空間異形曲面模板設(shè)計與施工工藝

1、空間異形曲面模板設(shè)計與施工工藝摘要：上海科技大學(xué)圖書館書卷樓屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則建筑， 給模板設(shè)計與施工等帶 來巨大挑戰(zhàn)。通過對空間異形曲面混凝土結(jié)構(gòu)施工模板選型設(shè)計、定位精度控制 及施工方法的深入研究，提出了以直代曲的木模板設(shè)計方案及支撐體系， 并采用 Revit軟件對模板進(jìn)行定位，全方位保證了建造質(zhì)量及精度，充分詮釋了設(shè)計者 的創(chuàng)新理念。關(guān)鍵詞：空間異形；曲面混凝土結(jié)構(gòu)；模板設(shè)計；支撐體系；模板定位目前，鋼模板具有較為成熟的工藝，可以形成各種形狀表面光滑的模板， 但 造價較高，且模板沒有通用性，易造成資源浪費。為此，許多工程師針對異形結(jié) 構(gòu)建筑的模板設(shè)計與施工開展研究。員浩陽巾對雙網(wǎng)殼混凝土結(jié)構(gòu)

2、模板工藝進(jìn)行 研究，提出采用聚苯乙烯泡沫模型作為結(jié)構(gòu)空洞部分模板材料，木模板為網(wǎng)殼上、下弧形面模板的復(fù)合模板構(gòu)造，以可塑性較高的泡沫材料解決了復(fù)雜鏤空設(shè)計的 施工難題并總結(jié)了其施工要點。朱同然等 0以榮成青少年活動中心的拱形通道結(jié) 構(gòu)為研究對象，對模板施工進(jìn)行模擬，合理劃分結(jié)構(gòu)施工塊面，有效減少了模板 種類，并建立了一套適用的模板體系。劉永紅 冏在異形擋土墻結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用了 鋼帶增強雙壁波紋管模板，節(jié)省了傳統(tǒng)模板搭設(shè)的繁復(fù)工序，提升了施工效率。目前，我國建筑行業(yè)已經(jīng)步入了工業(yè)化、數(shù)字化生產(chǎn)時代，BIM技術(shù)被廣泛應(yīng)用， 葛燕鋒等在某異形空間分隔曲面板的模板定位中，采用Revit結(jié)合CAD軟件建

3、立了三維模板模型，保證了模板的定位精準(zhǔn)度。本文對上海科技大學(xué)圖書館書卷樓的異形曲面現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)模板的選擇、 支撐及施工定位進(jìn)行研究，總結(jié)分析并提出一套適用于空間異形曲面現(xiàn)澆混凝土 結(jié)構(gòu)的施工工藝。1工程概況上?？萍即髮W(xué)校園建設(shè)項目位于張江高科園區(qū)中區(qū)的上海浦東科技園區(qū)內(nèi)， 其中圖書館位于整個校園的規(guī)劃東南角， 三面環(huán)繞景觀水面。圖書館一角的設(shè)計 帶有“書卷式”裝飾性建筑，因此得名“書卷樓”，形狀呈書卷打開狀，其設(shè)計 靈感來源于書卷造型，暗喻濃厚的學(xué)習(xí)氛圍及學(xué)術(shù)氣息。由上往下看，“書頁” 的彎曲呈現(xiàn)不對稱、不規(guī)則特點。書卷樓建筑高度約為21.2 m,主體采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如圖1所示。圖1

4、上?？萍即髮W(xué)書卷樓2工程難點書卷樓結(jié)構(gòu)形式屬于空間異形曲面現(xiàn)澆混凝土墻體結(jié)構(gòu)， 立面曲面下寬上窄, 水平截面為閉合曲線圖形，水平截面形狀隨著高度的改變而變化， 任一截面的曲 面圓弧段圓心都不相同，整體結(jié)構(gòu)墻厚度保持不變。由下而上看，結(jié)構(gòu)表面線形 為傾斜狀，意味著模板的架設(shè)非垂直于地面， 給施工定位增加了困難。在保證墻 體厚度均勻的同時如何兼顧內(nèi)外模板曲線的高精度定位， 是本項目模板施工的難占八、本工程的施工質(zhì)量直接影響結(jié)構(gòu)成形后的線形流暢及美觀度，因此對施工工 藝提出極高的要求，主要體現(xiàn)在模板的設(shè)計、支模體系的穩(wěn)定以及施工定位的精 度保證這三大方面。3模板設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)國內(nèi)用于模板材料的選

5、擇較多，例如定型化弧形模板，可形成與設(shè)計完美吻 合的曲線構(gòu)造，滿足本項目對結(jié)構(gòu)表面平整度及線形的高要求。但出于本工程異形結(jié)構(gòu)的特點考慮，模板為一次性投入，成本太高，因此，仍采用傳統(tǒng)的木模板 形式5-8。為規(guī)避木模板可塑性差的弊端，研究利用有限元思想的以直代曲，將整片大 木模板分割成細(xì)小條狀，變面為塊，再組合成建筑外表面弧狀。模板使用1 830mm X915 mm X18 mm覆膜膠多層板，采用工具式手提電鋸，分割橫向間距為 100 mm、豎向間距為500 mm ,分割深度為7 mm ,保留11 mm ,使模板在 彎曲時，仍能維持連接狀態(tài)，同時保證內(nèi)澆面模板的平順度，不產(chǎn)生折痕。在使 用前一天澆

6、水濕潤，以提高木模板的可塑性，防止折斷。模板施工順序為內(nèi)模安 裝一鋼筋綁扎一外模安裝，混凝土澆筑完成后，以相同的步驟搭設(shè)上面剩余幾層 模板。4支模體系設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)木模支撐體系用來固定模板位置，保證模板在混凝土澆筑過程中不發(fā)生滑移 及過度變形，以此保證施工質(zhì)量。支模體系需要通過計算確認(rèn)模板橫、豎向定位 構(gòu)件間距，以及斜撐、腳手架等支撐體系的可靠性。由于特殊的曲立面結(jié)構(gòu)，本 工程采用符合結(jié)構(gòu)曲面線形的弧形鋼圍楞取代傳統(tǒng)橫木肋，在內(nèi)模板內(nèi)側(cè)安置豎向方木次楞后，與模板以止水螺栓固定，在定位木模板的同時提供線形引導(dǎo)作用, 進(jìn)一步提升內(nèi)模板固定后的線形精準(zhǔn)度。內(nèi)模板支模體系安裝完成后進(jìn)行鋼筋綁扎，采

7、用與上述內(nèi)模支撐體系相同的 方法完成外模安裝。內(nèi)模板內(nèi)側(cè)用斜撐作為定位和受力體系， 模板上、下口采用 螺桿固定。5結(jié)構(gòu)定位設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)本工程為無標(biāo)準(zhǔn)層變曲率空間異形曲面結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)放線定位方法無法滿足所 需數(shù)據(jù)要求，考慮采用Revit三維建模，根據(jù)實際情況將變曲率結(jié)構(gòu)分解，進(jìn)行 深化設(shè)計，將設(shè)計曲率轉(zhuǎn)化為可以在施工中人為操作的微小直線段。根據(jù)模型對結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元劃分，分割為每段高度為1 m的半圓組合體，劃分空間為面。以每米半圓截面的中心為固定點， 做扇形網(wǎng)格形狀放樣，放樣時 以每米半圓截面圓弧外徑500 mm長為一格，根據(jù)放樣點對中心點相對位置進(jìn) 行定位。通過加密過后的放設(shè)點位定位墻板邊緣

8、， 可以吸收消化因?qū)Y(jié)構(gòu)體系進(jìn) 行有限元分割而造成的點位誤差。TCA智能全站儀為先進(jìn)的定位裝置，內(nèi)置與望遠(yuǎn)鏡同軸的自動目標(biāo)識別 (ATR)技術(shù)，不再需要操作人員精確對準(zhǔn)和調(diào)焦。本工程在吊線復(fù)核過程中， 采用智能全站儀，GPS (全球定位系統(tǒng))同步采點成圖，對照樓層板邊深化設(shè)計 圖并有效發(fā)現(xiàn)錯誤點位，在混凝土澆筑前進(jìn)行整改，保證混凝土澆筑位置與設(shè)計 相符，確保了施工精度。在內(nèi)外模板、弧形鋼圍楞及豎楞等安裝時，均需進(jìn)行定 位校準(zhǔn)并及時調(diào)整，確保每一施工步驟的標(biāo)準(zhǔn)化，避免誤差累積影響施工質(zhì)量。6結(jié)語本工程將整塊覆膜多層膠合面板分割為小段，以直代曲，輔以鋼筋、鋼管圍楞控制模板曲面形狀，搭配內(nèi)部支撐，經(jīng)濟(jì)且便于操作，解決了傾斜模板支搭以 及異形曲面結(jié)構(gòu)模板配置的