外傾式不等徑斜交圓柱節(jié)點施工技術(shù)

鐘億云 朱振華

(中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司 福建福州 350000)

0 引言

現(xiàn)階段，場館、商場等大型公共建筑越來越多，多元化、個性化的建筑形式逐漸豐富起來，更多的工程采用外傾的造型，外傾式斜圓柱也有了更加廣泛的應(yīng)用。其中最大的難題是不等徑斜交圓柱節(jié)點施工技術(shù)，如何保證工程質(zhì)量成為大家關(guān)注的焦點。這就需要對不等徑斜交節(jié)點施工技術(shù)不斷優(yōu)化，消除不利的影響因素，保證施工過程的各個環(huán)節(jié)科學(xué)合理，流程規(guī)范，質(zhì)量達標，使不等徑斜交節(jié)點施工技術(shù)難題得到解決，有效保證工程質(zhì)量?；?，文章以泉州市安溪縣某工程為例，詳細介紹其施工技術(shù)，為不等徑圓柱斜交節(jié)點施工提供借鑒參考。

1 工程概況

1.1 工程簡介

泉州市安溪縣科技館、青少年宮、婦女兒童活動中心工程，占地面積1.958hm2，建筑面積37 013.6m2。其中科技館地上4層，青少年宮、婦女兒童活動中心地上5層，科技館設(shè)計為倒錐型，外側(cè)為12根向建筑物外傾斜角度為15°～19.68°D650mm的斜圓柱，如圖1所示；長度為25.2m，內(nèi)部為20根D1100mm直圓柱，斜圓柱與直圓柱在標高+0.6m位置斜交，如圖2所示。

圖1 不等徑圓柱斜交模型

圖2 成型效果

1.2 施工難點

(1)不等徑斜交圓柱節(jié)點鋼筋下料難，彎折角度不易控制；

(2)節(jié)點模板翻樣難，節(jié)點模板尺寸、形狀未知，無法施工，斜柱外傾角度大，加固難度大；

(3)節(jié)點位置鋼筋密集，箍筋采用螺旋箍，混凝土澆筑振搗困難，難以保證圓柱節(jié)點混凝土質(zhì)量。

2 施工工藝流程

施工工藝流程：節(jié)點模板翻樣制作→斜圓柱鋼筋按不同角度彎折→直圓柱箍筋綁扎→斜圓柱箍筋綁扎→直圓柱模板安裝→斜圓柱模板安裝→混凝土澆筑。

3 施工要點

3.1 鋼筋工程

(1)斜柱角度在15°～19.68°不等，每一個斜柱對應(yīng)角度不一致，鋼筋下料彎折角度控制至關(guān)重要。工程采用預(yù)制固定角度鋼板，每個斜柱對應(yīng)相同角度鋼板，斜柱鋼筋按角度下料，保證鋼筋定位、角度準確，便于模板安裝。

(2)直圓柱與斜圓柱箍筋都采用螺旋箍筋，應(yīng)先按圖紙設(shè)計計算出螺旋箍筋數(shù)量，直圓柱箍筋先套上，節(jié)點高度用紅油漆標示，直圓柱箍筋綁扎完后在節(jié)點位置插入斜圓柱主筋，后綁扎斜圓柱螺旋箍筋，確保了節(jié)點位置主筋定位準確，箍筋及加密鋼筋間距符合要求，極大地提高了節(jié)點位置鋼筋綁扎效率，也縮短了工期。

3.2 模板工程

(1)材料的選擇

工程基于成本與工期考慮，選擇定型木質(zhì)圓模。木制圓柱模板是屬于建筑工程技術(shù)領(lǐng)域一項新型的模板材料，利用木質(zhì)膠合板的可彎曲性，通過高溫高壓定型不同的弧度，達到不同的直徑，從而用于曲面建筑物的成型來完成澆注混凝土。廠家定制覆面木質(zhì)膠合板圓模，面板厚度18mm，面板抗彎強度設(shè)計值[f]=31N/mm2，面板彈線模量E=11 500N/mm2，經(jīng)驗算滿足規(guī)范[1]與現(xiàn)場施工要求。木模比定型鋼模板質(zhì)量輕，無需大型吊裝設(shè)備即可進行組裝，提高模板拼裝工作效率，節(jié)約人力，縮短工期。鋼模板是固定規(guī)格，定制時間久。木制圓模板能夠根據(jù)圖紙要求生產(chǎn)任意規(guī)格，生產(chǎn)時間短，可以大批量預(yù)拼裝整體運裝，減少施工耗時，確保工程施工進度。木質(zhì)圓模成本低單價65元/m2，定制鋼模因節(jié)點異形，無法再次利用，單價高達180元/m2,32根圓柱總面積2170m2，木模節(jié)約成本約249 550元。模板高3m，為兩幅半圓模板拼裝而成。柱箍采用Q235扁鋼，寬32mm、厚2.3mm,固定鋼帶的上下邊距為20cm。

(2)模板翻樣

不等徑圓柱斜交，最大的難點在于節(jié)點模板翻樣，節(jié)點位置模板定位極其困難。為滿足進度要求，技術(shù)部進行關(guān)鍵節(jié)點提前策劃，抓住最大的難題：節(jié)點模板翻樣下料的問題。兩軸線相交圓柱相貫，大圓柱相貫線解析求法[2]為：

解析法中可以看出相貫線為光滑封閉的空間曲線，較為復(fù)雜。結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況綜合考慮，兩軸線相交圓柱相貫[3-4]可用作圖法來求相貫線，作圖法能形象、直觀地把兩圓柱相貫線畫出來。假想用輔助平面截切兩圓柱，分別得出兩圓柱表面的截交線。由于截交線的交點既在輔助平面內(nèi)，又在兩圓柱的表面上，因而是相貫線上的點。兩軸線相交圓柱相貫，相貫線的側(cè)面投影已知，可利用輔助平面法求共有點：①等分相貫線在右側(cè)的投影距離，找到每個等分點，量出每個點對應(yīng)斜圓柱上的弦長；②通過輔助平面返回到斜圓柱圓上畫出交線等分對應(yīng)的每個交點弦長；③弦長交斜圓柱圓上交點作垂直于徑向的斜線；④斜線與投影對應(yīng)等分點在直圓柱上母線的交點即為相貫線的點。平滑且順次連接各點，作出相貫線，并且判別可見性，整理輪廓線如圖3所示。

相貫線在直圓柱表面為葉子狀的空間曲線，在斜圓柱上展開為類似雙曲線。利用弧長公式把將兩相貫線展開，分別計算出直圓柱與斜圓柱弧長。將數(shù)據(jù)在Excel中繪制出相貫線形狀，如圖4所示，在牛皮紙上進行1∶1還原，畫出相貫線形狀。貼在鍍鐵板上，剪下大圓柱葉子模型及斜圓柱類似雙曲線模型，分別貼在相應(yīng)的圓模板上，如圖5所示，在不同圓模板上將相貫線切出，然后進行試拼裝，如圖6所示，確認無誤后方可批量切割，減少返工，節(jié)約材料。

圖3 輔助平面法

圖4 繪制相貫線

圖5 模板翻樣

圖6 節(jié)點試拼裝

(3)模板加固

在圓柱模板安裝前，根據(jù)施工圖及原始坐標點采用全站儀極坐標法準確定位，測圓柱模板的外邊線及外側(cè)控制線，在圓柱上中下設(shè)置4道定位鋼筋。拼裝模板之前檢查柱根部混凝土，表面應(yīng)平整光潔，如達不到平整度要求，用1∶1水泥砂漿找平。柱截面內(nèi)鑿毛、剔除松動石子及浮漿且用水沖洗干凈。依據(jù)模板定位線，對齊模板企口用水平固定卡將模板箍緊，再采用水平箍滿堂腳手架支撐體系相連接，水平桿加固間距為1.5。拼裝完成后，必須用吊線和鋼尺采用平行線投點法檢查圓柱垂直度并將圓柱模板校正，使其滿足規(guī)范要求。安裝模板時，當柱高超過3m，模板的上下連接處的兩塊模板需要錯開安裝，錯位安裝可以保證圓柱體的垂直性和整體性，節(jié)點位置大圓柱需在相貫線中部斷開，另一半模板需錯開。

斜圓柱固定鋼帶要求垂直軸線加固，可以保證鋼帶受力均勻，固定鋼帶的上下邊距為20cm(直徑200mm～1100mm)(安裝技巧：鋼帶安裝時先彈出每個加固位置一圈周線。上鋼帶時將鋼帶放在線上，即可保持鋼帶的安裝緊致)。安裝螺絲時，每一個螺絲擰緊度要保持一致，這樣才能保證鋼帶松緊度的一致性及施工安全。由于模板是錯開安裝，在上下模板水平接口的位置一定要用鋼帶進行加固，鋼帶要水平覆蓋在接口部位，而且保證接口位置在加固鋼帶的中間，可以增強模板的穩(wěn)固和施工的效果。鋼帶安裝好后為了加強模板的穩(wěn)定性，要在模板四周垂直加5cm×10cm木方4個，并用4根鋼管固定木方。這樣不僅可以對木模板進行保護，而且可以緩沖振動棒的壓力，使混凝土成型效果更好，同時這樣保護也有利于對模板進行垂直定位，使模板的受力形成一個整體，達到二次加固的作用。在兩圓柱相交節(jié)點2m高度內(nèi)每隔100mm高設(shè)置一道附加鋼帶，中間的間隙用土工布包裹方木填塞密實。相貫線位置用膠帶封堵，后用砂漿填塞，有效減少兩圓柱接縫位置的漏漿率，提高混凝土成型質(zhì)量。斜柱加固最大的影響因素[5]是模板支撐體系設(shè)計不合理，由于安裝常規(guī)設(shè)計，在加載后易產(chǎn)生整體性偏移。所以斜柱加固在鋼帶外側(cè)一圈滿布鋼管，在鋼管外再額外加一道鋼帶，使斜柱均勻受力，增加模板剛度。在每層設(shè)置間距1000mm鋼管斜撐，并用鋼帶將直圓柱斜圓柱拉結(jié)在一起，一拉多撐，有效支撐混凝土水平推力，做到安全可靠，如圖7所示。

圖7 豎向支撐

(4)模板拆除

斜柱雖然兩端固結(jié)不屬于懸臂結(jié)構(gòu)，但由于傾斜角度過大，混凝土強度到達100%方進行拆模。模板拆除順序與安裝順序相反，先支后拆，后支先拆。先拆掉外圈鋼帶再卸掉鋼管，再拆內(nèi)鋼帶，然后用撬棍輕輕撬動模板，使模板與混凝土分離。

3.3 混凝土工程

(1)混凝土澆筑采用分層澆筑，分層厚度不大于50cm，圓柱高度大于3m時采用串筒分段澆筑并振搗密實，大圓柱分段一次最多澆筑3m。

(2)斜柱斜度大，螺旋箍筋密集，造成混凝土下料困難，振搗棒極易卡在螺旋箍筋上，可采用特制的推子輔助下料[6]。振搗棒隨推子一起下放，提起推子，邊振搗邊緩慢往上提振搗棒。節(jié)點位置使用錘子等在外部進行敲打，提高混凝土密實度，減少蜂窩現(xiàn)象，有效提高了混凝土成型質(zhì)量。

4 實施效果檢測

(1)經(jīng)過復(fù)核，斜柱相貫線平順美觀，斜度符合設(shè)計要求，節(jié)點位置準確。斜柱最大的偏位4mm，滿足規(guī)范要求，加固方案可行。

(2)混凝土回彈強度全部符合設(shè)計要求，拆模后外觀沒有明顯的蜂窩麻面，混凝土成型質(zhì)量較好。

(3)采用木質(zhì)圓模有效縮短了一個月工期，節(jié)約了模板投入249 550元(與32根鋼模相比)，技術(shù)創(chuàng)效顯著。

(4)該工程獲得了2017年度福建省閩江杯優(yōu)質(zhì)工程，結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量獲得了專家組的好評。

5 結(jié)語

通過對現(xiàn)澆混凝土外傾式不等徑斜交圓柱節(jié)點施工技術(shù)的研究，利用輔助平面法成功解決了木質(zhì)圓模在相交節(jié)點無法定位的問題，并通過科學(xué)可行的加固方式與混凝土振搗方法，解決了相交節(jié)點眾多施工難題，節(jié)約了成本，縮短了工期，提升了混凝土成型質(zhì)量，做到科技技術(shù)創(chuàng)效，為現(xiàn)澆混凝土外傾式不等徑斜交圓柱節(jié)點提供了成熟完善的施工技術(shù)。

參考文獻

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[2] 王曉雪.相貫線在數(shù)控加工中的解析求法[J].山西大同大學(xué)學(xué)報,2010,26(5)：70-71.

[3] 何銘新，錢可強.機械制圖[M].北京：高等教育出版社，1997：117-132.

[4] 同濟大學(xué)建筑制圖教研室.畫法幾何[M].上海：同濟大學(xué)出版社，1984：45-50.

[5] 鄭燚紳，符勇.QC在大截面斜向勁性柱施工中的應(yīng)用[J].廣東土木與建筑,2011,5(5)：25.

[6] 黃景忠，鄧蓉.混凝土內(nèi)斜柱施工技術(shù)[J].福建建筑,2010,150(12)：71-73.