混凝土球形薄殼建筑的施工技術(shù)

陳穗茵

(廣東建邦興業(yè)集團(tuán)有限公司，廣東廣州510000)

1 工程概況

該標(biāo)志性建筑始建于1958年的大躍進(jìn)時代。該建筑是全國第一個磚拱薄殼建筑，大膽采用了磚拱，面積700 m2左右的大廳完全沒有使用一根柱子支撐。繼它之后暨南大學(xué)、廣州體育學(xué)院、星海音樂學(xué)院均先后建造起這種建筑。唐山大地震之后，因?yàn)榘踩?，其它三所學(xué)校的薄殼建筑都被拆除。然而該建筑并未拆除，經(jīng)建筑專家論證，這種獨(dú)特的建筑被稱為“廣東殼”。原來的建筑是采用了磚砌結(jié)構(gòu)，屋面也是采用砌體建成。據(jù)說當(dāng)時屋面的修建，是將屋面在地面建成后提升至屋面高度固定的方法建成。2009年該大學(xué)迎來校慶，作為迎校慶項(xiàng)目之一，華農(nóng)歷史文化符號、該標(biāo)志性建筑復(fù)建工程在當(dāng)年10月校慶前建成。

本次復(fù)建工程，外形基本完全按照當(dāng)年的原建筑。復(fù)建后該工程分兩層，地上一層，建筑面積736 m2，設(shè)計(jì)為多功能活動場所，主要作為學(xué)校高端學(xué)術(shù)會議的專用場所;地下一層，建筑面積462 m2，設(shè)計(jì)為配電用房、洗手間、化妝室、茶水房和桌椅存放倉庫。

本工程時間緊，任務(wù)重，薄殼屋面跨度大，施工方案需通過多方論證才得以施行。復(fù)建采用混凝土結(jié)構(gòu)，薄殼屋面跨度為20 m，高度為2.68 m，厚度僅為60 cm，非常薄。

2 施工方法

由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)上的原因，球殼不可能一次性澆筑成型，必須分段施工。殼體厚度薄，如何使每一分段施工的球帶體符合設(shè)計(jì)與施工要求，使球殼完工后呈圓球狀，綁扎鋼筋順利規(guī)范，整個屋面保持同一厚度，是本工程施工的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

2.1 腳手架搭設(shè)

為屋面施工的方便和安全，使用滿堂紅腳手架，從地面一直搭至屋面，建筑外圍一圈及內(nèi)部的腳手架均有連接。模板支撐系統(tǒng)采用內(nèi)部滿堂腳手架，與復(fù)合式腳手架緊靠外墻一周的雙排架子及屋內(nèi)中間的井字架用呈放射狀折架連接相比，雖然大量占用鋼管及扣件，但施工難度降低，安全性、整體性好，并且因?yàn)槭歉呖兆鳂I(yè)，拆模過程較后者安全容易，綜合來看施工工期大致相同。并且它不僅僅作為倉頂現(xiàn)澆混凝土支撐系統(tǒng)，還保證在模板施工完畢拆除工作臺后，拆除模板等施工作業(yè)更加安全方便。模板支撐系統(tǒng)筒屋內(nèi)環(huán)梁部分以及施工平臺不采用緊靠屋內(nèi)墻外部雙排腳手架，采用在屋頂環(huán)梁下設(shè)置上下兩排Φ57 mm預(yù)留孔洞，環(huán)向間距和縱向間距均為1 m，作為屋內(nèi)滿堂腳手架與墻面連接內(nèi)外加固點(diǎn)，并用作支護(hù)下環(huán)梁外模和底模用，同時搭設(shè)操作架，作為安全防護(hù)架，掛好安全網(wǎng)、立網(wǎng)。

(1)立桿:縱橫向立桿間距＜2 m，步距＜1.8 m，地面應(yīng)整平夯實(shí)，立桿埋入地上30～50 cm。不能埋地時，立桿下應(yīng)墊枕木并加設(shè)掃地桿。

(2)橫桿:縱橫向水平拉桿步距＜1.8 m，操作層大橫桿間距＜40 cm。

(3)剪刀撐:四角應(yīng)設(shè)抱角斜撐，四邊設(shè)剪刀撐，中間每隔四排立桿沿縱向設(shè)一道剪刀撐，斜撐和剪刀撐均應(yīng)由下而上連續(xù)設(shè)置。

(4)架板鋪設(shè):架高在4 m以內(nèi)，架板間隙＜20 cm，架高大于4 m，架板必須滿鋪。

(5)輔助設(shè)施:上料通道四周應(yīng)設(shè)1 m高的防護(hù)欄桿，上下架應(yīng)設(shè)斜道或扶梯，不準(zhǔn)攀登腳手架桿上下。

縱向立桿按(90+4×60+20+4×60+90)cm布置，橫向間距均為60 cm，在高度方向橫桿步距120 cm，使所有立桿聯(lián)成整體。支架搭設(shè)好后，用可調(diào)頂托來調(diào)整支架高度或拆除模板用。

2.2 支模方法

(1)將球殼沿豎向分為八個施工階段按由下到上的順序分段施工，每一施工階段的球帶體混凝土一次性澆筑成型。

(2)每一施工階段的球帶體內(nèi)外模板預(yù)先分塊加工，每一分塊模板大小寬高尺寸不超過500 mm×500 mm，模板用松雜板加工成型，使球殼圓球狀得以總體保證。

球殼內(nèi)外模板分塊加工成型后，只能用于本球殼施工，不可能再周轉(zhuǎn)到另外的工程項(xiàng)目上，模板的損耗量較大，因此模板加工之前必須進(jìn)行施工放樣，算好加工尺寸，盡量減少材料的浪費(fèi)。

(3)每一施工階段的球帶體模板內(nèi)外楞木預(yù)先加工成型，楞木長度1 m，加工成弧形。

(4)拼裝模板時，縱橫向楞木拼裝成梅花形狀，使成型模板縱橫向隨楞木的夾角自然形成圓弧狀。

(5)模板內(nèi)放置Φ14限位鋼筋，長度150 mm與球殼壁厚相同，縱橫向間距0.45 m，綁扎鋼筋時與球殼鋼筋焊牢，固定內(nèi)外模板相對位置與鋼筋相對位置。

(6)模板內(nèi)面放置3 mm厚夾板，確保球帶體表面的光滑度。

(7)用全站儀和固定球心垂線再用鋼尺拉半徑距離的方法，控制模板與球心垂線的相對距離，控制球帶體圓弧度符合設(shè)計(jì)要求，使每段球帶體之間施工完畢后不相互錯位，每段球帶體之間連接點(diǎn)保持光滑。

模板采用小塊模板拼接，達(dá)到弧形的要求，既要保證弧度，又要保證標(biāo)高。根據(jù)下部結(jié)構(gòu)測出的圓心，作出環(huán)梁的邊線，用垂球?qū)A心移至架上，以鋼尺校核半徑后搭設(shè)上部模板。屋面模板采用鋪木模板，每節(jié)模板數(shù)根據(jù)上、下層周長確定，模板鋪設(shè)初步完成后，用計(jì)算坐標(biāo)校驗(yàn)斜面位置。

2.3 鋼筋綁扎

本工程屋面采用雙向Φ6@150的鋼筋。因?yàn)槲菝鎯H厚60 cm，綁扎一定不能超出高度。步驟如下:

(1)球殼水平向鋼筋按每一施工階段、施工進(jìn)度進(jìn)行綁扎。鋼筋搭接長度和錯開長度按設(shè)計(jì)與施工規(guī)范要求施工。

(2)利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)輔助軟件AutoCAD對鋼筋進(jìn)行下料放樣，確定每一段豎向鋼筋和水平鋼筋的長度，現(xiàn)場按豎向鋼筋和水平鋼筋的下料長度進(jìn)行鋼筋加工制作，并按施工順序分段編號。

(3)豎向鋼筋分四段錯位搭接后，由于球殼半徑較大，鋼筋直徑小，鋼筋長度較長，鋼筋需彎曲的弧度較小，鋼筋幾乎無法加工成弧形，因此，采用現(xiàn)場綁扎成型的方式，綁扎球殼鋼筋。

每一施工階段綁扎球殼鋼筋前，豎向鋼筋底部已埋入混凝土中，并排列成圓形，綁扎水平鋼筋前，確定綁扎高度，計(jì)算好最上部兩條水平筋的長度，首先將最上部兩條水平鋼筋綁扎成型，固定好豎向鋼筋的上口，使豎向鋼筋的上口圓形周長滿足設(shè)計(jì)要求。

最上部兩條水平鋼筋綁扎好后，然后綁扎中部兩條水平筋，并使中部水平圓形周長滿足設(shè)計(jì)要求。中部兩條水平鋼筋綁扎好后，逐條將其它水平鋼筋綁扎成型。

(4)每一施工階段的鋼筋綁扎完畢后，在球殼鋼筋網(wǎng)內(nèi)放置Φ14限位筋，水平與豎向間距均450 mm，長度與球殼厚度相同，梅花點(diǎn)狀布置，并與球殼豎向與水平向鋼筋焊牢。當(dāng)模板安裝時，由于限位鋼筋的作用，鋼筋網(wǎng)將隨模板的曲度而彎曲成型，鋼筋網(wǎng)相對位置與鋼筋保護(hù)層厚度等將滿足設(shè)計(jì)與施工要求。

(5)主梁的縱向主筋預(yù)先彎曲成型，鋼筋接頭采用直螺紋接頭。

(6)在球殼腳手架上用斜撐臨時固定豎向鋼筋未能綁扎的部分，避免發(fā)生偏倒和散亂，影響已綁扎好的鋼筋相對位置。

2.4 混凝土澆筑

通過對比和分析，確定圓形薄殼屋面混凝土工程施工采用如下方案:

(1)為防止混凝土在澆筑中流淌、不容易盡快成型，混凝土的坍落度控制在18～16 cm范圍內(nèi)。

(2)混凝土澆筑采用自下而上，分段分層繞圈澆筑的方法，每段澆筑寬度不大于1 000 mm，第一層澆筑到鋼筋下皮，第二層澆筑到設(shè)計(jì)厚度。

(3)混凝土設(shè)計(jì)厚度為60 cm，為保證弧形薄殼屋面確實(shí)達(dá)到薄殼效果，控制混凝土的澆筑厚度采用的方法即在混凝土沒澆筑前，將測得的屋面板的厚度標(biāo)記在鋼筋上，然后在鋼筋的標(biāo)記位置綁鋼絲線，橫、縱向分別拉通長線，用來控制屋面板混凝土的厚度。

(4)由于薄殼屋面混凝土比較薄，混凝土密實(shí)度的控制是保證混凝土施工質(zhì)量的關(guān)鍵。混凝土的振搗均采用插入式HZ6X235及平板式HZ225振搗器。下部1 000 mm高度采用插入式HZ6X235振搗器，每次移動位置的距離不應(yīng)大于振動棒作用半徑的1.5倍。1 000 mm以上采用平板式HZ225振搗器，振動時間不得少于35 s，并以混凝土表面均勻的泛出漿液為準(zhǔn)。平板式振動器移動時要前后、左右相互搭接3～5 cm為宜。

2.5 養(yǎng)護(hù)

因當(dāng)?shù)貧夂驐l件為多雨潮濕及干燥交替的地方，因此澆筑完畢的混凝土要加以覆蓋。混凝土養(yǎng)護(hù)時間不得少于7 d，澆水次數(shù)要保證混凝土處于濕潤狀態(tài)。

3 結(jié)束語

(1)在工期要求緊的情況下，采用滿堂紅腳手架，雖然好像材料用多了，但對之后的支模和拆模都有明顯的好處和便利。

(2)用木模板而不采用鋼模板，節(jié)省了開支。在如此緊迫的工期下，也節(jié)省了確定鋼模板尺寸、施工技術(shù)的時間。比起同樣的工程，如果使用鋼模板，制作鋼模板需時甚長，而且使用率不高，本工程結(jié)束后，則鋼模板將丟棄。如果采用氣壓模板法，需采用特殊的施工方案，將施工場所形成負(fù)壓，這樣技術(shù)含量太高，所需的專業(yè)施工人員和專業(yè)的施工工具，在短時間內(nèi)難以完成施工。這樣比較后木模板更有優(yōu)勢。

本工程完成后，恰逢該校的校慶，施工期間未發(fā)生任何意外事故，施工質(zhì)量獲得一致好評，成為該大學(xué)校內(nèi)的又一標(biāo)志性建筑。

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