現(xiàn)澆異形曲面混凝土屋面板施工技術(shù)

李 峻

（福建六建集團有限公司 福州350014）

0 引言

進入21 世紀以來，隨著我國建筑市場的持續(xù)蓬勃發(fā)展，建筑物已不單純只追求實用性，越來越多的建筑開始強調(diào)外在整體的美觀性、獨特性、標志性，而弧形屋頂、異型曲面這類造型獨特的屋面形式很好地滿足了上述追求，正越來越多的被各類建筑，尤其是公共建筑所采用［1-3］。但這類屋面形式造型復(fù)雜，結(jié)構(gòu)多變，施工難度大［4-6］，對于現(xiàn)場的施工工藝水平要求高［7-10］，本文對異型曲面屋面的施工進行深入調(diào)查、研究和總結(jié)，探討解決異型曲面屋面施工中的技術(shù)難點，提高施工質(zhì)量。

1 工程概況

建甌市博物館（見圖1），位于福建省建甌市水南片區(qū)北部，北鄰三江交匯口，南臨南湖公園，為多層公共建筑，總建筑高度24.23 m，3 層現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總建筑面積 14 511.89 m2，其中屋面板面積3 951.97m2，為漸變貝塞爾曲線形式。

圖1 建甌市博物館Fig.1 Jian'ou Museum

2 主要施工難點

2.1 屋面板面積大、弧度變化大、測量定位難度大

博物館屋面板面積為4 000 m2，曲面屋面板標高位置差異懸殊，最大高差達 14.88 m（+7.95～22.83 m），曲面變化大，且曲面變化復(fù)雜，在如此大的面積上如何精確定位成為整個工程的難點之一。

2.2 曲面屋面板混凝土澆筑定型難度大

博物館屋面板曲線形式為漸變貝塞爾曲線，在重力的作用下，屋面板混凝土澆筑時由于混凝土自身流動性的存在，容易自發(fā)地自上而下向低處流動，造成混凝土屋面板厚度不均勻、外觀變形走樣，而采用傳統(tǒng)的混凝土澆筑工藝無法滿足異形曲面屋面板澆筑嚴格的質(zhì)量標準。

3 施工技術(shù)方法

3.1 屋面弧形區(qū)段劃分

為了完美呈現(xiàn)設(shè)計圖紙要求的弧度，同時為了確?；炷翝仓ㄐ?，根據(jù)設(shè)計圖紙顯示，異形曲面現(xiàn)澆屋面在長度方向曲面的改變，是以屋面次梁為分界線變化，曲面線形呈貝塞爾曲線形式。針對此種設(shè)計，為便于放線定位、模板施工、提升曲面結(jié)構(gòu)精確度，按沿長度方向以次梁為分界線分為3 個區(qū)進行支模，如圖2 所示。

圖2 弧形屋面縱向區(qū)段劃分Fig.2 Longitudinal Segment of Curved Roof

3.2 BIM 建模輔助設(shè)計，對模板支撐預(yù)排

為保證屋面板曲面施工的精確性，施工前，以屋面次梁為分界線分別劃設(shè)弧形區(qū)段，對模板支撐架采用預(yù)先排布虛擬布置，利用BIM 技術(shù)，對整個異形曲面屋面進行虛擬可視化建模，然后針對每個區(qū)段畫出剖面大樣圖，以確定每一區(qū)段曲面的準確弧度，并結(jié)合模板支撐施工方案，對模板支撐架進行平面布置，然后根據(jù)弧形屋面立體模型及各剖面圖弧度，計算每個區(qū)段內(nèi)各個鋼管的定位、長度，然后根據(jù)結(jié)果計算所需扣件等材料的數(shù)量，提供材料進場需用計劃。本工程曲面屋面板鋼管立桿總數(shù)超過8 000 根，在施工過程中，按照事先做好的預(yù)排布置，使用不同長度的鋼管階梯排布，使模板表面標高做到平滑漸變，以此來控制屋面弧度，如圖3～圖5 所示。

圖3 異形曲屋面各區(qū)段剖面Fig.3 Profile of Sections of Shaped Roof

3.3 精確定位放線、精準復(fù)核

異形曲面屋面板軸線精確定位：在定位放線、施工時利用立體投影法，利用BIM 建模進行水平投影，投影出曲面屋面在下一結(jié)構(gòu)層上的水平方向投影圖，再依據(jù)該投影圖并結(jié)合現(xiàn)場實際施工情況，再按照屋面分區(qū)圖將各區(qū)段分界線投影至下層結(jié)構(gòu)層上，并以此作為施工分區(qū)控制軸線，進行定位，如圖6 所示。

圖4 屋面支撐架預(yù)排剖面Fig.4 Pre-arrangement Profile of Roof Support Frame

圖5 BIM 模型屋面板3D 效果圖Fig.5 3D Effect of the BIM Model

圖6 異形屋面定位放線水平投影Fig.6 Horizontal Projection of Positioning and Placing Line of Shape

3.4 提高混凝土成型外觀質(zhì)量

在弧度較大的位置采用雙面支模、鋼絲網(wǎng)分片阻擋等措施；在弧度較小的位置采用塑料薄膜覆蓋、弧度收光等措施，塑料薄膜可為混凝土增加一層阻尼效果，以此達到控制混凝土澆筑形狀的目的。此外，針對屋面板各處不同的弧度、長度，采用不同類型的振搗器分區(qū)澆筑振搗混凝土，提高混凝土質(zhì)量以及成型外觀。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

屋面弧形區(qū)段劃分→CAD 技術(shù)對模板支撐進行預(yù)排→BIM 建模精確定位放線→鋼管支撐架搭設(shè)→模板、鋼筋安裝→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護、拆模。

4.2 操作要點

4.2.1 鋼管支撐架搭設(shè)

⑴ 根據(jù)曲面混凝土屋面板模板支撐體系的立桿布置預(yù)排圖，按照定位放線中所標明將支撐架定位、安裝，搭設(shè)中嚴格按圖布設(shè)，在鋼管架頂部設(shè)置頂托，便于高度微調(diào)、精細化控制模板支撐體系的弧度。

⑵ 由于曲面屋面板沿長度方向弧度變化大，因此在支撐架搭設(shè)時，注意長度方向在增加短向斜撐，以保證架體穩(wěn)定性，鋼管支撐架屋面弧度較大處局部大樣如圖7 所示。

圖7 鋼管支撐架屋面弧度較大處局部大樣Fig.7 Local Large Sample with Larger Curvature of Steel Pipe Support Frame

4.2.2 模板、鋼筋安裝

⑴ 梁模板安裝：控制好梁底的起拱高度，在底模上綁扎鋼筋后，清除雜物，安裝梁側(cè)模板，梁側(cè)模板上口要拉通線找直，用梁內(nèi)撐條固定。

⑵ 屋面板模板安裝：為保證屋面曲面精確度，均使用完整模板拼接，因長度方向屋面曲面變化較大，故將模板的短邊作為屋面的長度方向，長邊為屋面的寬度方向，可盡量減小曲面弧度誤差。曲面弧度較大的位置混凝土澆筑采用雙面模板，在采用雙面模板區(qū)域提前安裝止水螺栓間距@400，雙面模板剖面大樣如圖8 所示。

圖8 雙面模板剖面大樣Fig.8 Large Profile of Double-sided Template

⑶ 鋼筋安裝：屋面板鋼筋直徑小，安裝時只需按圖紙的使用定位鋼筋固定即可；對于屋面梁筋，由于鋼筋規(guī)格較大，在加工時根據(jù)屋面曲面弧度進行彎曲，彎曲完成后使用按照屋面弧度制作的模型對比。

⑷ 屋面厚度控制：為保證屋面曲面上表面弧度及屋面板混凝土厚度，在鋼筋施工完成后在板筋上焊接鋼筋，按2 000 mm×2 000 mm 的間距對稱布置，厚度控制焊接鋼筋布置大樣如圖9 所示。

4.2.3 混凝土澆筑

曲面屋面板混凝土采用泵送澆筑，由于曲面屋面起始端弧度很大，需對傾斜度超過45°的屋面采用雙面支模。澆筑混凝土?xí)r對屋面進行分區(qū)澆筑，優(yōu)先澆搗南北方向的主框架梁澆筑，澆搗順序南北向主框架梁澆筑，采用雙層模板技術(shù)，螺栓必須采用止水螺栓進行施工，澆筑方法應(yīng)由一端開始向另一端推進，即先澆筑東西方向框架梁，按階梯形不斷延伸，梁、板混凝土澆筑連續(xù)滾動向前進行。

圖9 厚度控制焊接鋼筋布置大樣Fig.9 Thickness Control Welding Steel Bar Layout Large Sample Diagram

澆筑時先采用泵送及布料機將混凝土運至工作面后，使用鐵鍬人工將混凝土運至所需的位置，用刮鏟抹平并進行拍打成型，待形成一個平整面后再采用大平板隨搗隨抹平，待混凝土初凝前，采用手提平板式振動器從下向上進行抹面收光，以此類推循環(huán)施工，直至一個區(qū)域完成，移至下一區(qū)域繼續(xù)施工。

4.2.4 屋面板拆模

當混凝土強度等級滿足設(shè)計要求時（達到100%設(shè)計強度時），方可拆除模板；其中雙面模板的上面層模板在混凝土終凝后可先行拆除。拆模板時，不能用力撬除模板造成混凝土表面缺陷，需按方案規(guī)定的步驟進行，應(yīng)特別注意對混凝土表面的保護。

5 質(zhì)量、安全、環(huán)保措施

5.1 質(zhì)量控制措施

⑴ 曲面模板安裝必須按經(jīng)過審批的模板施工方案進行，嚴禁任意變動，必須設(shè)置臨時固定設(shè)施嚴防傾覆。

⑵ 全部安裝完畢后，應(yīng)及時加固橫向和縱向的水平，并與支柱固定牢靠，水平撐應(yīng)設(shè)上下兩道。

⑶ 板安裝經(jīng)檢查無誤后時，方可進行下一道工序，在澆筑混凝土?xí)r設(shè)專人看模，如發(fā)現(xiàn)位移、鼓脹、下沉、漏漿、支撐脫落、預(yù)埋件走動等現(xiàn)象，應(yīng)停止?jié)仓?，并立即糾正后再繼續(xù)澆筑。

⑷ 安裝前應(yīng)認真做好技術(shù)及安裝交底，模板澆筑混凝土前必須充分澆水濕潤，拆模后，及時清理刷混凝土隔離劑。

⑸ 安裝曲面屋面板模板時，下一層模板應(yīng)能承受上層傳遞來的荷載，上、下層支架的立柱應(yīng)對準，并鋪設(shè)底座及木墊板。

⑹ 澆筑成型的混凝土表面不得有缺陷，表面應(yīng)光潔。

5.2 安全控制措施

5.2.1 監(jiān)測監(jiān)控

⑴ 曲面屋面板模板支撐架監(jiān)測點布置應(yīng)根據(jù)支架平面大小設(shè)置各不少于2 個立桿頂水平位移、支架水平位移及立桿基礎(chǔ)沉降監(jiān)測點，并提前設(shè)置變形報警值，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測要求，選擇合適精度的監(jiān)測儀器。

⑵ 實時監(jiān)測澆筑混凝土過程中曲面模板支撐體系的變形，監(jiān)測頻率為25 min/次。監(jiān)測時間可控制在混凝土澆注前直至混凝土終凝。發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)立即停止?jié)矒v，疏散人員，上報項目經(jīng)理，并進行加固處理。

5.2.2 安全保證措施

⑴ 曲面屋面板混凝土澆筑時其下一樓層的支撐體系不得拆除。

⑵ 臨邊作業(yè)要有足夠的操作平臺和安全防護，在屋面縱向搭設(shè)單排防護架，坡度大的位置安裝橫向階梯式操作防護架。

⑶ 曲面屋面板屬高空復(fù)雜結(jié)構(gòu)模板，安裝與拆除事先應(yīng)有切實的安全措施。

⑷ 安裝模板時操作人員應(yīng)有可靠的落腳點，并應(yīng)站在安全地點進行操作，避免上下在同一垂直面工作，操作人員要主動避讓吊物。

5.3 環(huán)保措施

⑴ 混凝土施工過程中，應(yīng)采取隔音降噪等措施。合理安排施工進度，盡量避免夜間施工擾民。

⑵ 施工過程中，現(xiàn)場專人定時灑水、使用霧炮機、設(shè)置環(huán)圍擋噴淋系統(tǒng)等灑水降塵措施；除雨天外，施工期間每小時開動噴霧（淋）系統(tǒng)不少于15 min。

6 結(jié)語

對于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑而言，造型新穎獨特的建筑外形帶來了施工中對傳統(tǒng)工藝的創(chuàng)新應(yīng)用，本工程通過異形曲面屋面板的施工應(yīng)用實踐，解決了曲面屋面的測量定位、模板支撐體系設(shè)計、混凝土澆筑等幾個主要難題，極大提高了屋面弧形精確度、混凝土觀感，同時縮短了施工工期，保證了屋面施工的質(zhì)量與安全，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。