基于組合式超限支架體系的高空中庭內(nèi)天井屋面施工工藝

傅柏勇 馮曉建 宋志輝

1. 浙江協(xié)力建設(shè)有限公司 浙江 杭州 310030；2. 浙江省三建建設(shè)集團有限公司 浙江 杭州 310016

在現(xiàn)代化的城市綜合體、大型展覽館、商業(yè)購物中心等建筑設(shè)計中，中庭結(jié)構(gòu)因其采光性好、造型美觀、利于通風等特點得到了設(shè)計師的青睞，有著較為廣泛的應用。然而中庭內(nèi)天井屋面施工時，由于下方?jīng)]有支撐基礎(chǔ)，導致其安裝施工成為一個難點，尤其是處于高空作業(yè)的內(nèi)天井屋面施工，施工難度更大。為此，有不少學者提出了針對性的模架平臺[1-3]。

在高空中庭施工方面，魏德勝等[4]針對異形圓弧中庭的鋼拱架結(jié)構(gòu)施工，設(shè)計了一種滿堂燈籠立柱式腳手架，通過充分利用既有結(jié)構(gòu)搭設(shè)支撐架，實現(xiàn)了進度與安全的雙贏；安德鋒等[5]依托某商業(yè)中心的采光中庭施工，提出了采用高空滑移法進行屋面鋼管桁架施工的方案，最終保證了工期及質(zhì)量要求；石瑛莉[6]針對某城市CBD大跨度重型中庭鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工，靈活地采取了多維組合柔性實施方案，實現(xiàn)了在保證安裝質(zhì)量的前提下節(jié)約成本的目的。張小剛[7]設(shè)計了高逾20 m的支撐體系進行上海某商業(yè)建筑的中庭屋面施工，闡述了相應的設(shè)計與施工控制要點，保證了施工安全；祁曉強等[8]在亞洲基礎(chǔ)設(shè)施投資銀行總部項目的采光頂施工過程中，創(chuàng)新提出了將懸掛腳手架作為操作平臺的工藝方法，順利解決了面積大、高度高、交叉作業(yè)多的采光頂施工難題。

綜上所述，在高空大跨度中庭結(jié)構(gòu)的施工過程中，根據(jù)不同工程的實際特點與施工要求，往往有不同的工藝設(shè)計，但不論是高空懸挑設(shè)計還是直接支撐于地面的方案，其關(guān)鍵點均是在保證安全施工的同時，盡量減少工序交叉，避免對下部其余施工作業(yè)面產(chǎn)生影響。而對于高空支模施工，貝雷桁架是可以避免超高落地的一種支架體系，是防止因支架整體失穩(wěn)而群死群傷，解決高空超限支模施工難題的有效且經(jīng)濟的方法。基于此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，依托某大型購物中心的中庭內(nèi)天井施工案例，因地制宜，創(chuàng)新設(shè)計了一種“圓管柱＋工字鋼＋貝雷架＋鍵槽式支模架”的組合式超限支架體系，取得了理想的實施效果。

1 工程概況

杭州某商業(yè)、商務(wù)兼容城市軌道、社會停車場項目（二期）位于杭州市西湖區(qū)，設(shè)計主要為大型購物中心，地上8層、地下3層，總建筑面積205 590.12 m2，其中地上建筑面積124 572.80 m2，地下建筑面積81 017.32 m2。工程主體8層，建筑高度44.75 m。主體結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，整體形狀類似倒置的L形，在主體建筑不同的區(qū)域設(shè)計有3處大型超限的中庭結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 1#～3#中庭超限區(qū)域位置示意

2 工程難點分析

1）根據(jù)該工程的特點，本工程中庭部位內(nèi)天井由1層通向5層，在6層結(jié)構(gòu)樓板封閉，最大跨度30 m，層層錯位，每層中庭內(nèi)天井的結(jié)構(gòu)輪廓大小不一。地下室頂板至6層樓面（內(nèi)天井封閉）高度達27.6 m，屬于超限區(qū)域，施工難度大，施工情況復雜。

2）本項目為商業(yè)綜合體，工期緊，穿插施工頻繁，地下室機電管線多，公共區(qū)域精裝修主要集中在內(nèi)天井四周。若采用承插型鍵槽式鋼管支架，搭設(shè)難度大，材料緊缺，地下室需大面積回頂，地上內(nèi)天井由于鋼管支架所占空間大，無法進行高質(zhì)量穿插施工，導致精裝修插入滯后，甲方給予的工期無法滿足。因此，需探索出一種節(jié)約工期，不影響地下室機電及地上精裝修穿插施工的內(nèi)天井屋面結(jié)構(gòu)施工方法。

3 施工方案比選與確定

3.1 方案1：鍵槽式鋼管滿堂架

該方案為傳統(tǒng)方案，采用鍵槽式鋼管滿堂架從地下室頂板（－0.08 m）搭設(shè)至6層樓面（27.52 m）；搭設(shè)高度為27.60 m，對應滿堂架范圍的3層地下室，需要層層回頂。使用時間為從支模架搭設(shè)完成到8層屋面施工完成后拆除，鋼管租賃到拆除使用時間為3個月，如圖2所示。

圖2 鍵槽式超限支架體系

3.2 方案2：塔吊標準節(jié)＋工字鋼＋支模架

采用塔吊標準節(jié)＋工字鋼＋支模架的組合形式，塔吊標準節(jié)原則上布置于地下室頂板柱子上部，無法布置到柱子的塔吊標準節(jié)穿地下室樓板，直接布置于地下室底板。地下室不需要回頂；使用時間為塔吊標準節(jié)進場安裝至8層屋面施工完成后拆除，塔吊標準節(jié)租賃到拆除使用時間為4.5個月，如圖3所示。

圖3 塔吊標準節(jié)＋工字鋼＋支模架體系

3.3 方案3：圓管柱＋工字鋼＋貝雷架＋鍵槽式支模架

通過對方案2進行優(yōu)化，采用圓管柱＋工字鋼＋貝雷架＋鍵槽式支模架的組合形式，在地下室頂板安裝兩排圓管柱（對應地下室圓管柱范圍采用承臺澆筑并進行支模架回頂），圓管柱之間采用8#工字鋼剪刀撐連接，圓管柱上部擱置雙拼工字鋼，工字鋼上布置貝雷架，貝雷架上面滿鋪工字鋼及槽鋼，上部搭設(shè)支模架。使用時間為貝雷架進場安裝至8層屋面施工完成后拆除，貝雷架租賃到拆除使用時間為3個月，如圖4所示。

圖4 圓管柱＋工字鋼＋貝雷架＋鍵槽式支模架體系

3.4 各方案比選分析

3.4.1 技術(shù)可行性

在技術(shù)可行性方面，方案一為傳統(tǒng)做法，技術(shù)成熟，方案二為創(chuàng)新型做法，技術(shù)尚未成熟，而方案三也為創(chuàng)新型做法，且技術(shù)也尚未成熟，需由專業(yè)的鋼構(gòu)設(shè)計軟件提供技術(shù)支持。

3.4.2 穿插合理性

1）方案1：精裝修施工范圍主要集中在中庭四周，中庭部位滿堂架施工影響精裝修穿插施工，滿堂架施工周期為3個月，故精裝修工期影響3個月。另外，滿堂架范圍投影區(qū)域地下室需等面積回頂，地下室機電管線集中，滿堂架施工周期為3個月，故機電安裝工期影響3個月。

2）方案2：精裝修可穿插施工，無影響；對地下室機電安裝的影響范圍很小。

3）方案3：與方案2類似，該方案下的精裝修可穿插施工，無影響；對地下室機電安裝的影響范圍很小。

3.4.3 實施難易程度

1）方案1：按圖施工，無難度。

2）方案2：局部需穿地下室樓板，施工復雜，且杭州市場塔吊緊張，標準節(jié)材料奇缺。

3）方案3：效果達成較難，需認真進行設(shè)計驗算及施工安裝，對專業(yè)有一定的要求。

3.4.4 工程工期在工期影響方面，方案1對關(guān)鍵線路有影響，而方案2和方案3對關(guān)鍵線路均沒有影響。

3.5 最佳方案的確定

經(jīng)過以上方案對比分析，我們認為方案3在技術(shù)可行性、經(jīng)濟合理性具有優(yōu)勢，并與方案2的工期相比具有優(yōu)勢，因此我們把方案3作為最佳方案，即采用圓管柱＋工字鋼＋貝雷架＋鍵槽式支模架的組合形式進行該項目高空中庭內(nèi)天井屋面的施工。

4 工藝關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 貝雷架及鋼立柱設(shè)計

繪制超限組合支架體系設(shè)計圖（圖5），由專業(yè)鋼構(gòu)軟件計算貝雷架及鋼立柱的位移、應力、穩(wěn)定性，保證支架體系應力、穩(wěn)定性100%滿足要求，其中位移驗算如圖6所示。實施過程中，主要通過3D3S軟件整體建模計算貝雷架和鋼立柱，并通過安全計算軟件計算地下室回頂情況。經(jīng)驗算，支模架的最大Z向位移為21 mm，跨度約為17 m，整體撓度約1/810，符合要求。

圖5 支模架設(shè)計安裝示意

圖6 支模架位移驗算

4.2 支架體系安裝

由技術(shù)處和項目部共同制定體系安裝方案，項目部具體實施安裝，必須使貝雷架布置、鋼立柱標高、垂直度、地下室回頂質(zhì)量等100%達到方案要求。

實施過程中，主要采用鋼管腳手架對地下室回頂，實施前對班組進行交底，過程中由技術(shù)員現(xiàn)場跟蹤。支架縱橫向間距為200 mm，搭設(shè)范圍1.6 m×1.6 m，步距1.0 m，現(xiàn)場情況如圖7、圖8所示。注意做好貝雷片、鋼立柱及工字鋼的進場質(zhì)量驗收工作，保證尺寸、焊接質(zhì)量等均符合要求。

圖7 貝雷架安裝現(xiàn)場

圖8 支模架下部搭設(shè)完成

4.3 支架體系拆除

提前策劃拆除方案，保證組合支架體系拆除的可行性，具體拆除方案如下：

1）拆除準備，清除貝雷架上部材料，懸掛滑輪、吊索。

2）收緊吊索，以跨中支墩及懸臂板為界，對半跨貝雷架進行打斷，減輕吊裝質(zhì)量及長度。

3）對懸空段貝雷梁下放至地面，下放時人工輔助牽引，防止碰撞結(jié)構(gòu)物及鋼支撐。

4）參考第2步對另半跨進行打斷。

5）對打斷的貝雷架進行平移，懸空部分以移出鋼支撐影響范圍為界，懸臂板部分全部移至樓層板內(nèi)，防止兩段貝雷架干擾。

6）參照第3步，將懸臂部分貝雷梁下放至地面。

7）將樓板上剩余貝雷節(jié)段平移至懸空位置。

8）將剩余貝雷節(jié)段全部下放至地面，完成高空貝雷架拆除。

9）每節(jié)貝雷節(jié)段下放到地面后，使用轉(zhuǎn)運設(shè)備將節(jié)段轉(zhuǎn)運至解體場地進行解體堆碼，并組織退場，嚴禁在支架下部直接進行解體作業(yè)，防止高空墜落造成危險。

5 實施效益

1）工期效益。相比以往采用的傳統(tǒng)方法，此次組合式超限支架體系對工期穿插影響很小，效果顯著。本工程從機電安裝穿插施工上節(jié)約工期3個月。

2）社會效益。本文創(chuàng)新提出的組合式超限支架體系技術(shù)，達到了“降本、提質(zhì)、增效”的效果，得到了業(yè)主單位、監(jiān)理單位的一致好評，社會效益顯著。

6 結(jié)語

本項目針對大型購物中心高空中庭內(nèi)天井屋面結(jié)構(gòu)輪廓不統(tǒng)一、跨度大、工期緊等難點，通過幾種施工方案的比選，確定采用圓管柱＋工字鋼＋貝雷架＋鍵槽式支模架的組合形式，較為有效地解決了穿插施工的問題，在保證施工質(zhì)量的前提下，順利實現(xiàn)了工期履約，且社會與經(jīng)濟效益顯著。本文主要從貝雷架及鋼立柱設(shè)計、支架體系安裝與拆除等方面出發(fā)，闡述了該組合式超限支架體系相應的關(guān)鍵工藝，可為類似高空中庭的工程施工提供借鑒。