淺談雙曲面殼體屋蓋施工

摘 要 本文結(jié)合工程實(shí)例，系統(tǒng)闡述了雙曲拋物面扭殼屋面的具體施工過(guò)程及施工質(zhì)量控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 雙曲拋物面;結(jié)構(gòu)體系

中圖分類號(hào)TU755文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1673-9671-(2009)111-0034-01

隨著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)手段及施工水平的不斷提高，各種各樣的建筑型式不斷涌現(xiàn)。特別是薄殼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，為建筑藝術(shù)的完美發(fā)揮提供了廣闊的前景。殼體結(jié)構(gòu)是表面呈曲面，厚度與其他尺寸相比甚小的一種薄壁空間結(jié)構(gòu)。它和桿件結(jié)構(gòu)中的拱與梁相類似，殼體由于存在原始曲度，它和主要承受彎曲的薄板相比，是兩種受力性能完全不同的結(jié)構(gòu)類型。殼體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度主要是利用了合理的幾何體形狀，使其處于最佳受力狀態(tài)。因而，殼體結(jié)構(gòu)是一種強(qiáng)度高、剛度大、材料省，既經(jīng)濟(jì)又合理的結(jié)構(gòu)型式，且造型新穎、美觀，適用于跨度較大的屋面結(jié)構(gòu)。

1工程實(shí)例

某大學(xué)體育館為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其屋蓋采用預(yù)應(yīng)力混凝土大斜柱和無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土雙曲拋物面組合扭殼相結(jié)合的新型結(jié)構(gòu)體系，每塊扭殼水平投影均為平行四邊形。四根大斜柱頂在屋頂中央處與大橫梁連接，每根大斜柱組成人字架，柱腳采用預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿，以承受水平推力。兩組大斜柱將屋蓋劃分為4片扭殼，四塊扭殼通過(guò)頂部的拔風(fēng)構(gòu)件連接，8根大斜柱底部由縱橫雙向鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力拉桿連接。雙曲拋物面扭殼屋面、大斜柱、預(yù)應(yīng)力拉桿三者組成整個(gè)結(jié)構(gòu)體系。

2結(jié)構(gòu)體系施工

2.1 腳手架及殼面支撐

施工定位放線按照設(shè)計(jì)提供的水平投影的平行四邊形及坐標(biāo)、標(biāo)高點(diǎn)以及四邊形水平投影面上格網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)和標(biāo)高，在地面上用空間三維坐標(biāo)控制技術(shù)進(jìn)行定位放線測(cè)量。

腳手架支模高度6～27m，殼體結(jié)構(gòu)不但高度高、面積大，而且殼面上各點(diǎn)高度都有變化，體形復(fù)雜，澆筑時(shí)各部分承受的重量不均，除會(huì)對(duì)支撐產(chǎn)生豎向壓力外，還可能對(duì)支撐有斜向推力，因此在制定支撐方案時(shí)，除了要保證支撐的豎向承載力，更應(yīng)特別重視支撐的整體穩(wěn)定性問(wèn)題，以保證在澆混凝土期間遇上大風(fēng)時(shí)的整體安全。

2.2 殼體底面模板制作安裝

本工程的支模工藝采取傳統(tǒng)的全面釘裝模板的方法。由于殼面上各點(diǎn)高度不同，釘模后會(huì)使模板產(chǎn)生扭曲，故選用扭曲性能較好的1830mm×915mm×18mm木膠合板做底模。

在釘模后，由指定的檢測(cè)單位對(duì)模板的高度進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)方法是將建筑標(biāo)高投引到四周剪力墻、斜梁等邊緣構(gòu)件上。然后在殼面上架設(shè)高精度水準(zhǔn)儀，根據(jù)邊緣構(gòu)件上固定的標(biāo)高點(diǎn)對(duì)殼底模板進(jìn)行定點(diǎn)和抽點(diǎn)的檢測(cè)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，底模安裝的標(biāo)高偏差不得超過(guò)±10mm，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明施工控制良好。

2.3 鋼筋定位與綁扎

殼底模板安裝、驗(yàn)收完畢后，即進(jìn)行殼體鋼筋綁扎。在殼面板中，鋼筋為雙層雙向Ф10Ⅲ級(jí)鋼和無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋Фs15.2@600，均為雙向布置。鋪設(shè)順序:底層雙向鋼筋→雙向預(yù)應(yīng)力筋→面層雙向鋼筋。雙向預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè)時(shí)，底層筋上表面位于板的中截面。在預(yù)應(yīng)力筋下，每隔1.2～1.5m安放一個(gè)定位馬凳，用鐵絲拉牢。殼體底面鋼筋采取混凝土保護(hù)層塑料墊圈，距離面層鋼筋30mm上焊接鋼筋條帶，作為殼體厚度的控制措施。預(yù)應(yīng)力筋綁扎必須滿足順直和標(biāo)高的要求，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)滿足施工質(zhì)量要求。

2.4 殼體混凝土施工

預(yù)應(yīng)力混凝土雙曲拋物面組合扭殼屬于大跨度空間結(jié)構(gòu)。其殼面厚度薄，曲率變化大，外形準(zhǔn)確與否對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能影響大，因此，對(duì)混凝土的均勻性、密實(shí)性和整體性都嚴(yán)格要求。

考慮到扭殼屋面傾斜角度較大，必須配制坍落度小、初凝時(shí)間較長(zhǎng)、低收縮的C45高性能混凝土。經(jīng)試驗(yàn)，初凝時(shí)間控制在5h左右，采用連續(xù)澆筑，保證不出現(xiàn)施工冷縫，必要時(shí)，也可在混凝土強(qiáng)度達(dá)到C15后將無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋提前張拉25%設(shè)計(jì)值，以防止混凝土早期開(kāi)裂。

屋面后澆部分采用設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的兩臺(tái)臂長(zhǎng)為50m的塔吊運(yùn)送混凝土，其余部分采用泵送混凝土來(lái)完成整個(gè)扭殼屋面的混凝土澆筑施工。澆筑時(shí)按照由低到高的原則施工，即安排兩組工人分別從標(biāo)高較低的兩角起對(duì)稱施工，按1m寬的帶狀澆筑，從兩邊同時(shí)向中間殼頂靠攏匯合?；炷潦┕Ъs垂直于兩邊斜梁，當(dāng)兩邊混凝土在中間匯合后，再一同向上推進(jìn)到殼頂，用30h連續(xù)澆筑完。

2.5 混凝土養(yǎng)護(hù)

由于殼面散熱面大，而混凝土厚度不大，水化熱過(guò)高引起裂縫的可能性小，混凝土產(chǎn)生裂縫主要是混凝土的收縮，因此著重加強(qiáng)對(duì)混凝土配合比的控制和澆筑后的養(yǎng)護(hù)工作。在新澆混凝土初凝后立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，采取前期蓋濕麻袋，后期淋水的方法。濕麻袋覆蓋時(shí)間不少于10d，淋水養(yǎng)護(hù)時(shí)間則為28d。在施工縫面上蓋雙層濕麻袋，養(yǎng)護(hù)時(shí)間28d。

2.6 殼體的預(yù)應(yīng)力筋施工

混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上且混凝土齡期不小于10d時(shí)，方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉，預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉采用單端張拉，張拉控制應(yīng)力0.7fptk=1302N/mm2，張拉力為183kN。鋼束張拉采用張拉力、伸長(zhǎng)量雙控，張拉前計(jì)算出理論伸長(zhǎng)量，預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉步驟:0→20%σcon→60%σcon→100%σcon(持荷1min)錨固，每級(jí)量出具體伸長(zhǎng)值。

殼體內(nèi)除上下兩層普通鋼筋外，在兩層筋中間設(shè)一層縱橫雙向的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋。預(yù)應(yīng)力筋水平投影間距500mm，縱橫方向上各91根，為Фs15的1860級(jí)高強(qiáng)低松弛鋼絞線，按設(shè)計(jì)要求，在殼體混凝土達(dá)到100%強(qiáng)度后才能進(jìn)行張拉。

無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉順序，應(yīng)遵循對(duì)稱張拉原則。采用兩臺(tái)前卡式千斤頂同時(shí)分別在縱向和橫向從中部向兩側(cè)推進(jìn)。預(yù)應(yīng)力筋錨固并切割完畢后，應(yīng)在3d內(nèi)封錨。無(wú)粘結(jié)筋端頭和錨具夾片應(yīng)涂防腐蝕油脂，并套上塑料帽，然后用C45微膨脹細(xì)石混凝土填實(shí)。屋面扭殼無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋共計(jì)494根，張拉伸長(zhǎng)值實(shí)際偏差全部小于允許偏差±6%，其中實(shí)際偏差在±3%以內(nèi)的占96.2%，達(dá)到優(yōu)等水平。

2.7 模板拆除

架體拆除順序?yàn)?先松弛各區(qū)域中部的鋼頂托，各區(qū)均由中間向四邊逐層松弛，直至所有頂托全部松弛后，再進(jìn)行大面拆除。經(jīng)過(guò)有限元計(jì)算分析，在2～2.5m見(jiàn)方范圍內(nèi)拆除架管屋面結(jié)構(gòu)受力最為合理，因此拆模從殼體中點(diǎn)開(kāi)始，以均勻、同步逐步向四周擴(kuò)散的方式，調(diào)低支撐上部的可調(diào)頂托，使支撐與模板脫開(kāi)。作法為內(nèi)架從殼體中點(diǎn)開(kāi)始，四邊與殼體周邊平行，呈“回”字形由里向外逐步拆除支撐。架體拆除時(shí)，應(yīng)先橫向水平桿、縱向水平桿，再連墻桿，最后立桿，連墻桿應(yīng)隨外架逐層拆除。當(dāng)腳手架拆至下部最后一根立桿的高度時(shí)(約6m)，應(yīng)先在適當(dāng)位置搭臨時(shí)支撐加固后，再進(jìn)行下一步拆除。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用空間三維坐標(biāo)控制技術(shù)，合理的支撐體系，對(duì)鋼筋綁扎及預(yù)應(yīng)力筋的精確定位、優(yōu)化混凝土配合比及符合實(shí)際的澆筑方法，從而達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，實(shí)測(cè)表明，組合扭殼屋面無(wú)質(zhì)量通病，表面曲線順滑，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖并滿足功能及質(zhì)量要求。

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