“水滴形”建筑弧形剪力墻快速放線方法研究

白龍龍

（山西一建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

隨著建筑設(shè)計(jì)水平的不斷提高，建筑結(jié)構(gòu)形式越來越多元化。在建筑工程施工中，經(jīng)常會(huì)遇到一些平面、立面設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的建筑物，例如蘑菇形、橢圓形、弧形等，尤其是會(huì)議中心、展覽中心、體育中心等大型公共建筑上常采用橢圓形和弧形設(shè)計(jì)?；⌒卧O(shè)計(jì)的建筑中有一種被稱為“水滴形”的建筑，其弧形剪力墻需要采用一種新的放線方法，加快其測(cè)量放線，并保證其尺寸準(zhǔn)確。本文將論述一種弧形剪力墻快速放線方法，實(shí)現(xiàn)弧線快速精準(zhǔn)測(cè)放。

1 弧形剪力墻快速放線方法研究背景

寓意巍巍太行黃河湯湯的瀟河新城項(xiàng)目設(shè)計(jì)取自“山河”相依理念，以盤山脊勾畫屋脊，以黃河翻騰起的浪花為連綿屋頂，融合當(dāng)?shù)孛窬有我?，將“表里山河”的山西地域特色與現(xiàn)代化設(shè)計(jì)兼容并蓄。山西·瀟河新城1號(hào)酒店建筑外形為“水滴形”，位于山西省太原市小店區(qū)，總建筑面積82537m2，地下1層，主樓為地上16層、裙樓為地上2層，建筑外形為“水滴形”結(jié)構(gòu)，為框架－剪力墻結(jié)構(gòu)。該工程地下1層至地上16層主樓的核心筒剪力墻、裙樓局部框梁均為弧形結(jié)構(gòu)，核心筒弧形剪力墻由大直徑、多曲率（圓心）控制的多段弧形墻構(gòu)成，經(jīng)統(tǒng)計(jì)有34個(gè)控制圓心，曲線線段多，梁周長(zhǎng)長(zhǎng)，主樓單層需放線弧形剪力墻長(zhǎng)度為63.42m，弧形梁217.36m，裙樓單層需放線弧形梁長(zhǎng)度355.05m。測(cè)量放線定位放樣難度大，且工期緊、任務(wù)重，所以測(cè)量放線的效率和精準(zhǔn)度直接影響著工期。弧形剪力墻平面布置見圖1。

圖1 弧形剪力墻平面布置圖

2 工程中常規(guī)的放線方法

（1）采用垂準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀放控制線。非矩形結(jié)構(gòu)，經(jīng)緯儀只適用于矩形結(jié)構(gòu)，無法放出弧形控制線。此方法無法滿足工程需求。

（2）采用全站儀對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)逐個(gè)放樣，然后用墨線對(duì)各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行連接。放線時(shí)由于全站儀操作過程繁瑣，需要反復(fù)測(cè)量、調(diào)整，測(cè)量每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)需要的時(shí)間較長(zhǎng)，需要放樣的坐標(biāo)點(diǎn)較多。此方法無法滿足工程需求。

（3）采用RTK測(cè)量?jī)x對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行放樣，然后多點(diǎn)連接成一條弧形控制線。與全站儀放樣相比，效率提高不少，但受天氣、溫度等環(huán)境因素影響大，放線精度受限，易影響工程質(zhì)量。此方法無法滿足工程需求。

結(jié)合以上背景，亟需一種新的方法或工具，實(shí)現(xiàn)弧形結(jié)構(gòu)建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線快速定位[1]。

3 弧形剪力墻快速放線方法的設(shè)想與設(shè)計(jì)

3.1 弧形剪力墻快速放線方法的設(shè)想

大直徑、多曲率（圓心）控制的多段弧形剪力墻測(cè)量放線工作中需要解決的問題主要為：需要測(cè)放點(diǎn)的數(shù)量較多，影響施工工期；墻體弧線準(zhǔn)確度難以控制，影響工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量。首先對(duì)兩個(gè)問題進(jìn)行分析研究，向國內(nèi)同類型建筑測(cè)量放線方法進(jìn)行查新借鑒。針對(duì)需要測(cè)放坐標(biāo)的數(shù)量較多問題，設(shè)想將剪力墻弧線進(jìn)行分段，找出設(shè)計(jì)的規(guī)律，分成適當(dāng)?shù)亩温?，并將不同圓心的軸線轉(zhuǎn)化成常規(guī)縱橫向軸線，用以控制弧線段位置及尺寸。針對(duì)墻體弧線準(zhǔn)確度難以控制的問題，同樣設(shè)想將弧段制定出定型模具，將模具除弧段的其它邊設(shè)計(jì)為規(guī)則尺寸，通過控制定型模具，從而控制弧段位置及弧度。結(jié)合以上兩個(gè)問題的設(shè)想思路，借鑒一些弧狀結(jié)構(gòu)的放線方法，首先采用BIM技術(shù)對(duì)弧形剪力墻進(jìn)行建模，建立平面坐標(biāo)系，設(shè)定縱橫坐標(biāo)系，以剪力墻外邊為基線，將弧線劃分在多個(gè)首尾相接的類似三角板塊上，采用弧形線段模具化，從而設(shè)想出“弧形剪力墻快速放線方法”[2]。

3.2 弧形剪力墻快速放線方法的設(shè)計(jì)

3.2.1 工藝流程設(shè)計(jì)

弧形剪力墻快速放線方法的流程是：BIM技術(shù)深化→模具加工→測(cè)量準(zhǔn)備→現(xiàn)場(chǎng)測(cè)設(shè)控制點(diǎn)→依次排布模具→畫出弧線→復(fù)核定位。

3.2.2 BIM技術(shù)深化

（1）根據(jù)施工圖對(duì)弧形墻體采用BIM技術(shù)進(jìn)行建模（見圖2），分析得出各段弧墻走向規(guī)律，生成弧墻的200mm控制線，保證模具成型最小寬度為100mm，長(zhǎng)度統(tǒng)一為2000mm。

圖2 BIM放線模型圖

（2）以兩側(cè)最小寬度模具外側(cè)為基準(zhǔn)，偏移、相交得出平行于縱橫向4條控制線，以規(guī)則矩形線控制放線模具位置，控制線相交得出四角控制點(diǎn)。依據(jù)控制線與軸線的關(guān)系，計(jì)算出控制點(diǎn)的相對(duì)平面坐標(biāo)，以便放出控制點(diǎn)、控制線。

（3）按順序?qū)δ＞咭来芜M(jìn)行編號(hào)，并形成放線模具下料圖，標(biāo)出每一塊模具的尺寸。

（4）依據(jù)控制線與模具的縱橫向位置關(guān)系，對(duì)每一塊模具與縱橫向控制線尺寸進(jìn)行標(biāo)注，用于對(duì)模具進(jìn)行定位（見圖3）。

圖3 模具縱橫向定位圖

3.3 模具加工

（1）模具在工廠加工，數(shù)控下料采用厚度為3mm的鋁塑板加工，既操作方便又可以保證模具不易變形，從而確保模具位置的準(zhǔn)確性，最終保證弧形剪力墻放線的精度。

（2）根據(jù)加工表分段制作，模具長(zhǎng)度統(tǒng)一為2000mm。

（3）模具成型后及時(shí)按下料表編號(hào)，確保每一塊板編號(hào)準(zhǔn)確。

（4）在每塊模具板上預(yù)留直徑50mm圓孔，方便塔吊成套吊裝，減少人工搬運(yùn)對(duì)模具板造成的變形、損壞。

（5）每次使用結(jié)束后，對(duì)模具清理干凈，由專人保管，及時(shí)存入庫房，避免丟失與損壞。

3.4 測(cè)量準(zhǔn)備

（1）對(duì)所有進(jìn)場(chǎng)的儀器設(shè)備及人員進(jìn)行初步調(diào)配，并對(duì)所有進(jìn)場(chǎng)的儀器設(shè)備重新進(jìn)行檢定，項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人對(duì)測(cè)量人員進(jìn)行技術(shù)交底。

（2）勘察現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，了解現(xiàn)場(chǎng)四周建筑物位置，有無障礙物，對(duì)布設(shè)控制點(diǎn)有無影響，對(duì)影響布設(shè)控制點(diǎn)的障礙物一定要排除。

（3）向建設(shè)單位和監(jiān)理收集進(jìn)行測(cè)量工作所必需的原始測(cè)量資料、施工設(shè)計(jì)圖紙[3]。

3.5 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)設(shè)控制點(diǎn)

（1）根據(jù)該工程定位放線坐標(biāo)，由測(cè)量人員使用全站儀放樣，依據(jù)總平面圖、首層平面圖及地下室結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)平面圖，用全站儀的放樣功能放出弧形剪力墻四角控制點(diǎn)坐標(biāo)，采用直線法放出縱橫向4條控制線，由2人進(jìn)行復(fù)合、驗(yàn)證，合格后請(qǐng)監(jiān)理項(xiàng)目部進(jìn)行驗(yàn)線。測(cè)驗(yàn)合格后，測(cè)量人員方能進(jìn)行弧形剪力墻放線。

（2）弧形剪力墻四角控制點(diǎn)經(jīng)校核無誤后用墨斗彈出十字交叉點(diǎn)，用紅油漆作醒目標(biāo)志，用于上部樓層測(cè)量放線基準(zhǔn)點(diǎn)。對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，貼溫馨提示標(biāo)識(shí)，避免丟失和損壞。

3.6 依次排布模具

（1）對(duì)成型模具進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放大樣預(yù)拼裝，核對(duì)模具的準(zhǔn)確性。

（2）根據(jù)每一層的控制點(diǎn)及其與控制線的關(guān)系，采用兩點(diǎn)可確定一條直線的原理，放出縱橫向4條控制線，并對(duì)4條控制線相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核無誤后可對(duì)放線模具進(jìn)行定位。

（3）根據(jù)控制線與放線模具的位置關(guān)系，依據(jù)縱橫向控制線確定出1號(hào)板位位置，每塊模具位置要依據(jù)縱橫向2條控制線確定，每個(gè)方向至少對(duì)模具兩端進(jìn)行定位，并反復(fù)調(diào)整，確定第一塊放線模具的位置。依次確定其他模具的位置，相鄰兩塊放線模具首尾相接，并對(duì)每塊模具至少從三個(gè)不同點(diǎn)量測(cè)與控制線的關(guān)系，保證模具位置準(zhǔn)確，從而保證弧形剪力墻邊線的準(zhǔn)確[4]。

（4）樓層間控制點(diǎn)傳遞采用極光垂準(zhǔn)儀傳遞。

3.7 畫出弧線

（1）每定位一塊采用配重塊臨時(shí)固定，在接縫處用膠帶相連，使模具有整體連續(xù)性。

（2）模具內(nèi)側(cè)形成的弧線就是弧形墻的200mm的控制線，用黑色記號(hào)筆畫出弧線。

3.8 復(fù)核定位

（1）在基礎(chǔ)測(cè)設(shè)時(shí)也可以以其他控制點(diǎn)對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)各點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)核。

（2）在標(biāo)準(zhǔn)層可利用平面控制方格網(wǎng)中各內(nèi)控制點(diǎn)相互交叉復(fù)核。

4 弧形剪力墻快速放線方法在工程中應(yīng)用

山西·瀟河新城1號(hào)酒店項(xiàng)目，塔樓核心筒剪力墻分布在6個(gè)不同半徑弧形段上且相互疊加交錯(cuò)，最大弧形半徑值59.6m?；⌒渭袅Χㄎ恍璐罅孔鴺?biāo)點(diǎn)，測(cè)量工作量大、坐標(biāo)點(diǎn)輸入繁瑣。為提高放線效率，項(xiàng)目部在塔樓核心筒剪力墻施工過程中采用“弧形剪力墻快速放線方法”，該測(cè)量放線方法采用常規(guī)的測(cè)量?jī)x器即可完成放線工作，采用全站儀進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)放樣及直線測(cè)放，采用鋼尺進(jìn)行模具定位，采用激光垂準(zhǔn)儀進(jìn)行不同樓層控制點(diǎn)投放，將第一塊模具定位后，其它模具可依次擺放定位，操作簡(jiǎn)便，弧形墻放線準(zhǔn)確[5]，見圖4。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖

若采用常規(guī)的坐標(biāo)放樣方法，每層弧線需要測(cè)放148個(gè)坐標(biāo)，采用“Topcon超聲波馬達(dá)GT-1001測(cè)量機(jī)器人”，5名技術(shù)人員理論約需要連續(xù)10h完成，由于坐標(biāo)點(diǎn)之間弧度不一致，放出的弧線位置準(zhǔn)確度差，無法滿足測(cè)量放線標(biāo)準(zhǔn)要求。采用此弧形剪力墻快速放線方法，每層放線由3名技術(shù)人員實(shí)施，約1.5h完成，且放線精度能夠滿足測(cè)量放線標(biāo)準(zhǔn)要求。此方法很大程度上節(jié)約了工期，減少了技術(shù)人員的投入，滿足了工程施工總進(jìn)度計(jì)劃的要求，創(chuàng)造了較大的效益。

5 結(jié)束語

常規(guī)放線方法對(duì)“水滴形”建筑弧形剪力墻來說存在放線速度慢，尺寸不準(zhǔn)確問題。本文提出弧形剪力墻快速放線方法：采用BIM軟件深化出定型模具，將不同圓心的弧段轉(zhuǎn)化成縱橫向控制線，通過縱橫向控制定型模具邊，從而控制弧線段，可實(shí)現(xiàn)弧線快速精準(zhǔn)測(cè)放，同時(shí)保證異形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。山西·瀟河新城1號(hào)酒店建筑的實(shí)踐證明：弧形剪力墻快速放線方法應(yīng)用簡(jiǎn)便，思路清晰，將對(duì)弧形結(jié)構(gòu)放線轉(zhuǎn)化為對(duì)模具直線邊位置的控制，解決了施工過程中遇到的問題。此方法適用于橢圓形、弧形以及其他異形墻體施工放線工作，思路和方法值得在同行業(yè)推廣、應(yīng)用。