鋼拱殼穹頂結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

□文/尹義松 葛在福 于澤濤

1 工程概況

天津高新區(qū)軟件和服務(wù)外包基地綜合配套區(qū)08R、09R地塊住宅區(qū)涉外專家公寓F為4層建筑，地下1層，建筑面積為6 445.64 m2。1～4層中央為半徑5 989 mm穹頂混凝土屋面，穹頂標(biāo)高為24.385 m，飾面為陶瓷瓦的屋面。

2 工程特點及難點

1）穹頂為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，穹頂支模高度為24.435 m，屬高大模板，施工質(zhì)量及安全難于控制。

2）穹頂結(jié)構(gòu)施工難度大，混凝土施工質(zhì)量難于保證，曾經(jīng)有直徑為15.8 m鋼筋混凝土穹頂模板安裝3周后仍未完成，最后變更為金屬形式。

3）穹頂陶瓷瓦屋面無法在金屬結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)，金屬穹頂效果會隨時間推移越來越差。

4）穹頂采用85 mm厚擠塑板進(jìn)行保溫，塊狀保溫板如何與穹頂結(jié)合嚴(yán)密，節(jié)能保溫質(zhì)量難于保證。

3 主要施工技術(shù)

3.1 穹頂結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)采用鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)形式，這樣保溫防水及外飾面效果均能保證。穹頂鋼殼結(jié)構(gòu)由鋼板和鋼板上鋼筋混凝土組成。由于整塊面積較大，運輸及吊裝無法完成，將鋼拱殼等分為16等分，每塊鋼板采用徑向翼緣板進(jìn)行固定，穹頂鋼板間焊接嚴(yán)密。徑向翼緣板采用10 mm@600 mm螺栓進(jìn)行拉結(jié)，鋼殼含有幾字型錨固筋，與鋼筋混凝土拉結(jié)。

穹頂?shù)撞繛殇摻罨炷镰h(huán)形圈梁，為保證穹頂鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)結(jié)合緊密，鋼筋混凝土環(huán)形圈梁按穹頂徑向翼緣板的數(shù)量和位置設(shè)置預(yù)埋件，預(yù)埋件與底翼緣板進(jìn)行焊接；同時底部鋼筋混凝土環(huán)形圈梁上甩筋伸入鋼拱殼上鋼筋混凝土內(nèi)進(jìn)行錨固。這樣穹頂鋼拱殼與底部圈梁連接性能充分得到保證。

3.2 鋼拱殼穹頂安裝及混凝土澆筑

1）穹底圈梁埋件及錨筋。穹底圈梁鋼筋模板安裝完成后進(jìn)行鋼拱殼埋件安裝，埋件位置及標(biāo)高嚴(yán)格按圖紙進(jìn)行，埋件標(biāo)高不得高于設(shè)計標(biāo)高，否則鋼拱殼無法拼裝完成。當(dāng)埋件標(biāo)高較低時，可墊加滿焊鋼板墊高。埋件必須牢固可靠，不因混凝土施工出現(xiàn)位移。埋件安裝完成后，根據(jù)穹殼位置進(jìn)行穹頂錨固筋安裝。

2）鋼拱殼吊裝及連接。穹底圈梁混凝土澆筑時務(wù)必控制標(biāo)高不得高于設(shè)計標(biāo)高。鋼拱殼采用分件吊裝辦法，將下層拱殼分別吊裝至指定位置并在操作平臺架上設(shè)置臨時支撐。拱殼板先用螺栓進(jìn)行臨時固定和定位，待校正固定位置后，將拱殼板對接處進(jìn)行等強(qiáng)焊接，拱殼板底部徑向翼緣板與圈梁埋件進(jìn)行等強(qiáng)滿焊。下層拱殼板固定完成后進(jìn)行拱殼主頂?shù)牡跹b，拱殼主頂?shù)跹b及固定完成后，拱殼板對接處進(jìn)行等強(qiáng)滿焊，拱殼板主頂環(huán)梁與下層拱殼板和徑向翼緣板進(jìn)行等強(qiáng)滿焊。

3）鋼拱殼上部混凝土結(jié)構(gòu)施工。鋼拱殼安裝及固定完成后，可進(jìn)行上部混凝土結(jié)構(gòu)的施工。上部鋼筋混凝土板鋼筋安裝按深化圖紙進(jìn)行，與鋼拱殼上幾字型錨筋點焊牢固。鋼筋安裝完成后進(jìn)行拱殼上部混凝土澆筑。拱殼上部混凝土坍落度≯100 mm，采用人工方法將混凝土澆筑于鋼拱殼上，用木抹子拍壓至混凝土表面冒出灰漿即可。混凝土厚度為70 mm，采用插入法進(jìn)行控制，以此控制鋼拱殼上部混凝土穹頂曲線。

3.3 穹頂保溫

鋼拱殼穹頂結(jié)構(gòu)施工完成后立即實施穹頂金屬天溝和水泥砂漿找平層工作。待砂漿找平層含水量＜8%后實施第一道防水涂料工作，厚度為1.5～2 mm。涂料表面經(jīng)毛化處理后可實施穹頂保溫工作。

原設(shè)計采用85 mm厚擠塑保溫板進(jìn)行保溫，由于擠塑板屬于塊狀材料，與穹頂結(jié)合完畢需定制成弧形板，要采用專用模具進(jìn)行模壓，數(shù)量少，成本高且施工質(zhì)量難于保證。根據(jù)住建部《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》第9條“屋頂與外墻交界處、屋頂開口部位四周的保溫層，應(yīng)采用寬度≮500 mm的A級保溫材料設(shè)置水平防火隔離帶。公消[2011]65號文件“民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級的材料”，擠塑保溫板燃燒性能無法達(dá)到A級。

目前市場上A級保溫材料較少，常用的巖棉板吸水且里面玻璃絲對作業(yè)人員影響非常大。FTC自調(diào)溫相變節(jié)能材料正好克服了吸水及操作難題且為A級保溫材料，保溫性能與擠塑板接近。因此，最終用FTC自調(diào)溫相變節(jié)能材料替代原設(shè)計的擠塑保溫板。

1）FTC自調(diào)溫相變節(jié)能材料概述。FTC自調(diào)溫相變節(jié)能材料是由植物臨界萃取、真空冷凍析層、蒸餾、皂化等新工藝復(fù)合而成，按照分歧溫度相變點調(diào)節(jié)室溫的純自然原創(chuàng)科技新材料。打破傳統(tǒng)保溫材料單一熱阻機(jī)能，具有熱熔性和熱阻性兩大絕熱性。通過二元相變原理，相變潛熱值大，節(jié)能效果明顯，傳熱系數(shù)可達(dá)到0.03 W/(m·K)，該材料用于外墻表面時，通過相變材料在相態(tài)變化時吸熱與放熱過程，可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。

2）穹屋面熱工節(jié)能計算見表1。

表1 穹屋面系統(tǒng)各部分熱阻計算

屋面系統(tǒng)傳熱系數(shù)計算。系統(tǒng)總熱阻RO=Ri+∑Rj+Re=0.11+（0.021 5+0.0430+2.2222+0.029 4+0.021 5+0.040 2）+0.04=2.527 8,傳熱系數(shù)K=1/RO=1/2.5 278=0.396＜0.40，滿足DB29-1—2007《天津市居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》要求。

3）穹屋面FTC施工工藝及操作要點。

（1）FTC屋面施工工藝?；鶎用幚怼嗷酆衔锓浪苛稀N餅、沖筋→分層涂抹FTC材→坡屋面＞45°固定鋼絲網(wǎng)→刷水泥基聚合物防水涂料→涂料表面毛化處理→聚合物砂漿臥瓦。

（2）FTC施工要點。

①配制漿時需設(shè)專人專職進(jìn)行人工攪拌保溫漿料。按水與材料的質(zhì)量比1∶1.5攪拌均勻，不得在攪拌機(jī)中攪拌，以免漿料附著于攪拌機(jī)中，成膏狀稠度適中并有一定粘度，保溫層漿料應(yīng)在4 h內(nèi)用完。

②貼餅、沖筋。保溫施工前必須先找好穹頂屋面弧度進(jìn)行貼灰餅工作，每灰餅之間的距離（橫、豎、斜向）不超過2 m。

③抹底層及中間層FTC節(jié)能材料。保溫層分3次進(jìn)行，每次抹灰厚度最適宜一般在20 mm左右。每遍時間間隔不可太短以保證每層施工質(zhì)量。在毛化基層濕潤的情況下抹底層FTC節(jié)能材料，用壓尺刮平找直，用木抹板搓毛。搓毛后，進(jìn)行中間層FTC節(jié)能材料的施工，施工方法同底層，但抹面時需壓入鋼絲網(wǎng)進(jìn)行加固。

④抹面層FTC節(jié)能材料。鍍鋅鋼絲網(wǎng)固定完成后，進(jìn)行面層FTC節(jié)能材料抹面施工，厚度在20 mm以內(nèi)，抹面時務(wù)必保證表面弧度與穹頂一致。

⑤噴刷憎水劑。當(dāng)FTC表面干燥后（顏色呈灰白色）方可實施水泥基聚合物防水涂料工作。防水涂料厚度為1.5～2 mm，表面經(jīng)毛化處理后可實施砂漿臥瓦工作。

4 質(zhì)量控制

1）穹頂鋼構(gòu)拱殼預(yù)埋件必須準(zhǔn)確，以免拱殼安裝無法進(jìn)行；鋼構(gòu)拱殼吊裝時吊車大臂滿足穹頂拱殼安裝要求，吊裝安全保護(hù)措施到位；鋼拱殼板環(huán)周等分16塊加工，現(xiàn)場裝配滿焊，主頂固定在外圍混凝土圈梁上；所有鋼材雙面機(jī)械除銹后涂環(huán)氧富鋅、環(huán)氧云鐵防銹漆各一遍。

2）FTC自調(diào)溫相變節(jié)能材料實施前應(yīng)對基層進(jìn)行毛化處理，保溫厚度嚴(yán)格按照節(jié)能計算要求執(zhí)行，保溫內(nèi)鋼筋網(wǎng)架加固設(shè)置到位，表面防水涂料無漏涂。

5 結(jié)語

通過上述措施和施工方法，穹頂結(jié)構(gòu)施工僅用一周完成，比原計劃節(jié)約20 d，縮短了工期，降低了施工難度，積累了穹頂施工經(jīng)驗。

1）鋼構(gòu)拱殼穹頂計算簡潔，實施簡便，工期較鋼筋混凝土穹頂大為縮短且不造成屋面效果改變。

2）FTC自調(diào)溫相變節(jié)能材料為A級保溫材料，節(jié)能效果好，操作簡單，特別適用于穹頂、弧形屋頂?shù)任菝妗?/p>