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(duì)安全、進(jìn)度、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞 ： 球形，桁架，模板，支撐體系。隨著經(jīng)濟(jì)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(gè)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(biāo)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(diǎn)，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(shí)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

2、樓位于槐安路與光平街交叉口，建筑面積5200M,現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，局部四層。該工程整體外觀設(shè) 計(jì)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(gè)，兩個(gè)位于 17.55m 的環(huán)梁上，兩個(gè)位于的環(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(biāo)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(biāo)高為 14.04M,球體頂部標(biāo)高為20.55M,球形外圓直徑為6M,混凝土壁厚 15CM C30級(jí)，內(nèi)配三級(jí)鋼1015（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(jì)及監(jiān)

3、理三方提供的對(duì)于該球體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)必須一次 成型，確保質(zhì)量?jī)?yōu)良的要求，項(xiàng)目部成立了 QC小組，對(duì)此課題進(jìn)行 技術(shù)攻關(guān)。2、施工方案 球形殼體是以球心為對(duì)稱中心的旋轉(zhuǎn)體對(duì)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(jì)造型要求；操作人員作業(yè)時(shí)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(jì)適用。方案的選擇。內(nèi)模鋪設(shè)要控制半球體經(jīng)、緯兩個(gè)方向。根據(jù)球面 造型設(shè)計(jì)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(jiǎn)易桁架

4、造型工藝。 經(jīng)過小組針對(duì)三種方案在質(zhì)量、 工期及經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行可行 性比較，第一種施工方案即采用吊模操作工藝， 雖然在經(jīng)濟(jì)上比較節(jié) 約，工期也短， 但通過小組調(diào)查其他工程實(shí)例證明，該吊模工藝不能 保證設(shè)計(jì)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(dòng)強(qiáng)度大，用工多，工期較 長(zhǎng)，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

5、骨上鋪設(shè)固定膠合板底模，此工藝操作相對(duì)簡(jiǎn)單，施工方便，造型容易，工期短，小組經(jīng)過討論認(rèn)為該方案可行。施工順序：彈控制線T框架柱施工T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）7 預(yù)制曲弦鋼筋桁架T搭設(shè)腳手架及支架T安 裝曲弦鋼筋桁架（主龍骨）7安裝次龍骨7鋪設(shè)底模7綁扎鋼筋網(wǎng)7 安裝外模7澆筑球體砼7模具拆除7裝飾裝修7腳手架拆除。主要施工方法及技術(shù)措施2.4.1 軸線標(biāo)高的控制1）軸線引測(cè)。在操作層現(xiàn)澆樓面板上彈出球體中心及通過中心 點(diǎn)的各道桁架投影控制線。 球體頂部中心通過此控制點(diǎn)向上引測(cè)。 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

6、與球心控制點(diǎn)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(gè)用于支撐簡(jiǎn) 單鋼筋桁架的圓形鋼支盤， 鋼支盤安裝標(biāo)高計(jì)算必須精確， 圓形鋼支 盤的中心投影與球心控制點(diǎn)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(biāo)高引測(cè)：環(huán)梁施工及球殼施工的標(biāo)高均由操作層樓面用長(zhǎng) 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(jiǎn)易桁架焊接制作。根據(jù)球形尺寸進(jìn)行放樣前內(nèi)業(yè) 計(jì)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(zhǎng)為 4.47MM下弦長(zhǎng)為4.03M,高跨比為

7、1/3 。根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行放樣，焊接簡(jiǎn)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(dá)到設(shè)計(jì)弧形要求，先采用© 18鋼筋焊接制作了一榀桁架，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試 驗(yàn)，其抗變形能力不能滿足要求，后采用© 20鋼筋制作，焊接時(shí)注 意適當(dāng)起拱，經(jīng)多樣拉壓試驗(yàn)，其抗變形能力符合球體造型要求。為 減少簡(jiǎn)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(jì)算，需要18榀簡(jiǎn)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(shí)， 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。

8、 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(shí)必須注意兩榀桁架先后對(duì)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(dòng)變形。桁架就位后拉線通過圓心檢查， 造型尺寸符合設(shè)計(jì)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(jìn)行綁扎，由于桁架下部 1/3范圍內(nèi)次龍骨間距 相對(duì)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

9、頂部利用塔吊吊重物 施工外力試驗(yàn)（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(zhǎng)邊） ，按照 上窄下寬拼裝鋪貼，確保接縫嚴(yán)密。在膠合板上沿經(jīng)、緯兩個(gè)方向按 照每30-50CM點(diǎn)鉆兩個(gè)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(dòng)棒在鋼筋籠內(nèi)活動(dòng)受到很大限 制，很容易造成砼過振脹?；蚵┱裥纬煞涓C、露筋嚴(yán)重缺陷。故采用 邊

10、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(zhǎng)距離時(shí)， 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?jiān)O(shè)計(jì)要求。球殼配筋為雙層雙向三級(jí)鋼1015，0 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(shí)均通過球 頂中心點(diǎn)，鋼筋重疊高度將達(dá)到2.46M高，很顯然不符合要求，為了 使鋼筋綁扎時(shí)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50

11、MM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?cái)啵缓笥瞄L(zhǎng) 3200M M三級(jí)鋼10150可距綁扎成雙 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(shí)解決了施工難點(diǎn)。2）在澆筑球殼根部環(huán)梁砼時(shí)，在環(huán)梁內(nèi)預(yù)留球體經(jīng)向插筋，插 筋按長(zhǎng)短交錯(cuò)留置， 底模鋪好后， 即可按插筋位置對(duì)應(yīng)搭接綁扎球體 經(jīng)向鋼筋， 上下層及相鄰鋼筋互相錯(cuò)開。 為保證鋼筋上下層排距及鋼 筋保護(hù)層厚度，在綁扎鋼筋網(wǎng)片時(shí)沿鋼筋縱橫方向按每 0.6M 焊一根 無保護(hù)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，

12、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(zhǎng)約 1.49M 長(zhǎng)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(diǎn)振間距不超過30CM振搗時(shí)間以每點(diǎn)持續(xù)10S-20S為宜。2）球體上部 1/3 弧長(zhǎng)范圍內(nèi)砼采用平板式振動(dòng)器振實(shí)，一邊振 實(shí)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(jì)強(qiáng)度C30級(jí)，均采用商品砼，利用塔吊直接吊運(yùn)到位， 用級(jí)普硅水泥，5-15MM卒石，中粗砂，砼坍落度控制在 50士 10MM范 圍，摻

13、加少量防水劑。砼澆筑后，加強(qiáng)了砼表面覆蓋養(yǎng)護(hù)。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(duì)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(dòng)，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(shí)，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(shí)， 即可輕易抽出鋼管， 再用摻膨脹劑的水泥砂漿將孔 洞填實(shí)抹平。3、總結(jié)效果 該工藝操作簡(jiǎn)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%。用工少，計(jì)劃用工 155工日，實(shí)際用工 85工日，節(jié)省用工達(dá) %。經(jīng)濟(jì)效益顯著，采用傳統(tǒng)桁架龍骨支撐需木材15M,按1350元/M3計(jì)算需2