現(xiàn)澆砼球形結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

1、 現(xiàn)澆砼球形結(jié)構(gòu)施工技術(shù) 摘 要： 文章以石家莊恒大城工程現(xiàn)澆砼球形結(jié)構(gòu)為例，探討了球形結(jié)構(gòu)模板、支撐體系的施工技術(shù)，以滿足工程對安全、進度、質(zhì)量、經(jīng)濟目標的實現(xiàn)。關(guān)鍵詞： 球形，桁架，模板，支撐體系。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，建筑作為一座城市帶給人們的第一印象，已逐漸由單一的結(jié)構(gòu)功能型向主觀裝飾型發(fā)展。一個造型美觀的屋頂建筑，不但美化了建筑形象，甚至成為一幢建筑物的主要標志，鋼筋砼球形薄殼屋頂具有結(jié)構(gòu)自重輕，可跨越較大空間，裝飾效果多樣化的特點，其產(chǎn)生的藝術(shù)效果，能給人以感染力和美的享受。本文僅以某工程施工實例淺談球形現(xiàn)澆屋頂建筑施工技術(shù)。1、工程概況：石家莊市恒大城綜合樓位于槐安路與光平街交叉口

2、，建筑面積5200M2，現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，局部四層。該工程整體外觀設(shè)計弧形線條形式多樣，構(gòu)思新穎別致，屬仿歐式建筑，混凝土球形結(jié)構(gòu)一共有四個，兩個位于17.55m的環(huán)梁上，兩個位于20.05的環(huán)梁上，球體半徑均為3m，為半球殼體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。如圖如示：該球形殼體設(shè)在標高17.55M的環(huán)梁上，環(huán)梁尺寸為400MM寬*500MM高，環(huán)梁下為300圓形現(xiàn)澆框架柱，底層操作樓面標高為14.04M，球體頂部標高為20.55M，球形外圓直徑為6M，混凝土壁厚15CM，C30級，內(nèi)配三級鋼10150雙層雙向鋼筋網(wǎng)，球頂距操作層樓板面凈高為6.51M。根據(jù)業(yè)主、設(shè)計及監(jiān)理三方提供的對于該球體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)必須一次成型，確保

3、質(zhì)量優(yōu)良的要求，項目部成立了QC小組，對此課題進行技術(shù)攻關(guān)。2、施工方案2.1球形殼體是以球心為對稱中心的旋轉(zhuǎn)體對稱結(jié)構(gòu)。在高大空間上做半球殼體現(xiàn)澆施工，其主要的施工技術(shù)難題是：內(nèi)底模必須鋪設(shè)圓整，以滿足設(shè)計造型要求；操作人員作業(yè)時要有安全感，上下方便，搭設(shè)支架少占空間，不影響廳內(nèi)其它專業(yè)施工，支架牢固，搭拆容易，支架結(jié)構(gòu)合理，經(jīng)濟適用。2.2方案的選擇。內(nèi)模鋪設(shè)要控制半球體經(jīng)、緯兩個方向。根據(jù)球面造型設(shè)計要求，我們擬定了三種方案：（1）采用吊模工藝；（2）采用傳統(tǒng)曲面木桁架龍骨造型制作工藝；（3）采用曲弦梁式鋼筋簡易桁架造型工藝。經(jīng)過小組針對三種方案在質(zhì)量、工期及經(jīng)濟方面進行可行性比較，第一

4、種施工方案即采用吊模操作工藝，雖然在經(jīng)濟上比較節(jié)約，工期也短，但通過小組調(diào)查其他工程實例證明，該吊模工藝不能保證設(shè)計球殼內(nèi)表面造型要求，拆模后均發(fā)現(xiàn)多處砼凹凸不平，變形較大，且較難處理，小組討論一致否決。第二種方案需要一次投入木材約15M3左右，木桁架制作工藝繁雜，勞動強度大，用工多，工期較長，施工成本高，小組討論該方案也予以否決。第三種方案采用曲弦梁式鋼筋桁架定型工藝，是利用曲弦梁式鋼筋桁架作為球殼底模造型經(jīng)線方向主龍骨，在桁架上弦綁扎鋼筋作為球殼底模造型緯線方向次龍骨，然后在次龍骨上鋪設(shè)固定膠合板底模，此工藝操作相對簡單，施工方便，造型容易，工期短，小組經(jīng)過討論認為該方案可行。2.3施工順

5、序：彈控制線框架柱施工球殼下環(huán)梁施工（梁內(nèi)予埋桁架焊接支座和球殼予留插筋） 預(yù)制曲弦鋼筋桁架搭設(shè)腳手架及支架安裝曲弦鋼筋桁架（主龍骨）安裝次龍骨鋪設(shè)底模綁扎鋼筋網(wǎng)安裝外模澆筑球體砼模具拆除裝飾裝修腳手架拆除。2.4主要施工方法及技術(shù)措施2.4.1 軸線標高的控制1）軸線引測。在操作層現(xiàn)澆樓面板上彈出球體中心及通過中心點的各道桁架投影控制線。球體頂部中心通過此控制點向上引測。具體操作方法：在現(xiàn)澆面上搭設(shè)1.1M見方的鋼管扣件式內(nèi)腳手井架，腳手架的投影中心與球心控制點重合，腳手架兼作上下爬梯之用，在腳手架的頂部水平鋼管上面緊貼球頂內(nèi)模下面固定一個用于支撐簡單鋼筋桁架的圓形鋼支盤，鋼支盤安裝標高計算

6、必須精確，圓形鋼支盤的中心投影與球心控制點重合，鋼支盤用來連接桁架和內(nèi)腳手架并起傳力作用，鋼支盤半徑與桁架榀數(shù)相適應(yīng)。2）標高引測：環(huán)梁施工及球殼施工的標高均由操作層樓面用長鋼卷尺通過內(nèi)腳手架垂直立桿向上傳遞，以免產(chǎn)生誤差。2.4.2 模板工程1）曲弦鋼筋簡易桁架焊接制作。根據(jù)球形尺寸進行放樣前內(nèi)業(yè)計算，扣除底模鋪貼厚度和次龍骨安裝厚度以及球頂頂部預(yù)留圓形支架尺寸得出鋼筋桁架上弦弧長為4.47MM，下弦長為4.03M，高跨比為1/3。根據(jù)計算結(jié)果進行放樣，焊接簡易曲弦鋼筋桁架作為球殼底模經(jīng)線方向定型支撐主龍骨，如圖2所示由于鋼筋在外力約束作用下最易彎曲且按一定規(guī)律自然變形達到設(shè)計弧形要求，先采

7、用18鋼筋焊接制作了一榀桁架，經(jīng)現(xiàn)場試驗，其抗變形能力不能滿足要求，后采用20鋼筋制作，焊接時注意適當(dāng)起拱，經(jīng)多樣拉壓試驗，其抗變形能力符合球體造型要求。為減少簡易鋼筋桁架榀數(shù)，將球體根部桁架間距拉大，控制桁架間距不大于1M，按間距1M計算，需要18榀簡易桁架。2）鋼筋桁架的安裝。如圖3所示，在澆筑球殼根部環(huán)梁砼時，在環(huán)梁內(nèi)側(cè)面梁頂部位置埋設(shè)支座鐵件，用于焊接固定鋼筋桁架。將制作好的鋼筋桁架的上下端分別焊接固定在鋼支盤和環(huán)梁予埋支座上，焊接時必須注意兩榀桁架先后對稱安裝，并使桁架正投影與定位控制線重合，確保桁架安裝上下垂直。桁架之間上、下弦分別另焊鋼筋水平及斜拉條固定，防止晃動變形。桁架就位后

8、拉線通過圓心檢查，造型尺寸符合設(shè)計要求。3）緯線方向次龍骨安裝見圖4所示。沿鋼筋桁架曲弦畫線分檔從底向上綁扎環(huán)形鋼筋次龍骨，利用鋼筋彎曲后自然形成的弧形，次龍骨采用12鋼筋進行綁扎，由于桁架下部1/3范圍內(nèi)次龍骨間距相對較小，桁架上部次龍骨間距可適當(dāng)放大，本次施工次龍骨鋼筋由底向上綁扎間距為100-200MM。綁扎完后在球體頂部利用塔吊吊重物施工外力試驗（相同結(jié)構(gòu)及施工荷載）無變形，能滿足球體底模弧面造型要求。4）球底模鋪設(shè)。球底模采用5MM厚優(yōu)質(zhì)膠合板鋪設(shè)。鋪貼前假設(shè)將球體平均分成若干瓣，將其中一瓣展開后得到上窄下寬的扇形，然后將膠合板裁割成類似扇形（注意充分利用膠合板的長邊），按照上窄下寬

9、拼裝鋪貼，確保接縫嚴密。在膠合板上沿經(jīng)、緯兩個方向按照每30-50CM一點鉆兩個孔用12#鐵絲將膠合板牢牢固定在板底鋼筋龍骨上。5）球體外表面?zhèn)饶０惭b。由于球形曲面原因，鋼筋籠內(nèi)空間小，如果外側(cè)圓模一次性安裝過高，振動棒在鋼筋籠內(nèi)活動受到很大限制，很容易造成砼過振脹?；蚵┱裥纬煞涓C、露筋嚴重缺陷。故采用邊立外模邊澆筑連續(xù)施工的方法。具體做法就是先立最下一排環(huán)形外模，支撐固定后，砼入倉澆筑至接近模板上邊緣，然后模板工接著安裝第二排模板，依此類推，連續(xù)協(xié)調(diào)作業(yè)，在離球頂1/3弧長距離時，由于此段球面坡度小，砼可以直接入籠澆筑，不必立外側(cè)模板。2.4.3 鋼筋工程1）按圖紙設(shè)計要求。球殼配筋為雙層雙

10、向三級鋼10150，上、下層經(jīng)向鋼筋用量分別為126根和120根，如果鋼筋綁扎時均通過球頂中心點，鋼筋重疊高度將達到2.46M高，很顯然不符合要求，為了使鋼筋綁扎時在球頂部位不發(fā)生重疊現(xiàn)象，且鋼筋之間能保持一定的間距。方案確定在鋼筋綁扎至距球頂中心1M處（此處每根鋼筋凈距為50MM）按間距100MM保留部分經(jīng)向鋼筋伸向球頂作錨固，其余經(jīng)向鋼筋在此處截斷，然后用長3200MM，三級鋼10150間距綁扎成雙層雙向鋼筋網(wǎng)片，與原球體經(jīng)向鋼筋綁扎搭接。此方法不但保證了質(zhì)量，節(jié)約了材料，同時解決了施工難點。2）在澆筑球殼根部環(huán)梁砼時，在環(huán)梁內(nèi)預(yù)留球體經(jīng)向插筋，插筋按長短交錯留置，底模鋪好后，即可按插筋位

11、置對應(yīng)搭接綁扎球體經(jīng)向鋼筋，上下層及相鄰鋼筋互相錯開。為保證鋼筋上下層排距及鋼筋保護層厚度，在綁扎鋼筋網(wǎng)片時沿鋼筋縱橫方向按每0.6M焊一根無保護層的10定位筋。2.4.4 混凝土工程球形薄殼結(jié)構(gòu)砼澆筑的難度主要是球體下部坡度較大，且呈雙向曲面，振搗棒不易振搗。球體上部接近于平面，砼表面曲面造型難度大。為此，采取如下措施：1）球體下部2/3弧長約1.49M長度內(nèi)采用分層環(huán)向澆筑，分層澆筑高度以0.6M為宜,避免單層砼澆筑過高產(chǎn)生偏心壓力導(dǎo)致球體變形。該段砼均采用插入式振搗棒振搗，點振間距不超過30CM，振搗時間以每點持續(xù)10S-20S為宜。2）球體上部1/3弧長范圍內(nèi)砼采用平板式振動器振實，一

12、邊振實一邊用弧形樣板尺在砼表面刮整造型，直到砼澆筑全部完成。3）砼設(shè)計強度C30級，均采用商品砼，利用塔吊直接吊運到位，用32.5級普硅水泥，5-15MM碎石，中粗砂，砼坍落度控制在50±10MM范圍，摻加少量防水劑。砼澆筑后，加強了砼表面覆蓋養(yǎng)護。2.4.5 腳手架搭設(shè)1）內(nèi)腳手架，在現(xiàn)澆樓面上圍繞球中心軸對稱搭設(shè)鋼管井字架式中心腳手，在環(huán)梁上鋼支座下面搭設(shè)滿堂腳手架并用斜拉桿將此外水平桿與中心井架上部連接，使中心井架固定不動，見圖4。2）外腳手架由球體外側(cè)四周向內(nèi)懸挑搭設(shè)或?qū)⑺綏U直接伸入球殼內(nèi)與內(nèi)腳手架立桿相連。澆筑砼時，工人在外腳手架上操作，然后逐層向上搭設(shè)。由于外腳手架水平桿一端埋在混凝土中，可在鋼管外加一套管，在拆除腳手架時，即可輕易抽出鋼管，再用摻膨脹劑的水泥砂漿將孔洞填實抹平。3、總結(jié)效果3.1 該工藝操作簡單，施工速度快。從制作模具到砼澆筑全部完成只用了11天工期，比傳統(tǒng)施工方法提前9天，工期縮短45%。3.2 用工少，計劃用工155工日，實際用工85工日，節(jié)省用工達45.2%。3.3 經(jīng)濟效益顯著，采用傳統(tǒng)桁架龍骨支撐需木材15M3，按1350元/M3計算需20250元。采用