基于組合式超限支架體系的高空中庭內天井屋面施工工藝

傅柏勇 馮曉建 宋志輝

1. 浙江協力建設有限公司 浙江 杭州 310030；2. 浙江省三建建設集團有限公司 浙江 杭州 310016

在現代化的城市綜合體、大型展覽館、商業購物中心等建筑設計中，中庭結構因其采光性好、造型美觀、利于通風等特點得到了設計師的青睞，有著較為廣泛的應用。然而中庭內天井屋面施工時，由于下方沒有支撐基礎，導致其安裝施工成為一個難點，尤其是處于高空作業的內天井屋面施工，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構施工，設計了一種滿堂燈籠立柱式腳手架，通過充分利用既有結構搭設支撐架，實現了進度與安全的雙贏；安德鋒等[5]依托某商業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量要求；石瑛莉[6]針對某城市CBD大跨度重型中庭鋼結構的安裝施工，靈活地采取了多維組合柔性實施方案，實現了在保證安裝質量的前提下節約成本的目的。張小剛[7]設計了高逾20 m的支撐體系進行上海某商業建筑的中庭屋面施工，闡述了相應的設計與施工控制要點，保證了施工安全；祁曉強等[8]在亞洲基礎設施投資銀行總部項目的采光頂施工過程中，創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、交叉作業多的采光頂施工難題。

綜上所述，在高空大跨度中庭結構的施工過程中，根據不同工程的實際特點與施工要求，往往有不同的工藝設計，但不論是高空懸挑設計還是直接支撐于地面的方案，其關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面產生影響。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而群死群傷，解決高空超限支模施工難題的有效且經濟的方法。基于此，本文在前人研究的基礎上，依托某大型購物中心的中庭內天井施工案例，因地制宜，創新設計了一種“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、商務兼容城市軌道、社會停車場項目（二期）位于杭州市西湖區，設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。主體結構為框架剪力墻結構，整體形狀類似倒置的L形，在主體建筑不同的區域設計有3處大型超限的中庭結構，如圖1所示。

圖1 1#～3#中庭超限區域位置示意

2 工程難點分析

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

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

3 施工方案比選與確定

3.1 方案1：鍵槽式鋼管滿堂架

該方案為傳統方案，采用鍵槽式鋼管滿堂架從地下室頂板（－0.08 m）搭設至6層樓面（27.52 m）；搭設高度為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＋工字鋼＋支模架

采用塔吊標準節＋工字鋼＋支模架的組合形式，塔吊標準節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進場安裝至8層屋面施工完成后拆除，塔吊標準節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＋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 技術可行性

在技術可行性方面，方案一為傳統做法，技術成熟，方案二為創新型做法，技術尚未成熟，而方案三也為創新型做法，且技術也尚未成熟，需由專業的鋼構設計軟件提供技術支持。

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，標準節材料奇缺。

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

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

3.5 最佳方案的確定

經過以上方案對比分析，我們認為方案3在技術可行性、經濟合理性具有優勢，并與方案2的工期相比具有優勢，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天井屋面的施工。

4 工藝關鍵技術分析

4.1 貝雷架及鋼立柱設計

繪制超限組合支架體系設計圖（圖5），由專業鋼構軟件計算貝雷架及鋼立柱的位移、應力、穩定性，保證支架體系應力、穩定性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，過程中由技術員現場跟蹤。支架縱橫向間距為200 mm，搭設范圍1.6 m×1.6 m，步距1.0 m，現場情況如圖7、圖8所示。注意做好貝雷片、鋼立柱及工字鋼的進場質量驗收工作，保證尺寸、焊接質量等均符合要求。

圖7 貝雷架安裝現場

圖8 支模架下部搭設完成

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，防止碰撞結構物及鋼支撐。

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，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段平移至懸空位置。

8）將剩余貝雷節段全部下放至地面，完成高空貝雷架拆除。

9）每節貝雷節段下放到地面后，使用轉運設備將節段轉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，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約工期3個月。

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

6 結語

本項目針對大型購物中心高空中庭內天井屋面結構輪廓不統一、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，在保證施工質量的前提下，順利實現了工期履約，且社會與經濟效益顯著。本文主要從貝雷架及鋼立柱設計、支架體系安裝與拆除等方面出發，闡述了該組合式超限支架體系相應的關鍵工藝，可為類似高空中庭的工程施工提供借鑒。