宗詹其超

建筑施工 2021年9期

程康刘双桥周豪崔耀宗周钦詹其超

中建三局集团有限公司工程总承包公司湖北武汉 430064

1 应用背景

随着经济社会的发展，商业综合体呈现体量更庞大、功能更齐全、造型更复杂、结构更多样的发展趋势。同时为满足建筑造型需求，高空大跨及超长悬挑结构层出不穷[1]。武汉梦时代广场是集商业、餐饮、室内乐园、冰雪乐园为一体的特大型商业综合体，建筑高度85.43 m，总建筑面积约80万 m2，体量巨大，造型复杂（图1）。

图1 武汉梦时代广场项目效果图

在4—8层存在大量中庭洞口、扶梯洞口的封板，洞口跨度最大21 m，封板支模高度达42.05 m；在商场主入口存在最大外挑跨度达5.63 m、最大梁截面尺寸400 mm×2 670 mm、悬空高度43.15 m的现浇混凝土结构。需选择一种兼顾安全、经济、高效的支模体系来施工该类高空大跨及超长悬挑结构。

2 方案比选

2.1 落地脚手架支撑方案

落地脚手架支撑方案，即以地面为基底向上搭设钢管支撑架，该方案较传统、常规。如采用该方案，架体搭设高度最高达43.15 m，远超相关规定的模板超危大工程的8 m高度，其垂直度、稳定性极难控制，安全隐患极大，且存在架料用量多、搭拆工期长、占用底部施工场地、地面楼板需额外加固、经济性低等弊端，在本工程中不宜采用。

2.2 型钢支撑方案

型钢支撑方案，即在高支模区域下层搭设简支型钢或悬挑型钢，再以型钢为基底搭设钢管支撑架形成封板或挑板的支撑体系。该方案理论上可行，但本工程中洞口跨度极大、高度极高、悬挑长度较长且存在大梁等重荷载情况，为保证施工安全，经计算，型钢至少需40#工字钢或其他等强型钢，且排布间距小，该类大尺寸型钢市场上较少见，需定制，且每米长度的质量大，存在搭拆难度大、安全隐患多、周转困难、经济性低等缺点，不适合采用。

2.3 贝雷架支撑方案

贝雷架支撑方案，即在型钢支撑方案的基础上，将型钢替换成贝雷架。因贝雷架的强度、刚度、稳定性均优于常规型钢，故其排布间距较大。且贝雷架可分拆成片，具有搭拆方便、安全性好、工期进度快、周转便利、经济性高等优点，适合本工程高空大跨及超长悬挑结构的施工。

3 关键施工技术

3.1 总体思路

在高空大跨封板下部搭设简支贝雷架或在超长悬挑楼板下部搭设悬挑贝雷架，其上布置花纹钢板、小尺寸工字钢形成基底平台，再在基底平台上搭设常规钢管扣件式支撑架形成高空结构的模板支撑体系。

3.2 简支贝雷架支模平台关键技术

采用简支贝雷架支模平台施工中庭洞口、扶梯洞口处的高支模封板。

3.2.1 应用示例

以某区域中庭洞口封板为例，1层为地下室室内顶板，标高－0.10 m；2—7层为椭圆形洞口，洞径为21 m；8层为普通梁板，标高41.95 m。支模高达42.05 m（图2、图3）。

图2 某中庭洞口结构平面示意

图3 某中庭洞口结构剖面示意

3.2.2 简支贝雷架支模平台组成

简支贝雷架支模平台由贝雷架、花纹钢板、分配工字钢、扣件式钢管支撑架、安全防护设施组成（图4）。

图4 简支贝雷架支模平台示意

3.2.3 简支贝雷架支模平台传力途径

简支贝雷架支模平台传力途径：现浇钢筋混凝土及施工荷载→模板方木→扣件式钢管支撑架→分配工字钢→简支贝雷架→已施工主体结构。

3.2.4 简支贝雷架支模平台设计

1）贝雷架选型。贝雷架作为支模平台主要受力构件，需根据上部荷载及控制变形要求进行选型。首先对扣件式钢管支撑架进行设计计算，得出立杆支承点反力，该立杆支承点反力作用在分配工字钢上，由此计算分配工字钢支座反力，再根据工字钢支座反力进行贝雷架承载力计算及选型。贝雷架按照是否加设加强弦杆，分为加强型、非加强型，按照组合形式分为单排单层、双排单层、三排单层、双排双层、三排双层。不同的类型其几何特性、容许内力不同。

2）花纹钢板选型。花纹钢板主要起防护作用，避免搭设过程中扣件等构件掉落造成坠物伤人事故。选型时需根据贝雷片间距来选择花纹钢板厚度，以满足施工需求。

3）分配工字钢选型。分配工字钢以贝雷片为支座，直接承担上部扣件式钢管支撑架的荷载。工字钢选型时需进行强度、刚度、稳定性计算。

4）预拱度设计。贝雷架受载后存在变形，该变形主要包含贝雷销接间隙产生的非弹性变形（错孔挠度）和贝雷架受力后产生的弹性变形（受载挠度）。在设计时需对变形进行计算，并据此设定预拱度以满足施工需求，预拱度的调整通过调整支撑架顶托来控制。

① 错孔挠度：贝雷片间采用销接，由于销与孔间存在设计间隙Δ，贝雷架受载后两者间的相对位移会引起结构的错孔挠度。孔与销间的设计间隙国产贝雷片为0.5 mm，贝雷架悬挑端节数设为n。对于简支式偶数节，错孔挠度fm＝0.5n2mm；对于简支式奇数节，fm＝0.5（n2－1） mm。

② 受载挠度：考虑将上部荷载简化为均布荷载，则中部最大挠度fz＝5ql4/（384EI）。

③ 梁板设计或规范起拱：现浇钢筋混凝土梁、板，当跨度大于4 m时，模板应起拱。当设计无具体要求时，起拱高度fg宜为全跨长度的1/1 000～3/1 000。

④ 悬挑贝雷架预拱度f＝fm＋fz＋fg。

5）主体结构复核与加固。荷载最终传递至主体结构，需对主体结构进行承载力复核。复核可采用Midas Gen等软件进行计算，如承载力不满足，需对主体结构进行必要的加固，可采用增大截面、增加配筋等方式。该工作需在支座层主体结构施工前完成，以便加固的实施。

3.2.5 简支贝雷架支模平台施工工艺流程

施工准备→支座层主体混凝土浇筑及养护→贝雷架拼装安装就位→花纹钢板铺设→分配工字钢布设→扣件式钢管支撑架搭设、起拱→预压、精调→封板高支模结构施工

及养护→扣件式钢管支撑架拆除→简支贝雷架拆除→完工

3.3 悬挑贝雷架支模平台关键技术

3.3.1 应用示例

以主入口处挑板为例，1层为地下室室外顶板，标高－1.20 m；2—7层结构内收；8层结构外挑，最大外挑跨度达5.63 m，最大梁截面尺寸400 mm×2 670 mm，标高41.95 m，支模高度达43.15 m（图5、图6）。

图5 主入口外挑结构平面示意

图6 主入口外挑结构剖面示意

3.3.2 悬挑贝雷架支模平台组成

悬挑贝雷架支模平台由贝雷架、花纹钢板、斜拉钢丝绳、分配工字钢、扣件式钢管支撑架、预埋U形螺栓、扣件式钢管反顶架、安全防护设施组成（图7）。

图7 悬挑贝雷架支模平台示意

3.3.3 悬挑贝雷架支模平台传力途径

悬挑贝雷架支模平台传力途径：现浇钢筋混凝土及施工荷载→模板方木→扣件式钢管支撑架→分配工字钢→悬挑贝雷架→预埋U形螺栓及已施工主体结构。

其中斜拉钢丝绳在贝雷架悬挑端吊拉卸荷、扣件式钢管反顶架在贝雷架固定端反顶卸荷，两者均作为保险措施，不参与受力计算。

3.3.4 悬挑贝雷架支模平台设计

悬挑贝雷架支模平台设计包括悬挑贝雷架中贝雷架、花纹钢板、分配工字钢选型，主体结构复核加固同简支贝雷架支模平台，不同点在于U形螺栓及预拱度设置。

1）U形螺栓选型及预埋。U形螺栓包含2种，一种为固定前端起定位作用的，一种为固定后端起锚固作用的。主要针对固定后端起锚固作用的U形螺栓进行设计计算，保证其抗拔力满足要求，同时留存一定富余（图8）。U形螺栓需布置在主次梁位置，以避免主体结构受损。U形螺栓与主体钢筋绑扎存在交叉作业，需根据现场钢筋实际情况合理安排穿插作业，避免U形螺栓无法安装。安装完成后对U形螺栓的数量、定位、主体加固进行检查，避免后期贝雷架无法安装。

图8 U形螺栓示意

2）预拱度设计。

① 错孔挠度：根据虚功原理，悬挑式错孔挠度fm＝n（n+1） mm。

② 受载挠度：考虑将上部荷载简化为均布荷载，则悬挑梁末端挠度fz＝ql4/（8EI）。

③ 悬挑贝雷架预拱度f＝fm＋fz＋fg。

3.3.5 悬挑贝雷架支模平台施工工艺流程

施工准备→悬挑层主体钢筋绑扎及U形螺栓预埋→悬挑层主体混凝土浇筑及养护→贝雷架拼装安装就位→固定端扣件式钢管反顶架搭设→中间层主体结构施工及斜拉点预埋→斜拉钢丝绳拉结→花纹钢板铺设→分配工字钢布设→扣件式钢管支撑架搭设、起拱→预压、精调→大跨外挑结构施工及养护→扣件式钢管支撑架拆除→悬挑贝雷架拆除→完工

3.4 贝雷架安装与拆除

实际施工中，受空间、吊重等因素限制，不同区域贝雷架需采用不同的安装与拆除方式。

3.4.1 贝雷架安装

本工程贝雷架安装方式分整体安装法、分段安装法、平移安装法3种。

1）整体安装法。在空间、吊重满足要求的情况下，将贝雷架构件在拼装点拼装成片后，使用塔吊等起重设备整体吊装至安装点。

2）分段安装法。在吊重不允许整体吊装的情况下，先安装洞口跨度区段的贝雷架，再在其两端接长成整体。

3）平移安装法。在拼装点全段拼装好，再在两端使用叉车等设备将贝雷架同步平移至安装点。

3.4.2 贝雷架拆除

1）平移拆除法。为平移安装法的逆过程，采用叉车等设备将贝雷架同步挪位至附近楼板上后，再拆除成零星构件。

2）牵引拆除法。在施工时预留吊洞，拆除贝雷架时利用吊洞及牵引机将贝雷架挪位至楼板上拆除分解。拆除流程为：在贝雷架上方封板预留吊洞处安装好钢丝绳，钢丝绳一端连接卷扬机（卷扬机1、卷扬机2），另一端连接跨中拆分点，以保证贝雷架拆分成2段后贝雷架的稳定。人系安全带行走至跨中对拆分点处插销进行拆分。完成拆分后，使用另一台卷扬机（卷扬机3）将拆分段拖拽至楼板上，然后分解成片外运退场或周转使用。