三維弧形懸挑結構清水混凝土施工技術的研究與應用

尚榮朝

(中鐵二十一局第四工程有限公司，西寧　810006)

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三維弧形懸挑結構清水混凝土施工技術的研究與應用

尚榮朝

(中鐵二十一局第四工程有限公司，西寧810006)

為解決傳統(tǒng)膠合板無法塑造空間異型混凝土結構的問題，本文提出了“三維弧形懸挑結構清水混凝土施工技術”。在該施工技術中，模板采用“鋼面板”+“鋼龍骨”支撐系統(tǒng)抵抗施工過程中的變形，針對曲面法線方向上的不規(guī)則變化采用鋼面板切割拼裝工藝，采用電腦三維模型進行構架鋼龍骨進行深化設計、放樣加工制作，使T型鋼龍骨構架精確模擬沿長度方向的無規(guī)則變化。充分利用構架自身的泄水孔對整個模板支撐系統(tǒng)進行加固，保證了結構輪廓曲線順滑，滿足清水混凝土觀感的高標準要求。

異形結構； 模板系統(tǒng)； 清水混凝土； 施工技術

近幾年，建筑物造型越來越復雜，建筑形式高度自由化，這給施工帶來了巨大的挑戰(zhàn)。2014青島世園會主題廣場(圖1)花瓣藝術構架工程位于青島市世園會展區(qū)的西北部，占地面積4萬m2，整個主題廣場由20個花瓣造型組成，其中9個為鋼筋混凝土結構花瓣藝術構架均為空間異形懸挑多曲結構，造型復雜，且要求花瓣藝術構架內側為清水混凝土。

因此，采用傳統(tǒng)的膠合板不能完成異型構架的平滑過渡，必須合理進行模板體系的選擇與設計，嚴格控制模板加工、安裝等環(huán)節(jié)，以實現(xiàn)對清水混凝土弧形曲率精度及模板拼縫錯臺的有效控制，保證混凝土的澆注質量[2]。

針對該項目的特點和難點，采用鋼面板進行切割拼裝，可有效解決傳統(tǒng)膠合板無法塑造空間異型混凝土結構的問題，對清水混凝土的成型起到至關重要的作用； 并針對構架沿長度方向無規(guī)則變化，對構架龍骨進行了深化設計，加工制作了T型鋼龍骨來模擬構架的變化。

1　模板體系的選擇與設計

1.1工藝流程

圖紙二次深化——定位放線——主鋼龍骨安裝——次龍骨安裝——面板安裝——鋼管支撐。

圖1　青島世園會主題廣場

1.2鋼龍骨電腦深化設計

(1)鋼龍骨正式安裝前首先研究構架圖紙，在CAD圖中將構架進行分解成每50cm的一段，鋼模板安裝前首先研究伸縮縫剪力墻施工圖紙，并考慮模板安裝和混凝土施工工藝，確定好模板的幾何尺寸和對拉螺栓的長度[3]；

(2)確定好鋼模板的尺寸后，對伸縮剪力墻模板的強度和撓度進行計算，確定鋼模板面板的厚度，背楞的選擇，間距，以及對拉螺栓的位置和直徑；

(3)利用AUTOCAD軟件模擬定位安裝，確定放樣圖，如圖2所示；

圖2　主鋼龍骨定位安裝放樣三維模型

圖3　主鋼龍骨機械切割

(4)龍骨深化設計完后，通過電腦對其進行機械切割，已確定各分部幾何尺寸無誤,如圖3所示。

1.3定位放線

由于本工程藝術構架造型獨特，呈弧形，且藝術構架坐落在坡地上，斷面標高不相同，為了提高放線的精確性，決定采用GPS對藝術構架進行定位放線。通過圖紙對構件兩端點及圓弧段頂點進行定點，確定主龍骨位置，已確保構件成型后與圖紙一致。

2　模板體系安裝

2.1主鋼龍骨的安裝

(1)本工程主鋼龍骨在工廠內加工制作完畢后運送到施工現(xiàn)場。主鋼龍骨安裝前，首先對主鋼龍骨進行臨時支撐，鋼龍骨底部與基礎預埋化學螺栓焊接,如圖4所示；

圖4　主鋼龍骨的安裝圖

(2)因每根鋼龍骨尺寸不一，鋼龍骨按原放樣圖加工完畢后應按順序標號，避免運至現(xiàn)場后安裝順序錯亂，導致造型與原設計偏差；

(3)校核主鋼龍骨位置，位置調整好后，將主鋼龍骨底座與預先植入的化學錨栓進行連接，確保主鋼龍骨在施工過程中不發(fā)生移位；

(4)待主鋼龍骨安裝就位后，相鄰主鋼龍骨之間采用鋼筋或矩形管進行拉結，保證其整體穩(wěn)定性。

2.2次龍骨的安裝

(1)次龍骨采用20×20mm×2mm的薄壁方鋼，為了保證在混凝土澆筑過程中鋼模板發(fā)生變形間距設定為100mm，兩端與主鋼龍骨焊接；

(2)薄壁方鋼頂部與主鋼龍骨頂一平，使其與鋼板面貼合緊密，保證整體受力，如圖5所示。

圖5　次龍骨布置圖

2.3鋼面板安裝

(1)構架的模板面板采用1.5mm厚的鋼板，模板尺寸為1.00m×2.00m，鋪設方向順龍骨方向，通過在其內側與次龍骨點焊連接在一起；鋼面板下料按照每50cm為一個斷面，計算鋼模板展開面積；

(2)鋼板點焊對接過程中，保證點焊間距，避免焊接量過大造成鋼板受熱形變，使混凝土澆注完成后成型缺陷； 間距過大澆注過程易造成漏漿；

(3)鋼板與鋼板之間對接，鋼板連接縫不大于1mm，否則粘貼膠帶封口，避免混凝土澆注過程中漏漿。

2.4構架背面模板的安裝

(1)背面模板制作完成后，應隨即對模板進行編號，做到管理有序、對號入座；

(2)構架背面高低起伏，因此背面模板配置應與標高的變化相一致。

2.5構架內部鋼管支撐

(1)在進行支撐系統(tǒng)搭設前首先對腳手架基礎進行整平，支架下的回填土密實度不小于規(guī)范要求； 支架地坪要有良好的排水措施，不得出現(xiàn)雨水浸泡現(xiàn)象，防止地坪土含水率過大的變化；

(2)支撐系統(tǒng)利用構架基礎底部預留的泄水孔，鋼管與泄水孔的角度一致放置，在構架內側和外側用鋼管和直角扣件(個數根據計算確定)將鋼管鎖住，鎖住鋼管后用木方將鋼管和泄水孔之間的空隙塞住，防止其上下移動； 主鋼龍骨支座必須頂緊支撐，斜向支撐必須保證受力、傳力準確具體布置見圖6。

圖6　構架內部鋼管支撐布置圖

3　經濟效益分析

針對異型結構采用鋼模板施工方法，與新型玻璃鋼等材質定型化模板相比，材質造價較低； 與傳統(tǒng)土方成型模板，及木模板相比，節(jié)省了大量人力； 澆注完成后，混凝土成型較好，避免了后期修補所帶來的費用。同時縮短了施工工期，從而節(jié)省了人工費、設備機具租賃等費用。與原計劃相比提前40天，組裝用工可減少400多個工日。因此，節(jié)約費用：人工費： 400×260=104 000元； 設備機具租賃費用： 5 400元/天×40天=210 000元。節(jié)約總費用=104 000+210 000=314 000元。

圖7　三維弧形懸挑結構清水混凝土完成效果

4　結語

采用三維弧形懸挑結構清水混凝土施工技術解決了因結構造型復雜造成的混凝土接縫明顯，錯臺等問題，觀感美觀，質量效果較為明顯。主鋼龍骨根據設計圖紙深化后，電腦三維定位加工，保證了混凝土成型后與設計意圖一致。在異型多曲混凝土構件施工工法中開辟的新的理念，為以后此種施工工藝的推廣提供了參考。

[1]JGJ169-2009. 清水混凝土應用技術規(guī)程[S].

[2]鄧偉勇. 弧形拱體結構清水混凝土模板制作與安裝施工技術的研究與應用[J].城市建設理論研究, 2015,(21): 10-15.

[3]韓鋒. 懸挑大跨度弧形“水滴”狀鋼結構施工技術[J].鋼結構, 2015,(8): 85-89.

Research and Application of Concrete Construction Technology for 3D Curved Cantilever Structure

Shang Rongchao

(ChinaRailway21stBureauGroup4thEngineeringCo.,Ltd.,Xining810006,China)

The traditional plywood can’t shape space concrete structure, and therefore, this article puts forward the concrete construction technology for 3D curved cantilever structure. This construction technology uses the supporting system of “steel plate” plus “steel keel” to prevent deformation during construction, uses steel plate cutting and assembly techniques to solve the problems of irregular changes in the surface normal direction, and uses computer 3D modeling to carry out detailed design and sample processing for the structural steel keel, which makes T-shaped steel keel structure accurately simulate the irregular changes in the longitudinal direction. Making full use of the drainage hole of the structure itself to enhance the whole modeling supporting system, this technology guarantees that the structural curve keeps smooth to meet the high standards of concrete appearances.

Special-shaped Structure; The Template System; Concrete; The Construction Technology

尚榮朝(1978-)男，工程師。主要研究方向：土木工程。

【文獻標識碼】A【文章編號】 1674-7461(2016)01-0105-03

10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.01.19