大跨度混凝土連廊高空貝雷梁支撐體系施工技術

齊從月 王火華 周紅衛 王智慧 龔文韜 謝 輝

中建三局第三建設工程有限責任公司 湖北 武漢 430064

1 工程背景

南沙建滔廣場項目工程主體為1棟由多層混凝土連廊連接的雙塔樓結構，首層連廊位于64.3 m（18層）的高空，跨度15 m（圖1）。

圖1 項目效果圖

混凝土連廊整體處于高空之中，從地面搭設滿堂架或者在墻體開洞后用鋼桁架加懸挑腳手架體系進行施工的方法，不僅成本高昂、安裝及拆除施工難度大，而且安全系數均不高。如何設計一套安全可靠的操作平臺進行混凝土澆筑及連廊底部幕墻吊頂的施工[1-9]，是一項難度極大的工作。

2 大跨度貝雷梁支撐體系設計

為進行本工程連廊混凝土澆筑及連廊底部幕墻吊頂的施工，設計了一種大跨度貝雷梁支撐體系。該體系為由工字鋼及貝雷梁構成的鋼結構平臺。鋼結構平臺使用鋼牛腿埋件固定于17層混凝土結構上，形成穩定體系，如圖2所示。

3 支撐體系計算分析

3.1 模板體系

混凝土連廊結構模板支撐體系采用φ48.3 mm×3.0 mm的鋼管架搭設，支架高3.5 m，立桿橫向、縱向間距為900 mm，水平拉桿步距為1 200 mm。

圖2 支撐體系

3.2 貝雷梁鋼平臺模型建立

采用Midas軟件建立貝雷梁體系有限元模型，如圖3所示。主受力構件采用2根45a#工字鋼梁，貝雷梁采用321型標準貝雷片，每跨14.5 m，由4節3.0 m、1節1.5 m和1節1.0 m組成1榀，每2榀構成1組，所有型鋼材質均為Q235B。

圖3 鋼結構平臺有限元模型

3.3 荷載模擬取值

在模型中，貝雷梁鋼平臺的整體荷載包括自重荷載，主次楞及平臺模板、護欄等荷載，首次施工結構自重荷載，施工作業荷載，首層結構支模體系荷載等。風荷載參數按照GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》設定。設定荷載最終組合為：1.2倍鋼平臺自重＋施工荷載＋模架荷載＋首層梁板鋼筋混凝土自重。

3.4 模擬分析結果

通過支撐體系模擬驗算可知，貝雷架各支撐點反力的計算值均小于容許值，符合規范要求。

鋼結構支撐體系最大位移為26.7 mm，位于支撐體系最外端，小于規范規定的L/500＝29 mm（最大位移處構件跨度L為14.5 m），符合規范要求。

支撐體系的最大應力位置為連廊結構中部600 mm×1 200 mm主梁正下方平臺槽鋼分配梁的中部，最大組合應力為125.2 MPa（小于規范規定的Q235B鋼材最大組合應力170 MPa），最大剪應力為13.1 MPa（小于規范規定的Q235B鋼材最大剪切應力100 MPa），符合規范要求。

3.5 鋼牛腿模型驗算

鋼牛腿既要承受上方工字鋼、貝雷梁和支撐體的自重，又要承受梁板混凝土自重及施工荷載。以1.2倍荷載計算10個鋼牛腿對鋼平臺的支反力，結果顯示鋼牛腿承受鋼平臺最大支反力為622.3 kN，故以622.3 kN對鋼牛腿進行Midas有限元建模，如圖4所示。根據其受力特征，取荷載組合為1.2倍鋼牛腿自重＋最大支反力622.3 kN（換算成面荷載進行加載）。由應力驗算結果（圖5、圖6）可知，最大組合應力為127.1 MPa（小于規范規定的Q235B鋼材最大組合應力170 MPa），最大剪應力為48.3 MPa（小于規范規定的Q235B鋼材最大剪切應力100 MPa），符合規范要求。

圖4 鋼牛腿有限元模型

圖5 鋼牛腿組合應力

圖6 鋼牛腿剪應力

4 鋼牛腿預埋件及結構加固設計

預埋件是整個鋼平臺和上部荷載的最終受力點，預埋件類型、數量、質量決定鋼平臺最終受力狀態，其設計有3個要點：一是由鋼平臺和上部荷載質量確定埋件數量，以維持鋼平臺的安全性；二是要保證預埋板的焊縫質量；三是預埋板和混凝土材質不同，需要設計合適的加固方式。

本項目連廊兩邊的剪力墻厚度均為400 mm，擬在剪力墻澆筑前將埋件預埋在剪力墻中，沿墻長度方向各預埋5個埋件，一共布置10個埋件，埋件的間距如圖7所示。

圖7 預埋件布置

預埋件由2塊Q235B鋼板通過φ25 mm的Ⅱ級直螺紋鋼筋焊接而成，鋼筋長400 mm，豎向間距分別為150、190、195、195 mm，橫向鋼筋間距為176 mm，采用E5016焊條滿口塞焊。主板鋼板尺寸為1 000 mm×850 mm×25 mm，背板鋼板尺寸為1 000 mm×850 mm×20 mm，埋件頂部標高同17層樓板標高（59.7 m）。

由于預埋板與混凝土材質不同，故不能完全兼容上部鋼平臺傳遞下來的巨大側壓力和扭矩，需在預埋板頂端進行角鋼二次焊接加固，利用鉤形圓鋼將預埋板與框架鋼筋連接起來，并在預埋板中間加入直徑20 mm的貫通鋼筋，使得預埋板與主體結構更好地結合，不會因為受力而剝落（圖8）。

圖8 現場預埋件加固

5 鋼牛腿設計與貝雷架安裝

鋼牛腿在整個支撐體系中起著承上啟下的作用，故應采取有效的連接方式和預埋件連接，從而將豎向的力和彎矩傳入到連廊兩側的預埋件處。根據Midas驗算結果，鋼牛腿由上翼緣、下翼緣和3塊腹板焊接而成，鋼板均采用Q235B鋼材，上翼緣尺寸為850 mm×550 mm×25 mm，下翼緣尺寸為780 mm×200 mm×20 mm，腹板由厚30 mm的550 mm×600 mm鋼板倒角而成，倒角尺寸為280 mm×300 mm。牛腿鋼板間以及牛腿鋼板與埋件間采用E5016焊條以45°V形坡口焊接，焊板留根10 mm，牛腿與埋件焊接時以中線為準。

經計算，本工程1組貝雷架的總質量為2 910 kg，即2.91 t，滿足現場塔式起重機的起重要求。貝雷架安裝流程為：將工字鋼使用塔式起重機吊裝至先前預埋好的鋼牛腿位置→將已于地面拼裝好的貝雷架使用塔式起重機吊裝至設計安裝位置→在距離塔式起重機最遠端開始安裝，由遠及近逐步吊裝→安裝貝雷架頂面槽鋼分配梁，并將分配梁用U形螺栓與貝雷梁固定→在分配梁上鋪設方木，方木上部滿鋪模板作為平臺面板→采用水袋進行平臺預壓，預壓荷載不小于實際荷載的1.2倍，同時做好預壓監測工作。

6 支撐體系拆除

由于連廊混凝土結構已施工完成，故安裝時定點吊裝的方式已無法適用，需將貝雷架移出連廊結構外才可起吊。項目通過定制的移動式軌道小車，配合手拉葫蘆解決了這一難題。貝雷架拆除流程為：在貝雷架對應連廊底部幕墻主龍骨上固定手拉葫蘆→貝雷片兩端同時利用手拉葫蘆起吊，將貝雷片放置于定制軌道小車上→沿工字鋼方向，在臨靠塔樓豎向結構位置設置雙鋼絲安全繩，每道鋼絲繩由4個鋼絲繩繩夾固定于主體結構墻柱部位，并在最后一個繩夾處設置安全弧，保證其接頭牢固穩定，同時在型鋼梁端部用槽鋼滿焊擋板，防止小車因慣性移出端部→將貝雷梁固定于移動小車上，通過手拉葫蘆勻速拉動軌道小車平移至設計起吊部位→起吊點固定在貝雷架兩端離端部各3 m的位置，與吊裝鋼絲繩之間夾角應小于45°，并保證塔式起重機起吊時為垂直起吊→起吊200 mm后，將塔式起重機大臂向外旋轉，將貝雷架緩慢移出連廊范圍，待完全移出連廊外側后，方可將貝雷架落地。貝雷架拆除流程如圖9所示。

圖9 貝雷架拆除流程

7 施工注意事項

鋼平臺在施工使用過程中，必須定期對鋼平臺進行全方位的檢查和保養，以確保使用安全。具體注意事項包括以下幾點：

1）貝雷梁質量較大，需要考慮較大的空間進行組裝和堆放，同時轉運過程中需考慮汽車吊或塔式起重機的轉運能力。

2）貝雷片吊裝施工時，利用兩端的纜風麻繩進行位置調整，吊裝順序為離塔式起重機由遠及近依次吊裝。

3）貝雷架頂鋪設橫向分配梁，分配梁利用U形螺栓與貝雷梁固定，分配梁間距應嚴格按照設計間距確定，現場施工人員應對間距進行逐個檢查。

4）平臺施工完成后，需進行大荷載水袋預壓并實施監測。

5）在首層連廊結構澆筑完成后，在模板支撐體系未拆除的情況下，嚴禁在首層樓板上堆放材料，以免鋼平臺超荷。

6）施工期間，避免撞擊貝雷梁下部工字鋼結構，尤其是懸挑工字鋼端部。

7）貝雷架的拆除需借助連廊底部幕墻鋼龍骨進行起吊，故幕墻龍骨在深化設計時應考慮貝雷片質量，同時在主龍骨上的手拉葫蘆固定點處滿焊鋼筋防滑條，焊縫必須飽滿無裂紋。

8）貝雷片置于載重小車上后，需在貝雷片兩側各連接2個三角架，用卡扣固定，防止貝雷片在移動過程中發生側翻。

9）貝雷片在移動過程中，必須保持兩端拉動速度相同，以防止小車斜卡在工字鋼之上，貝雷片兩端需工人緩慢平推操作。

8 結語

針對廣州南沙建滔廣場高空大跨度混凝土連廊施工，研發了大跨度混凝土連廊高空少支點貝雷梁支撐體系施工技術，實現了快速、高效的施工。通過采用Midas軟件模擬仿真和水袋預壓監測等技術手段，保障了連廊的安全施工。本工程的成功實施，為其他類似工程的施工積累了相關經驗。