三維弧形墻體工法

1、.三維弧形墻體模板施工工法 青建集團(tuán)股份公司 *一建集團(tuán)*X同波 邴啟武 王勝 X叢磊1前言隨著經(jīng)濟(jì)的開展，人們對建筑的要求也在不斷的提高，現(xiàn)代建筑不再是簡單的滿足使用功能，而且還要具有時代的特征和藝術(shù)的欣賞效果。因此，就出現(xiàn)了很多單面弧形，甚至三維弧形的墻體。而此類混凝土墻體如采用一次性模板那么投入巨大，且造成資源浪費(fèi)，如采用組合式小鋼模板那么難以保證墻體的外觀質(zhì)量。針對三維弧形墻體的技術(shù)難點(diǎn)，為了既能到達(dá)清水混凝土的效果，又能采用定型化模板，以降低費(fèi)用、節(jié)約資源。青建集團(tuán)股份公司研究了一種新型模板，其核心技術(shù)“三維弧形鋼筋混凝土構(gòu)造模板技術(shù)研究與應(yīng)用于2007年1月通過了*市科技局組織的專

2、家鑒定，總體技術(shù)水平達(dá)國際先進(jìn)，該成果獲得了2007年度*省科技進(jìn)步三等獎，并獲2021年度*省建筑業(yè)技術(shù)進(jìn)步一等獎，本工法就是在此根底上編寫形成的。2工法特點(diǎn)2.0.1模板定型化，可以調(diào)整雙向弧度，適應(yīng)三維弧形的變化，能夠周轉(zhuǎn)使用。模板耐久性好，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，費(fèi)用低。2.0.2施工工藝簡單，操作方便，支模速度快，可以實現(xiàn)小節(jié)拍、快流水作業(yè)，能加快施工速度。2.0.3墻體外觀能到達(dá)清水混凝土的效果，無須抹灰可降低工程本錢。3適用范圍本工法適用于空間曲線弧線混凝土構(gòu)造，如三維弧形墻、卵形墻，扭曲形水壩等，也適用于平面曲線弧度混凝土構(gòu)造例如弧形墻和一般形狀的混凝土構(gòu)造例如直墻。4工藝原理4.0.1根

3、據(jù)膠合板能彎曲的特性，利用可調(diào)節(jié)的螺栓和豎向鋼龍骨系統(tǒng)使模板實現(xiàn)一個方向的平面彎曲；采用導(dǎo)墻板定位，使模板實現(xiàn)另一個方向的平面彎曲；從而到達(dá)設(shè)計要求的三維弧形墻體的形狀，見圖4.0.1。4.0.2三維雙曲面模板水平圓弧的設(shè)計與計算包括：1 以現(xiàn)代藝術(shù)中心藝術(shù)表演劇場墻體為例。該墻體形狀為，以空間半徑畫弧，圍繞水平半徑運(yùn)行所閉合成的面，見圖4.0.2-1。2 隨著墻體高度的增加，三維弧形墻體的水平半徑不斷減小，曲率不斷增大。三維墻呈收勢，上口小，下口大，同一塊大模板，上口與下口水平圓心角度根本一樣，半徑分別為R上、R下，那么弧長之比等同于半徑之比R上/R下，任一高度水平半徑都可求的。假設(shè)下口模板

4、寬度為a，那么上口理想寬度為a(1 R上/R下)。模板上口較下口寬度應(yīng)減小，以便能夠安裝到位。3 從圖4.0.2-2中可以看出單塊模板形狀根本接近于梯形，考慮到模板的周轉(zhuǎn)使用性與通用性，且三維墻體曲率較小，因此，將模板形狀仍設(shè)計成矩形，并使不同層面模板寬度遞減，以解決隨墻體高度增加，水平弧長減小，致使模板無法安裝的問題。這樣就需要計算模板寬度遞減值，模板寬度遞減值即為下層模板的上口弧長與上層模板上口弧長之差：4 成品木膠合板尺寸為2440×1220，因此設(shè)定第一層模板上口弧長為L=4880，由此可求得上述公式中圓心角=360L/2R上。 圖4.0.2-1 現(xiàn)代藝術(shù)中心三維弧形墻體示意

5、a模板平面示意b單X模板 c導(dǎo)墻板 d組裝模板導(dǎo)墻板圖4.0.1 三維弧線模板原理示意5 根據(jù)上述推導(dǎo)計算方法得出：1一、二層膠合板大模板尺寸為2440mm×1100mm；2三、四層為2400mm×1100mm3第五層為2360mm×1100mm不等的定型矩形模板材4這樣模板層與層間的寬度遞減就得以解決。為解決同一層模板上口比下口弧長小無法安裝的問題，可采用在基層模板與模板間預(yù)留間隔縫隙解決間隔縫尺寸計算方法同上，見圖4.0.2-3，計算結(jié)果需預(yù)留100mm縫隙。圖4.0.2-2 模板上下寬度差計算示意6 采用膠合木板可以進(jìn)展單面曲弧，根據(jù)模板上平面與下平面高度不

6、同計算出上面與下面的水平半徑，根據(jù)此半徑對木膠合板上口與下口分別曲弧，見圖4.0.2-2。這樣墻體水平圓弧就可以得到解決。圖4.0.2-3 底層模板空隙預(yù)留示意7 三維雙曲面模板空間圓弧曲線設(shè)計計算。由于木膠合板采用了單面曲弧，因此豎向弧為折線，需對折線與圓弧的偏差進(jìn)展驗算以確定模板高度，計算見公式4-1，簡圖見圖4.0.2-4。公式4-1根據(jù)公式4-1，對*現(xiàn)代藝術(shù)中心工程進(jìn)展了驗算。r=25m，h=1100mm時，那么，此偏差值可以滿足清水混凝土墻面的要求。圖4.0.2-4 折線弧差計算示意5工藝流程及操作要點(diǎn)5.1工藝流程定位放線基層找平架設(shè)滿堂腳手架內(nèi)側(cè)導(dǎo)墻板安裝、校正、固定內(nèi)側(cè)模板安

7、裝、校正鋼筋綁扎穿單面模板對拉螺栓外側(cè)導(dǎo)墻板安裝、校正、固定外側(cè)模板安裝、校正對穿對拉螺栓支承體系加固報驗混凝土澆筑 5.2操作要點(diǎn)5.2.1模板設(shè)計與構(gòu)造包括：圖5.2.1-1 單X模板設(shè)計與構(gòu)造示意1 模板設(shè)計。模板宜采用優(yōu)質(zhì)膠合板模板，邊框采用角鋼，豎向龍骨采用弓字鐵，弓字鐵之間設(shè)左右絲以調(diào)整模板的水平弧度，見圖5.2.1-1、圖4.0.1。模板應(yīng)按照圖紙進(jìn)展排版設(shè)計，單X模板尺寸應(yīng)與膠合板一樣，并根據(jù)構(gòu)造豎向弧形的變化，適當(dāng)調(diào)整上層模板的寬度，見工藝原理局部。2 導(dǎo)墻板應(yīng)根據(jù)構(gòu)造的豎向弧形進(jìn)展設(shè)計，板材采用與模板一樣的膠合板，邊框采用角鋼，并沿高度方向焊接一定數(shù)量的48短鋼管，以方便與

8、模板支架的連結(jié)，見圖5.2.1-2。圖5.2.1-2 導(dǎo)墻板設(shè)計與構(gòu)造示意5.2.2模板的弧形處理。根據(jù)排版設(shè)計，計算出模板上下弧形的曲率半徑，在現(xiàn)場放樣曲弧。通過松緊模板上下的花籃螺絲，便可得到上下口不同弧度的曲線模板，見圖4.0.1b。當(dāng)花籃螺絲內(nèi)收時，模板呈陽面圓弧即內(nèi)側(cè)模板；當(dāng)花籃螺絲外撐時，模板呈陰面圓弧即外側(cè)模板。經(jīng)檢查模板的弧度符合要求后，便按照其排版的位置進(jìn)展編號。5.2.3放線與導(dǎo)墻板的安裝。根據(jù)排幅員放出墻體導(dǎo)墻和模板的控制線見圖5.2.3，并留出導(dǎo)墻板與模板間的安裝縫隙。導(dǎo)墻板安裝并校正后，隨即將導(dǎo)墻板上的連接鋼管與外側(cè)腳手架進(jìn)展連接、固定。圖5.2.3 模板放線與導(dǎo)墻板

9、安裝示意5.2.4內(nèi)側(cè)模板安裝。導(dǎo)墻板驗收合格后，便進(jìn)展墻體內(nèi)側(cè)模板安裝。模板的安裝順序是先下層后上層，平面上可以從中間或一側(cè)開場。將模板按編號安裝就位后，并用螺栓與導(dǎo)墻板連接固定。之后，再用弧線控制板檢查模板的弧度，假設(shè)有偏差，那么用花籃螺絲進(jìn)展微調(diào)。上層模板的安裝工藝與下層一樣，上層模板安裝后，用螺栓與下層的模板頂部連接固定。C安裝完成b上下層模板連接a內(nèi)側(cè)模板安裝圖5.2.4 內(nèi)側(cè)模板安裝示意預(yù)留空隙角鋼封閉連接螺栓5.2.5鋼筋綁扎。內(nèi)側(cè)模板安裝后，進(jìn)展墻體鋼筋的綁扎。墻體鋼筋綁扎并驗收后，在其骨架上焊好墻體厚度的控制筋。5.2.6外側(cè)模板的安裝工藝同內(nèi)側(cè)模板。為了防止由于墻體傾斜造成

10、的內(nèi)外模板螺栓孔不在同一水平面，使對拉螺栓安裝困難的現(xiàn)象。在外側(cè)模板安裝前，先預(yù)穿對拉螺栓和其套管，待外側(cè)模板安裝完成，再穿過對拉螺栓將其固定。5.2.7模板調(diào)整與加固。外側(cè)模板安裝到設(shè)計高度后，即進(jìn)展墻體模板的整體驗收，以及模板的加固和封堵。模板傾斜一側(cè)應(yīng)與樓板模板的支撐架體連接加固。5.2.8拼縫處理。為了使用一樣尺寸的模板，解決墻體上下弧長不一致的矛盾，按照第4.0.2條的計算，在下層模板之間預(yù)留間隙，間隙采用角鋼封堵，見圖4.0.2-3和圖5.2.4。6材料及機(jī)具設(shè)備6.1材料模板及其配件的主要材料包括：20厚木膠合板，2.6厚鋼板制作的弓字形龍骨，3厚角鋼，花籃螺絲，螺栓，0.3厚鋼

11、板，短鋼管，見表6.1.1。表6.1.1 主要材料及配件名稱規(guī)格型號名稱規(guī)格型號1雙面覆膜膠合板20mm厚、2440×1220mm4角鋼50×5mm2弓字形龍骨鋼板厚2.6mm5短鋼管48×3.5mm3花籃螺絲M206螺栓M106.2機(jī)具設(shè)備本工法采用塔吊進(jìn)展模板的吊運(yùn)、安裝，其余工具同普通的模板施工。7質(zhì)量控制7.1 標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)7.1.1"建筑工程施工工程質(zhì)量驗收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)"GB 50300-20017.1.2"混凝土構(gòu)造工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)"GB 50204-20027.1.3"混凝土構(gòu)造設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)"GB

12、 50010-2007.1.4本工法除按一般模板安裝的要求檢查、驗收外，還應(yīng)進(jìn)展弧度驗收：1 水平方向由定做的水平靠板驗收弧度，尺寸偏差應(yīng)控制在±5mm內(nèi)。2 空間弧度可檢測模板頂部與底部距離之差，尺寸偏差控制在±10mm內(nèi)。7.2 質(zhì)量控制措施7.2.1施工前要認(rèn)真審學(xué)圖紙，并根據(jù)設(shè)計圖紙和排幅員，放好三維墻體基層水平面圓弧線和施工控制線，然后將導(dǎo)墻板定位線放好，驗線無誤后，方可進(jìn)展下道工序施工。7.2.2在工廠內(nèi)完成局部模板加工后，應(yīng)安排現(xiàn)場施工人員進(jìn)展預(yù)拼裝，熟悉安裝的工藝流程和工藝要求。模板進(jìn)場后，應(yīng)檢查模板及其配件的型號規(guī)格和尺寸偏差等。7.2.3根據(jù)墻體曲面情況

13、，大模板的平面尺寸可設(shè)計為不同規(guī)格，即由下層模板向上層模板的尺寸依次遞減。模板進(jìn)場后，應(yīng)根據(jù)設(shè)計尺寸，計算出每層大板上口及下口弧度，現(xiàn)場放樣做出每層弧度控制板，再依據(jù)控制板，對每X大模板進(jìn)展曲弧，并做出標(biāo)記，驗收合格后進(jìn)展分類堆放。7.2.4模板施工過程必須按步驟進(jìn)展驗收，包括：導(dǎo)墻板的驗收，內(nèi)側(cè)模板的驗收、外側(cè)模板驗收及整體驗收。每層安裝模板后，應(yīng)驗收其空間及水平弧度，水平曲率用專用的弧形樣板靠尺檢查；空間曲率通過吊線測投影距離，并結(jié)合定位導(dǎo)墻板確定其偏差。8平安措施8.0.1 施工前，應(yīng)編制專項施工方案，并對模板支撐系統(tǒng)進(jìn)展驗算。為了正確的掌握新型模板的操作要求，應(yīng)對工人進(jìn)展專項培訓(xùn)和平安

14、技術(shù)交底8.0.2施工時，操作人員應(yīng)按要求正確佩戴平安帽、平安帶等勞動防護(hù)用品。8.0.3 大模板吊裝時必須對模板的索具進(jìn)展檢查，并由專人負(fù)責(zé)吊裝指揮。8.0.4現(xiàn)場用電器開關(guān)應(yīng)在二級配電箱上，做到一機(jī)一閘一漏保，漏電保護(hù)器應(yīng)按時檢查。8.0.5現(xiàn)場使用的機(jī)電設(shè)備應(yīng)做到“定人、定機(jī)、定設(shè)備，嚴(yán)禁不具備專用資格的人員操作機(jī)電設(shè)備。8.0.6撤除模板作業(yè)應(yīng)在有關(guān)拆模的平安防護(hù)措施已經(jīng)落實，并履行模板撤除申請審批手續(xù)前方可進(jìn)展。9環(huán)保措施9.0.1進(jìn)入現(xiàn)場的模板和已撤除下的模板腳手架等，應(yīng)平面規(guī)劃的要求分類整齊堆放。9.0.2 為了減少噪音污染，邊角、堵頭等模板的加工應(yīng)在木工棚中進(jìn)展。9.0.3 施

15、工作業(yè)范圍的樓層應(yīng)采用密目網(wǎng)圍護(hù)，木工加工場應(yīng)做有效的封閉，以防止揚(yáng)塵和噪音超標(biāo)，控制場界噪聲限值為：夜間55DB、白天75DB。夜間施工應(yīng)按照工程所在地環(huán)保部門要求進(jìn)展，未經(jīng)批準(zhǔn)嚴(yán)禁夜間施工。9.0.4 加強(qiáng)對大模板安裝和撤除的保護(hù)管理，以提高模板的周轉(zhuǎn)次數(shù)，節(jié)約資源。10效益分析10.1經(jīng)濟(jì)效益10.1.1以*現(xiàn)代藝術(shù)中心工程為例，綜合考慮質(zhì)量控制、本錢造價以及對工期的影響等三個方面，與目前常用的五種可行方案進(jìn)展經(jīng)濟(jì)分析比較，見表10.1.1-1和10.1.1-2。表10.1.1-1 方案名稱及特性序號方案名稱方案一小鋼模加角模拼接，22螺紋鋼作為水平龍骨，1m短鋼管作為豎向龍骨。方案二竹

16、膠板、木條拼接，加工圓弧鋼管作為水平、豎向龍骨。方案三定型大鋼模方案四定型玻璃鋼模板方案五三維弧形清水混凝土模板體系表10.1.1-2 造價分析序號方案名稱平方米造價元支設(shè)面積本工程本錢造價元不考慮周轉(zhuǎn)本工程內(nèi)周轉(zhuǎn)次數(shù)單次造價元/方案一小鋼模加角模拼裝330.77240079384820168.16方案二竹膠板木條拼裝234.562400562944/234.56方案三定型大鋼模150024003600000/1500方案四定型玻璃鋼模板80024001920000/800方案五三維弧形清水混凝土墻模板體系440.2124002600002079.0110.1.2通過表10.1.1-2可以看出

17、：雖然方案五“三維弧形鋼筋清水混凝土墻模板體系的單位造價較高，但由于該模板體系可以周轉(zhuǎn)使用，在*藝術(shù)中心工程實施過程中，只制作了全部模板面積的1/4，共計600，其本錢卻是最低，僅投入26萬元。10.1.3 該模板體系與本錢相對較低的小鋼模加角模拼裝施工方案相比，造價節(jié)省近70%。另外，使用該模板還能到達(dá)清水混凝土的效果，承受了抹灰費(fèi)用，較大的降低了本錢、加快了施工速度。10.2社會與環(huán)保效益10.2.1本工法應(yīng)用定型、通用性的膠合板模板，能支設(shè)出到達(dá)清水效果的三維弧形墻體，模板周轉(zhuǎn)次數(shù)達(dá)20以上，造價低，而且節(jié)約了社會資源。同時，由于節(jié)省了墻體的抹灰也可降低資源消耗。10.2.2本工法所研制

18、的模板，除三維弧形墻體外，還可以用于各種圓形、弧形墻、直墻，應(yīng)用范圍較廣，因此具有較高的推廣應(yīng)用價值。圖11.1.1-1 三維弧形墻體平面示意圖11工程實例11.1*現(xiàn)代藝術(shù)中心11.1.1工程概況。*現(xiàn)代藝術(shù)中心工程位于*市東*路68號，毗鄰石老人海水浴場?？偨ㄖ娣e50000，分為三個子單位工程。其中藝術(shù)表演劇場3600地下1000，建成后將成為集藝術(shù)培養(yǎng)和藝術(shù)休閑的特色建筑，該劇場地上2層的墻體為三維弧形墻體，見圖11.1.1-1和圖11.1.1-2。圖11.1.1-2 三維墻體效果11.1.2 施工情況。該工程研究并應(yīng)用了可周轉(zhuǎn)使用的三維弧形墻體模板，施工過程中嚴(yán)格按照本工法中的工藝流

19、程和操作要點(diǎn)進(jìn)展施工。墻體的外觀質(zhì)量到達(dá)了清水混凝土效果見圖11.1.2，較其他方案降低模板造價80萬元，且縮短工期30天。此項技術(shù)的應(yīng)用得到了業(yè)主及監(jiān)理的一致好評。圖11.1.2 三維弧形墻體模板應(yīng)用效果11.1.3應(yīng)用效果。整個工程綜合調(diào)試后，空調(diào)系統(tǒng)各局部運(yùn)行平穩(wěn)，各項參數(shù)均滿足設(shè)計要求。從2006年3月開場施工，2006年11月主體構(gòu)造驗收完成，至今墻體構(gòu)造穩(wěn)定可靠，平面、空間定位符合設(shè)計要求，弧形墻面外觀光滑，立體效果得到業(yè)主的肯定。該工程于2021年被評為“泰山杯。11.2 *大劇院工程11.2.1 工程概況。*市大劇院選址在嶗山區(qū)云嶺路以西，南嶺路以南，*東路以北，商業(yè)廣場中軸線以東區(qū)域。*國際啤酒城、國際會展中心、*博物館、石老人海水浴場與之毗鄰 。大劇院包括1600座的大劇場，1200座的音樂廳和400座