淺圓倉錐形殼結構體系的選擇與施工關鍵技術

傳統(tǒng)高支模施工工藝由于腳手架搭設高度高、整體剛度小、變形大和穩(wěn)定性差,造成施工安全的可靠度低，工期得不到保證，投資及經濟指標不佳等，要有效解決這些問題，在設計階段進行正截錐形殼倉頂蓋的技術設計，選擇技術先進、經濟合理的倉頂蓋的結構類型，是統(tǒng)籌設計和施工，提高結構可靠度和保證施工安全的關鍵途徑，在國家大力推廣綠色裝配式建筑的產業(yè)政策下，鋼-混凝土組合結構是淺圓倉正截錐形殼倉頂蓋結構體系的最佳體系，也是結構可靠、經濟的設計和施工方案，本文將重點分析和探討其錐形殼結構體系的選擇，并闡述施工關鍵施工技術等。1

淺圓倉頂蓋正截錐形殼結構體系的分析和選型1.1

鋼筋混凝土結構以河南某面粉項目為例，設計參數(shù)：單倉倉容10?000?t，內徑25?m,檐口高度31.3?m，倉壁厚250?mm，錐形頂高5.55?m，坡度25°，板厚150?mm，錐底和錐頂分別設有500?mm×750?mm和600?mm×800?mm的環(huán)梁，且倉頂布置有工藝設備通廊，對結構產生動荷載。優(yōu)點：該體系較為普遍采用，倉壁與倉頂錐形殼均為鋼筋混凝土，整倉結構的可靠度、受力性能、抗震性較好。缺點：淺圓倉正截錐形殼頂板施工為高空、大跨、重荷施工，難度極大、安全可靠度低、施工周期較長、投資、經濟效果欠佳。1.2

雙層彩鋼扣板頂蓋結構以中央儲備糧某直屬庫項目為例，設計參數(shù)：單倉倉容6?500?t，內徑25?m，倉頂蓋由上下兩層多塊四邊形或多邊形彩鋼扣板、玻璃巖棉保溫隔熱層、內張力圈、C形檁條、H形斜鋼梁等構成。優(yōu)點：該體系為全鋼結構正截錐形殼，具有施工便捷、工期短、節(jié)約投資優(yōu)點。缺點：其是近年來從國外引進的試驗推廣倉，因淺圓倉壁為鋼筋混凝土；倉頂蓋為全鋼結構，整體受力性能、結構可靠度和抗震性較差，且目前技術不成熟，特別是抗震設防等級要求高的地區(qū)應慎重選用。同時，其頂蓋結構施工仍需搭設與倉同高的中心腳手架，附壁拉結的難度較大，存在安全風險。1.3

裝配鋼筋混凝土錐面頂殼體系以北京某儲備糧庫項目為例，設計參數(shù)：單倉倉容10?000?t，內徑30?m，檐口高度15.6?m，倉壁厚270?mm，錐形頂高8?m，坡度30°，錐底和錐頂均布置有環(huán)梁，預制的錐形殼板設計有3種規(guī)格，分別是底層板48塊、中層板32塊和上層板16塊，預制板端部厚300?mm，每塊板中間填充泡沫保溫板，平均重約5?t/塊，倉頂錐形殼板總重約500?t。優(yōu)點：該體系需在工廠提前預制，工期節(jié)約，受力性能、結構可靠度和抗震性較雙層彩鋼扣板頂蓋體系較好。缺點：自重較大，根據(jù)采用該體系項目的施工實踐，需占用滑模平臺和搭拆芬克式鋼屋架鋼結構支撐，存在一定安全風險，經濟效果欠佳等。1.4

鋼–混凝土組合結構錐面殼體系以河南某面粉項目為例，設計參數(shù)：單倉倉容10?000?t，內徑25?m，檐口高度28?m，倉壁厚250?mm，錐形頂高6?m，坡度27°，倉壁厚250?mm，錐底設計有400?mm×850?mm鋼筋混凝土一道大環(huán)梁，倉頂設計有三道鋼架環(huán)梁，現(xiàn)澆板厚130?mm，采用型號：YX75-230-690-1.0鍍鋅壓型鋼板兼作底模。優(yōu)點：鋼–混凝土組合結構錐面殼體系能充分發(fā)揮鋼材抗拉和混凝土抗壓性能好的優(yōu)點，具有良好的受力和抗震性能，該體系應用于淺圓倉頂蓋，具有以下優(yōu)點。（1）整倉結構可靠度、受力性能和抗震性好：樓承板混凝土與倉壁通過大環(huán)梁現(xiàn)澆一體，充分發(fā)揮了鋼材抗拉和混凝土抗壓性能好的優(yōu)點；充分利用了拱殼結構受力原理。（2）施工工期短：鋼架梁、倉頂檁條、支撐、樓承板等在專業(yè)鋼構加工廠提前預樓承板作為現(xiàn)澆板的永久底模，無需任何支撐，節(jié)省了支拆模工序，在充分保證施工安全的同時，能有效縮短工期和降低安全風險。（3）安全可靠度大：淺圓倉正截錐形殼倉頂蓋的高空、大跨、重荷施工，其為典型的“危大工程”，對項目各參加方而言，安全是最大風險，以往項目頻繁發(fā)生的安全事故，過高的施工成本、過長的工期讓各參加方苦不堪言。本體系施工采用倉中心立塔式起重機標準節(jié)作為操作平臺，安全可靠，樓承板作為永久底模和下道工序施工平臺，無需任何支撐，消除了一切風險因素，減少了安全事故發(fā)生概率。（4）經濟效果好：由于此結構體系的樓承板可作為現(xiàn)澆板底筋和底模，減少了混凝土用量，不但能降低投資，且能較傳統(tǒng)結構體系工期提前25?d以上，為業(yè)主帶來了提前投產的經濟和社會效益；同時給承包人帶來了節(jié)省搭設腳手架、傘形鋼結構支撐的制安和模板支拆等費用，有效地降低了工程成本，能實現(xiàn)各參加方共贏效果。（5）結構合理：淺圓倉250?mm厚的倉壁與130?mm厚現(xiàn)澆板整澆一體，倉整體性和抗震性較好，同時壓型鋼板底模是將鍍鋅鋼板壓制成凸凹肋板或波形板，在承載力和剛度大幅提高同時，肋部可敷設水電管線，結構合理。缺點：需做好錐面殼板與倉壁間關鍵節(jié)點連接。2

各結構體系對應的施工實踐和方案選擇2.1

鋼筋混凝土結構體系施工方案分析鋼筋混凝土正截錐形殼結構體系經過多年的施工實踐，常采用從地面搭設滿堂鋼管腳手架的高支模方案、立柱–傘形鋼結構支撐方案和倉壁預埋鋼絲繩環(huán)，搭設鋼絲繩網格支撐的方案3種，3種方案均需投入大量人力、物力和財力，不但施工成本高、工期長，且存在很大安全風險，在設計與施工統(tǒng)籌之下，性價比較低。2.2

裝配鋼筋混凝土錐形殼體系施工方案分析目前淺圓倉項目設計的倉內徑20～30?m居多，倉頂錐形殼板跨度大，而隨之裝配式板的截面尺寸和自重也大，一般每塊重約5?t，頂蓋總重達500?t。根據(jù)采用該體系項目的施工實踐，仍需借用滑模平臺，并搭拆芬克式鋼屋架鋼結構支撐，且對吊裝機械的起重噸位提出了較高要求，另需采用大噸位汽車式起重機，存在一定安全風險，經濟效果欠佳。如推廣此方案，應借助BIM等技術，優(yōu)化結構，減少截面尺寸，降低構件自重是推廣應用的關鍵。2.3

鋼-混凝土組合結構錐面頂殼體系施工方案分析鋼-混凝土組合結構錐面頂殼體系能充分發(fā)揮鋼材抗拉和混凝土抗壓性能好的優(yōu)點，在具有良好抗震性的同時，采用倉中心立塔式起重機標準節(jié)作平臺施工，并將樓承板作為永久底模，無需任何支撐，在縮短工期的同時，消除了一切風險因素，對投資人是性價比最高、投資效益最好的方案；對承包人是施工成本最低和經濟效果最后的方案。3

鋼-混凝土組合結構正截錐形殼體系施工關鍵技術3.1

工藝流程地下通廊底板施工時預埋塔式起重機標準節(jié)固定支腿→安裝塔式起重機標準節(jié)平臺→坡向鋼架梁地腳螺栓復核→環(huán)形鋼架梁中心圈拼裝→環(huán)形鋼架梁中心圈吊裝及臨時固定→坡向鋼架梁安裝→屋面支撐體系安裝→拆除淺圓倉中心塔式起重機標準節(jié)→永久底模安裝→殼板鋼筋綁扎→隱蔽驗收→澆筑殼板混凝土→連廊支架柱、洞口上翻沿二次施工→循環(huán)至下一個倉。3.2

錐形殼頂蓋施工總體部署根據(jù)施工組織設計確定的錐形殼頂蓋工期，組織流水施工，一般以2個或4個倉為單元，確定每個單元施工的錐形殼頂板數(shù)量、配備相應機械、材料和設備等。鋼架梁等鋼構件的吊裝采用塔式起重機，參數(shù)選擇時應考慮環(huán)形鋼架梁中心圈總重量；殼板混凝土澆筑采用汽車泵的方案，參數(shù)選擇時應考慮淺圓倉高度和場地情況。施工時先吊安淺圓倉中心標準節(jié)平臺，接著吊安鋼架梁中心圈，并臨時固定，后吊安坡向鋼架梁，并依次吊安屋面支撐、樓承板底模等，最后進行殼板鋼筋綁扎和混凝土澆筑，各工序均按流水單元組織流水施工，循環(huán)至全部完成。3.3

利用BIM技術，模擬施工，進行可視化技術交底淺圓倉頂蓋為錐形殼幾何體，由于其倉型體的特殊，做好施工充足施工準備和可視化交底是確保工程質量、施工安全和工期關鍵。施工前，由公司技術中心的BIM工程師按圖紙設計進行建模和可視化設計，并模擬施工，對專業(yè)勞務人員進行可視化BIM交底，讓作業(yè)人員從感官上認知；在工藝上熟悉；在要點上牢記；在操作上可靠。3.4

安裝倉中心塔式起重機標準節(jié)平臺倉中心塔式起重機標準節(jié)平臺主要用來臨時固定鋼架中心圈，此工序是進行錐形殼頂蓋施工基礎工序。在淺圓倉中心地下通廊底板施工時，統(tǒng)籌預埋塔式起重機標準節(jié)固定支腿（選用塔式起重機廠家原廠產品），倉壁滑模完成后，進行塔式起重機標準節(jié)平臺的安裝，頂標高應結合圖紙設計的錐形殼板標高安裝。當標高不吻合時應采用附加型鋼平臺的措施，并按國家現(xiàn)行規(guī)范要求的腳手架和塔式起重機的驗收程序組織驗收，合格方可進行下道工序。3.5

環(huán)形鋼架梁中心圈吊裝環(huán)形鋼架梁中心圈的安裝是錐形殼鋼骨架施工第一步，先用激光鉛錘儀將淺圓倉中心點投測到標準節(jié)上，用塔式起重機將在地面拼裝好的環(huán)形鋼架梁中心圈，按投測的中心點吊裝到位，固定時采用自制專用卡具，同時用4條纜風繩在4個方向與倉壁連接牢固。3.6

鋼架梁吊裝（1）鋼架梁吊安順序：先安裝坡向主鋼架梁GL1（16根）,再安裝環(huán)向鋼架梁GL3（32根），后安裝坡向次鋼架梁GL2（16根），吊安時按向心軸網分構件依次對稱的方案。（2）吊裝質量控制：鋼架梁吊裝采用塔式起重機，根據(jù)BIM模擬施工的坡角，使鋼架梁起吊前即形成設計的坡角，便于一次安裝到位，鋼架梁就位時，兩端由操作人員用繩索輔助到正確位置，測量校正無誤差后，用安裝螺栓臨時固定牢固，并用圖紙要求級別的摩擦型高強連接副連接到位，宜按“先緊固螺栓后焊接”的順序施工，且應滿焊，焊縫寬度和高度滿足設計要求。單倉鋼架梁吊裝必須在當日完成，避免夜間大風等不可抗力因素造成位移和破壞，產生不必要損失。3.7

屋面支撐的吊安屋面支撐可使屋蓋形成整體的空間骨架，在施工和正常使用時保證構件的穩(wěn)定和安全，屋面支撐一般采用20?mm圓鋼，屋面支撐端部與鋼架梁連接時采用專用楔形墊件，且應將花籃螺栓緊固到位。3.8

壓型鋼板永久底模的技術及吊裝要求（1）壓型鋼板的材質和型號。壓型鋼板底模，即樓承板底模，一般分為開口式和閉口式2類，材質和型號應按圖紙設計選用，一般采用YX75-230-690-1.0鍍鋅壓型鋼板兼做底模，開口式是同類板型中受力最好的，確保底模有足夠強度、剛度和穩(wěn)定性。（2）壓型鋼板永久底模的排版和下料。淺圓倉頂蓋為錐形殼板，采用BIM技術進行排版設計，板塊為等腰梯形，環(huán)向按2跨1塊，坡向按17塊下料，下料時必須考慮壓型鋼板在鋼梁上的支撐長度≥50?mm，同時在加工廠應1∶1放樣加工，確錐形殼板底模安裝尺寸吻合，壓型鋼板永久底模按鋼架梁形成的坡面，沿環(huán)向鋪設。

（3）壓型鋼板永久底模的安裝。安裝前，應按BIM排版圖紙和加工單編號，防止錯用，按“自下而上，環(huán)向鋪設，完善邊角”的順序安裝，壓型鋼板在鋼梁上支撐長度應≥50?mm，并點焊固定牢固。1）壓型鋼板吊運：吊運時使用專用軟吊索，確保壓型鋼板底模板材不變形、不卷邊和不損壞。2）邊角切割要求：環(huán)形鋼架梁等封邊處，選用等離子切割機或剪板鉗裁剪邊角，裁切放線時富余量應在5?mm范圍內，盡量保留肋部和切割吻合，在消除板縫漏漿的同時，確保倉底板的美觀。3）洞口處補強處理：由于淺圓倉工藝要求，預留洞較多，工藝洞口采用現(xiàn)場切割的方式留設，且應按洞口尺寸對應的加強措施節(jié)點圖補強，并及時進行洞口安全防護，謹防洞口高空墜落事故發(fā)生。（4）細部節(jié)點技術措施。1）抗剪栓釘設置：栓釘在組合結構中起抗剪與連接錨固的作用，要求如下。技術參數(shù)要求：直徑≥16?mm，栓釘長≥100?mm；設置與焊接要求：在鋼架梁與壓型鋼板交接處的凹肋內設置抗剪栓釘，每肋每跨均設置2個，栓釘焊接時應穿透壓型鋼板，焊在鋼梁上。2）測溫等糧情監(jiān)控套管、埋件設置：應設置在凹肋內，位置按圖紙設計可進行微調，同時增加加固鋼筋焊接牢固。3.9

殼板鋼筋綁扎樓承板鋼筋多采用工廠內采用專用設備加工成鋼筋桁架，再將鋼筋桁架與壓型鍍鋅鋼板焊接成一體，形成組合結構體系。由于淺圓倉頂蓋為正截錐形殼異型結構，只能現(xiàn)場制作、綁扎形成桁架，其主要技術及操作要點如下。1）殼板鋼筋制作：正截錐形殼樓承板鋼筋主要由凹肋內下弦鋼筋、上弦鋼筋、腹桿鋼筋（勾筋）、上部負筋和構造鋼筋組成，應嚴格按圖紙設計和國家現(xiàn)行規(guī)范加工。2）殼板鋼筋綁扎：凹肋內下弦鋼筋一般配置2Φ10，順環(huán)向綁扎在樓承板肋內，與勾筋、上部網片筋形成桁架，與樓承板底模焊接成一體，混凝土澆筑后形成組合結構體系。淺圓倉倉上連廊支架柱、洞口上翻沿鋼筋應嚴格按圖紙設計預留插筋，嚴禁遺漏。殼板鋼筋綁扎完成后，應及時設置鋼筋墊塊，確保鋼筋位置準確，且混凝土澆筑過程中嚴禁踩踏變形。3.10

殼板混凝土澆筑采取汽車泵和“