基于组合式超限支架体系的高空中庭内天井屋面施工工艺

傅柏勇 冯晓建 宋志辉

1. 浙江协力建设有限公司 浙江 杭州 310030；2. 浙江省三建建设集团有限公司 浙江 杭州 310016

在现代化的城市综合体、大型展览馆、商业购物中心等建筑设计中，中庭结构因其采光性好、造型美观、利于通风等特点得到了设计师的青睐，有着较为广泛的应用。然而中庭内天井屋面施工时，由于下方没有支撑基础，导致其安装施工成为一个难点，尤其是处于高空作业的内天井屋面施工，施工难度更大。为此，有不少学者提出了针对性的模架平台[1-3]。

在高空中庭施工方面，魏德胜等[4]针对异形圆弧中庭的钢拱架结构施工，设计了一种满堂灯笼立柱式脚手架，通过充分利用既有结构搭设支撑架，实现了进度与安全的双赢；安德锋等[5]依托某商业中心的采光中庭施工，提出了采用高空滑移法进行屋面钢管桁架施工的方案，最终保证了工期及质量要求；石瑛莉[6]针对某城市CBD大跨度重型中庭钢结构的安装施工，灵活地采取了多维组合柔性实施方案，实现了在保证安装质量的前提下节约成本的目的。张小刚[7]设计了高逾20 m的支撑体系进行上海某商业建筑的中庭屋面施工，阐述了相应的设计与施工控制要点，保证了施工安全；祁晓强等[8]在亚洲基础设施投资银行总部项目的采光顶施工过程中，创新提出了将悬挂脚手架作为操作平台的工艺方法，顺利解决了面积大、高度高、交叉作业多的采光顶施工难题。

综上所述，在高空大跨度中庭结构的施工过程中，根据不同工程的实际特点与施工要求，往往有不同的工艺设计，但不论是高空悬挑设计还是直接支撑于地面的方案，其关键点均是在保证安全施工的同时，尽量减少工序交叉，避免对下部其余施工作业面产生影响。而对于高空支模施工，贝雷桁架是可以避免超高落地的一种支架体系，是防止因支架整体失稳而群死群伤，解决高空超限支模施工难题的有效且经济的方法。基于此，本文在前人研究的基础上，依托某大型购物中心的中庭内天井施工案例，因地制宜，创新设计了一种“圆管柱＋工字钢＋贝雷架＋键槽式支模架”的组合式超限支架体系，取得了理想的实施效果。

1 工程概况

杭州某商业、商务兼容城市轨道、社会停车场项目（二期）位于杭州市西湖区，设计主要为大型购物中心，地上8层、地下3层，总建筑面积205 590.12 m2，其中地上建筑面积124 572.80 m2，地下建筑面积81 017.32 m2。工程主体8层，建筑高度44.75 m。主体结构为框架剪力墙结构，整体形状类似倒置的L形，在主体建筑不同的区域设计有3处大型超限的中庭结构，如图1所示。

图1 1#～3#中庭超限区域位置示意

2 工程难点分析

1）根据该工程的特点，本工程中庭部位内天井由1层通向5层，在6层结构楼板封闭，最大跨度30 m，层层错位，每层中庭内天井的结构轮廓大小不一。地下室顶板至6层楼面（内天井封闭）高度达27.6 m，属于超限区域，施工难度大，施工情况复杂。

2）本项目为商业综合体，工期紧，穿插施工频繁，地下室机电管线多，公共区域精装修主要集中在内天井四周。若采用承插型键槽式钢管支架，搭设难度大，材料紧缺，地下室需大面积回顶，地上内天井由于钢管支架所占空间大，无法进行高质量穿插施工，导致精装修插入滞后，甲方给予的工期无法满足。因此，需探索出一种节约工期，不影响地下室机电及地上精装修穿插施工的内天井屋面结构施工方法。

3 施工方案比选与确定

3.1 方案1：键槽式钢管满堂架

该方案为传统方案，采用键槽式钢管满堂架从地下室顶板（－0.08 m）搭设至6层楼面（27.52 m）；搭设高度为27.60 m，对应满堂架范围的3层地下室，需要层层回顶。使用时间为从支模架搭设完成到8层屋面施工完成后拆除，钢管租赁到拆除使用时间为3个月，如图2所示。

图2 键槽式超限支架体系

3.2 方案2：塔吊标准节＋工字钢＋支模架

采用塔吊标准节＋工字钢＋支模架的组合形式，塔吊标准节原则上布置于地下室顶板柱子上部，无法布置到柱子的塔吊标准节穿地下室楼板，直接布置于地下室底板。地下室不需要回顶；使用时间为塔吊标准节进场安装至8层屋面施工完成后拆除，塔吊标准节租赁到拆除使用时间为4.5个月，如图3所示。

图3 塔吊标准节＋工字钢＋支模架体系

3.3 方案3：圆管柱＋工字钢＋贝雷架＋键槽式支模架

通过对方案2进行优化，采用圆管柱＋工字钢＋贝雷架＋键槽式支模架的组合形式，在地下室顶板安装两排圆管柱（对应地下室圆管柱范围采用承台浇筑并进行支模架回顶），圆管柱之间采用8#工字钢剪刀撑连接，圆管柱上部搁置双拼工字钢，工字钢上布置贝雷架，贝雷架上面满铺工字钢及槽钢，上部搭设支模架。使用时间为贝雷架进场安装至8层屋面施工完成后拆除，贝雷架租赁到拆除使用时间为3个月，如图4所示。

图4 圆管柱＋工字钢＋贝雷架＋键槽式支模架体系

3.4 各方案比选分析

3.4.1 技术可行性

在技术可行性方面，方案一为传统做法，技术成熟，方案二为创新型做法，技术尚未成熟，而方案三也为创新型做法，且技术也尚未成熟，需由专业的钢构设计软件提供技术支持。

3.4.2 穿插合理性

1）方案1：精装修施工范围主要集中在中庭四周，中庭部位满堂架施工影响精装修穿插施工，满堂架施工周期为3个月，故精装修工期影响3个月。另外，满堂架范围投影区域地下室需等面积回顶，地下室机电管线集中，满堂架施工周期为3个月，故机电安装工期影响3个月。

2）方案2：精装修可穿插施工，无影响；对地下室机电安装的影响范围很小。

3）方案3：与方案2类似，该方案下的精装修可穿插施工，无影响；对地下室机电安装的影响范围很小。

3.4.3 实施难易程度

1）方案1：按图施工，无难度。

2）方案2：局部需穿地下室楼板，施工复杂，且杭州市场塔吊紧张，标准节材料奇缺。

3）方案3：效果达成较难，需认真进行设计验算及施工安装，对专业有一定的要求。

3.4.4 工程工期在工期影响方面，方案1对关键线路有影响，而方案2和方案3对关键线路均没有影响。

3.5 最佳方案的确定

经过以上方案对比分析，我们认为方案3在技术可行性、经济合理性具有优势，并与方案2的工期相比具有优势，因此我们把方案3作为最佳方案，即采用圆管柱＋工字钢＋贝雷架＋键槽式支模架的组合形式进行该项目高空中庭内天井屋面的施工。

4 工艺关键技术分析

4.1 贝雷架及钢立柱设计

绘制超限组合支架体系设计图（图5），由专业钢构软件计算贝雷架及钢立柱的位移、应力、稳定性，保证支架体系应力、稳定性100%满足要求，其中位移验算如图6所示。实施过程中，主要通过3D3S软件整体建模计算贝雷架和钢立柱，并通过安全计算软件计算地下室回顶情况。经验算，支模架的最大Z向位移为21 mm，跨度约为17 m，整体挠度约1/810，符合要求。

图5 支模架设计安装示意

图6 支模架位移验算

4.2 支架体系安装

由技术处和项目部共同制定体系安装方案，项目部具体实施安装，必须使贝雷架布置、钢立柱标高、垂直度、地下室回顶质量等100%达到方案要求。

实施过程中，主要采用钢管脚手架对地下室回顶，实施前对班组进行交底，过程中由技术员现场跟踪。支架纵横向间距为200 mm，搭设范围1.6 m×1.6 m，步距1.0 m，现场情况如图7、图8所示。注意做好贝雷片、钢立柱及工字钢的进场质量验收工作，保证尺寸、焊接质量等均符合要求。

图7 贝雷架安装现场

图8 支模架下部搭设完成

4.3 支架体系拆除

提前策划拆除方案，保证组合支架体系拆除的可行性，具体拆除方案如下：

1）拆除准备，清除贝雷架上部材料，悬挂滑轮、吊索。

2）收紧吊索，以跨中支墩及悬臂板为界，对半跨贝雷架进行打断，减轻吊装质量及长度。

3）对悬空段贝雷梁下放至地面，下放时人工辅助牵引，防止碰撞结构物及钢支撑。

4）参考第2步对另半跨进行打断。

5）对打断的贝雷架进行平移，悬空部分以移出钢支撑影响范围为界，悬臂板部分全部移至楼层板内，防止两段贝雷架干扰。

6）参照第3步，将悬臂部分贝雷梁下放至地面。

7）将楼板上剩余贝雷节段平移至悬空位置。

8）将剩余贝雷节段全部下放至地面，完成高空贝雷架拆除。

9）每节贝雷节段下放到地面后，使用转运设备将节段转运至解体场地进行解体堆码，并组织退场，严禁在支架下部直接进行解体作业，防止高空坠落造成危险。

5 实施效益

1）工期效益。相比以往采用的传统方法，此次组合式超限支架体系对工期穿插影响很小，效果显著。本工程从机电安装穿插施工上节约工期3个月。

2）社会效益。本文创新提出的组合式超限支架体系技术，达到了“降本、提质、增效”的效果，得到了业主单位、监理单位的一致好评，社会效益显著。

6 结语

本项目针对大型购物中心高空中庭内天井屋面结构轮廓不统一、跨度大、工期紧等难点，通过几种施工方案的比选，确定采用圆管柱＋工字钢＋贝雷架＋键槽式支模架的组合形式，较为有效地解决了穿插施工的问题，在保证施工质量的前提下，顺利实现了工期履约，且社会与经济效益显著。本文主要从贝雷架及钢立柱设计、支架体系安装与拆除等方面出发，阐述了该组合式超限支架体系相应的关键工艺，可为类似高空中庭的工程施工提供借鉴。