貝雷架在房建項目高空大跨及超長懸挑結構施工中的應用

程 康 劉雙橋 周 豪 崔耀宗 周 欽 詹其超

中建三局集團有限公司工程總承包公司 湖北 武漢 430064

1 應用背景

隨著經濟社會的發展，商業綜合體呈現體量更龐大、功能更齊全、造型更復雜、結構更多樣的發展趨勢。同時為滿足建筑造型需求，高空大跨及超長懸挑結構層出不窮[1]。武漢夢時代廣場是集商業、餐飲、室內樂園、冰雪樂園為一體的特大型商業綜合體，建筑高度85.43 m，總建筑面積約80萬 m2，體量巨大，造型復雜（圖1）。

圖1 武漢夢時代廣場項目效果圖

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42.05 m；在商場主入口存在最大外挑跨度達5.63 m、最大梁截面尺寸400 mm×2 670 mm、懸空高度43.15 m的現澆混凝土結構。需選擇一種兼顧安全、經濟、高效的支模體系來施工該類高空大跨及超長懸挑結構。

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鋼管支撐架，該方案較傳統、常規。如采用該方案，架體搭設高度最高達43.15 m，遠超相關規定的模板超危大工程的8 m高度，其垂直度、穩定性極難控制，安全隱患極大，且存在架料用量多、搭拆工期長、占用底部施工場地、地面樓板需額外加固、經濟性低等弊端，在本工程中不宜采用。

2.2 型鋼支撐方案

型鋼支撐方案，即在高支模區域下層搭設簡支型鋼或懸挑型鋼，再以型鋼為基底搭設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、懸挑長度較長且存在大梁等重荷載情況，為保證施工安全，經計算，型鋼至少需40#工字鋼或其他等強型鋼，且排布間距小，該類大尺寸型鋼市場上較少見，需定制，且每米長度的質量大，存在搭拆難度大、安全隱患多、周轉困難、經濟性低等缺點，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上，將型鋼替換成貝雷架。因貝雷架的強度、剛度、穩定性均優于常規型鋼，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、工期進度快、周轉便利、經濟性高等優點，適合本工程高空大跨及超長懸挑結構的施工。

3 關鍵施工技術

3.1 總體思路

在高空大跨封板下部搭設簡支貝雷架或在超長懸挑樓板下部搭設懸挑貝雷架，其上布置花紋鋼板、小尺寸工字鋼形成基底平臺，再在基底平臺上搭設常規鋼管扣件式支撐架形成高空結構的模板支撐體系。

3.2 簡支貝雷架支模平臺關鍵技術

采用簡支貝雷架支模平臺施工中庭洞口、扶梯洞口處的高支模封板。

3.2.1 應用示例

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

圖2 某中庭洞口結構平面示意

圖3 某中庭洞口結構剖面示意

3.2.2 簡支貝雷架支模平臺組成

簡支貝雷架支模平臺由貝雷架、花紋鋼板、分配工字鋼、扣件式鋼管支撐架、安全防護設施組成（圖4）。

圖4 簡支貝雷架支模平臺示意

3.2.3 簡支貝雷架支模平臺傳力途徑

簡支貝雷架支模平臺傳力途徑：現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→簡支貝雷架→已施工主體結構。

3.2.4 簡支貝雷架支模平臺設計

1）貝雷架選型。貝雷架作為支模平臺主要受力構件，需根據上部荷載及控制變形要求進行選型。首先對扣件式鋼管支撐架進行設計計算，得出立桿支承點反力，該立桿支承點反力作用在分配工字鋼上，由此計算分配工字鋼支座反力，再根據工字鋼支座反力進行貝雷架承載力計算及選型。貝雷架按照是否加設加強弦桿，分為加強型、非加強型，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、容許內力不同。

2）花紋鋼板選型。花紋鋼板主要起防護作用，避免搭設過程中扣件等構件掉落造成墜物傷人事故。選型時需根據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，直接承擔上部扣件式鋼管支撐架的荷載。工字鋼選型時需進行強度、剛度、穩定性計算。

4）預拱度設計。貝雷架受載后存在變形，該變形主要包含貝雷銷接間隙產生的非彈性變形（錯孔撓度）和貝雷架受力后產生的彈性變形（受載撓度）。在設計時需對變形進行計算，并據此設定預拱度以滿足施工需求，預拱度的調整通過調整支撐架頂托來控制。

① 錯孔撓度：貝雷片間采用銷接，由于銷與孔間存在設計間隙Δ，貝雷架受載后兩者間的相對位移會引起結構的錯孔撓度。孔與銷間的設計間隙國產貝雷片為0.5 mm，貝雷架懸挑端節數設為n。對于簡支式偶數節，錯孔撓度fm＝0.5n2mm；對于簡支式奇數節，fm＝0.5（n2－1） mm。

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

③ 梁板設計或規范起拱：現澆鋼筋混凝土梁、板，當跨度大于4 m時，模板應起拱。當設計無具體要求時，起拱高度fg宜為全跨長度的1/1 000～3/1 000。

④ 懸挑貝雷架預拱度f＝fm＋fz＋fg。

5）主體結構復核與加固。荷載最終傳遞至主體結構，需對主體結構進行承載力復核。復核可采用Midas Gen等軟件進行計算，如承載力不滿足，需對主體結構進行必要的加固，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構施工前完成，以便加固的實施。

3.2.5 簡支貝雷架支模平臺施工工藝流程

施工準備→支座層主體混凝土澆筑及養護→貝雷架拼裝安裝就位→花紋鋼板鋪設→分配工字鋼布設→扣件式鋼管支撐架搭設、起拱→預壓、精調→封板高支模結構施工

及養護→扣件式鋼管支撐架拆除→簡支貝雷架拆除→完工

3.3 懸挑貝雷架支模平臺關鍵技術

3.3.1 應用示例

以主入口處挑板為例，1層為地下室室外頂板，標高－1.20 m；2—7層結構內收；8層結構外挑，最大外挑跨度達5.63 m，最大梁截面尺寸400 mm×2 670 mm，標高41.95 m，支模高度達43.15 m（圖5、圖6）。

圖5 主入口外挑結構平面示意

圖6 主入口外挑結構剖面示意

3.3.2 懸挑貝雷架支模平臺組成

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

圖7 懸挑貝雷架支模平臺示意

3.3.3 懸挑貝雷架支模平臺傳力途徑

懸挑貝雷架支模平臺傳力途徑：現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→預埋U形螺栓及已施工主體結構。

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，兩者均作為保險措施，不參與受力計算。

3.3.4 懸挑貝雷架支模平臺設計

懸挑貝雷架支模平臺設計包括懸挑貝雷架中貝雷架、花紋鋼板、分配工字鋼選型，主體結構復核加固同簡支貝雷架支模平臺，不同點在于U形螺栓及預拱度設置。

1）U形螺栓選型及預埋。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。主要針對固定后端起錨固作用的U形螺栓進行設計計算，保證其抗拔力滿足要求，同時留存一定富余（圖8）。U形螺栓需布置在主次梁位置，以避免主體結構受損。U形螺栓與主體鋼筋綁扎存在交叉作業，需根據現場鋼筋實際情況合理安排穿插作業，避免U形螺栓無法安裝。安裝完成后對U形螺栓的數量、定位、主體加固進行檢查，避免后期貝雷架無法安裝。

圖8 U形螺栓示意

2）預拱度設計。

① 錯孔撓度：根據虛功原理，懸挑式錯孔撓度fm＝n（n+1） mm。

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

③ 懸挑貝雷架預拱度f＝fm＋fz＋fg。

3.3.5 懸挑貝雷架支模平臺施工工藝流程

施工準備→懸挑層主體鋼筋綁扎及U形螺栓預埋→懸挑層主體混凝土澆筑及養護→貝雷架拼裝安裝就位→固定端扣件式鋼管反頂架搭設→中間層主體結構施工及斜拉點預埋→斜拉鋼絲繩拉結→花紋鋼板鋪設→分配工字鋼布設→扣件式鋼管支撐架搭設、起拱→預壓、精調→大跨外挑結構施工及養護→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

實際施工中，受空間、吊重等因素限制，不同區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，將貝雷架構件在拼裝點拼裝成片后，使用塔吊等起重設備整體吊裝至安裝點。

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

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

3.4.2 貝雷架拆除

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

2）牽引拆除法。在施工時預留吊洞，拆除貝雷架時利用吊洞及牽引機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留吊洞處安裝好鋼絲繩，鋼絲繩一端連接卷揚機（卷揚機1、卷揚機2），另一端連接跨中拆分點，以保證貝雷架拆分成2段后貝雷架的穩定。人系安全帶行走至跨中對拆分點處插銷進行拆分。完成拆分后，使用另一臺卷揚機（卷揚機3）將拆分段拖拽至樓板上，然后分解成片外運退場或周轉使用。

4 結語

通過方案比選及實踐摸索，本工程創新性地采用貝雷架作為高空大跨及超長懸挑結構的支模平臺，并提出了預拱度公式，顯著提高了超危高支模的施工安全性，有效縮短了工期，創造了較好的環保、經濟和社會效益，得到了業主、設計和監理單位的一致好評。

貝雷架在本房建項目高空大跨及超長懸挑高支模施工中的創新運用和成功實踐，給超危高支模體系設計提供了一種新的思路。