淺談不規(guī)則曲屋面設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

郭驊銳，邱時(shí)秒，楊 劍，趙家歡，關(guān)世超

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 深圳 518000）

隨著現(xiàn)代城市建筑審美要求的提高，線條流暢順滑、造型個(gè)性獨(dú)特的曲屋面、斜屋面越來(lái)越受到各類施工建筑設(shè)計(jì)的青睞，尤其是不規(guī)則異形曲屋面，更能體現(xiàn)不同建筑的差異化、個(gè)性化，這對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。本文以趣店科技金融創(chuàng)新園區(qū)項(xiàng)目主體工程1#樓裙房為例，對(duì)不規(guī)則曲屋面施工技術(shù)分析探討。

1 工程概況

廈門(mén)趣店科技金融創(chuàng)新園區(qū)工程位于福建省廈門(mén)市同安區(qū)，總用地面積53 239.311m2，總建筑面積231 725.00m2，地上建筑面積171 955.00m2，地下建筑面積59 770.00m2。由1 棟9 層綜合性高層辦公樓（1#樓）和2 棟24 層辦公樓（2#、3#樓）組成。

1#樓裙房位于1#樓主樓下方，共分為Q1～Q4 四個(gè)部分，投影面積約1.9 萬(wàn)m2，整體采用框架結(jié)構(gòu)，建成后主要作用為辦公門(mén)廳、辦公配套用房及公共開(kāi)放架空空間。

如圖1、圖2 所示，裙房屋面高度、坡度均不相同，Q1、Q2 裙房屋面結(jié)構(gòu)最大高度為10.4m，Q3 裙房屋面結(jié)構(gòu)最大高度為11.2m，Q4 裙房屋面結(jié)構(gòu)最大高度為11m，最大架體搭設(shè)高度處位于Q3 裙房，高度為17.3m。屋面板厚均為180mm，折線梁最大截面尺寸為800×1 800mm，折線梁最大跨度約28m，位于Q3 裙房大會(huì)議室頂部。

圖1 Q1裙房結(jié)構(gòu)典型剖面示意圖

圖2 Q3裙房結(jié)構(gòu)典型剖面示意圖

裙房?jī)H與主樓核心筒相連，屋面采用C35 混凝土、抗?jié)B等級(jí)P6，為不規(guī)則山丘狀的覆土種植坡屋面，覆土厚度不小于400mm，屋面結(jié)構(gòu)最大坡度約43°、裙房?jī)?nèi)部空間最大高度約17.3m（位于Q3 大會(huì)議室）。

2 施工重點(diǎn)及難點(diǎn)分析

1）1#樓裙房屋面呈不規(guī)則曲線屋面，標(biāo)高控制點(diǎn)較多，測(cè)量難度大，需在不改變屋面造型的前提下，將曲線梁優(yōu)化為折梁、將30 多萬(wàn)個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行精簡(jiǎn)，并在施工過(guò)程中做好標(biāo)高數(shù)據(jù)分解。如何精準(zhǔn)控制標(biāo)高、保證屋面造型是本工程施工的重點(diǎn)。

2）1#樓裙房不規(guī)則斜屋面最大坡度約43°、內(nèi)部空間最大高度17.3m，常規(guī)支撐體系及模板加固方式難以保證施工安全及混凝土成型質(zhì)量，如何選擇施工方法是本工程施工的重點(diǎn)。

3）1#樓裙房投影面積約1.9 萬(wàn)m2，造型復(fù)雜，且有型鋼、預(yù)應(yīng)力梁等，如何保證混凝土結(jié)構(gòu)的成型質(zhì)量是本工程質(zhì)量控制的難點(diǎn)。

3 工藝流程及操作要點(diǎn)

總體工藝流程：抄平定位→滿堂架搭設(shè)→梁底支撐搭設(shè)→梁底模支設(shè)→梁側(cè)模支設(shè)→樓板模板支設(shè)→預(yù)檢→梁板鋼筋綁扎→基層處理→混凝土澆筑、振搗→表面修整→拆模養(yǎng)護(hù)。

3.1 坡屋面梁板支撐設(shè)計(jì)

本工程共4 個(gè)裙房單元，均為不規(guī)則曲屋面，此處以屋面坡度變化較大的“Q1-1/G軸～Q1-E 軸交Q1-7 軸～Q1-9 軸”區(qū)域?yàn)槔M(jìn)行屋面梁、板支撐設(shè)計(jì)（圖3）。此區(qū)域內(nèi)屋面坡度≤30°的樓板采用單側(cè)支模，屋面坡度大于30°的樓板采用雙面支模，砼澆筑時(shí)自下而上進(jìn)行、且需專人看護(hù)模板。

圖3 示意區(qū)域位置圖

此區(qū)域結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1 所示。

表1 示意區(qū)域結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)支撐體系計(jì)算，此區(qū)域支撐體系參數(shù)如表2 所示。

具體立桿平面布置如圖4 所示。

圖4 立桿平面布置圖

本工程裙房屋面模板支撐體系搭設(shè)時(shí)按情況分為下2 種方式搭設(shè)。

1）單邊支模做法 當(dāng)屋面坡度≤30°時(shí)，采用單邊支模，此方法同平板單邊支模。模板支撐架除了按照一般支撐架要求搭設(shè)外，需增加斜撐以防止坡屋面混凝土澆筑及振搗時(shí)水平分力作用使屋面結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。

2）雙面支模做法 當(dāng)屋面坡度＞30°時(shí)，采用雙面支模，利用止水螺栓+木枋固定樓板兩側(cè)模板，樓板上部模板預(yù)留100×400mm 進(jìn)料及振搗孔（縱向間距1 500mm，橫向間距3 000mm）。模板支撐架除了按照一般支撐架要求搭設(shè)外，需增加斜撐以防止坡屋面混凝土澆筑及振搗時(shí)水平分力作用使屋面結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。

此區(qū)域支模立面做法詳如圖5～圖7 所示。

圖5 1-1剖面圖

圖6 2-2剖面圖

圖7 梁板支撐節(jié)點(diǎn)

斜屋面模板下應(yīng)額外設(shè)置一道橫桿，該橫桿與屋面板平行，與水平橫桿形成三角形穩(wěn)固結(jié)構(gòu)，以保證支撐架體的穩(wěn)定性。

模板工程施工時(shí)，先根據(jù)標(biāo)高數(shù)據(jù)進(jìn)行模板支撐架體的搭設(shè)及模板的安裝，完成后根據(jù)屋面造型和標(biāo)高對(duì)模板標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核、微調(diào)，調(diào)整到位后將定制的三角形木楔插入頂托木枋與木模板之間的縫隙，并用釘子釘緊（木楔位置詳見(jiàn)本節(jié)附圖及“3.2 折梁、折板節(jié)點(diǎn)做法”），以保證斜屋面模板的穩(wěn)定性，同時(shí)可減少斜屋面混凝土澆筑時(shí)水平分力對(duì)模板體系的影響。

3.2 折梁、折板節(jié)點(diǎn)做法

裙房屋面存在大量折梁及折板，此部分區(qū)域支撐架搭設(shè)及模板安裝做法如圖8～圖13 所示。

圖8 下凹折板處支撐節(jié)點(diǎn)（一）

圖9 下凹折板處支撐節(jié)點(diǎn)（二）

圖10 上凸折板處支撐節(jié)點(diǎn)（一）

圖11 上凸折板處支撐節(jié)點(diǎn)（二）

圖12 板底立桿、主次楞排布圖示例圖

圖13 板底模板拼裝示例圖

板底次楞與折線相垂直，折線處次楞下應(yīng)設(shè)置主楞，在角部主次楞下根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)增設(shè)立桿，具體排布根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際支模調(diào)整。

為避免模板浪費(fèi)，板下模板正常配模，根據(jù)折板線進(jìn)行切割。因板及四周梁均存在角度且角度均不相同，故板底模板實(shí)際尺寸相較于平面投影尺寸更大，投影角度相較于平面角度也略有差異，如圖14 所示，陰影區(qū)域?yàn)槟０澹饲闆r下模板∠a、∠b、∠c角度均不同，且∠a相比于平面投影角度略偏小，∠b、∠c相比于平面投影角度略大，模板加工時(shí)應(yīng)充分考慮此因素，同時(shí)配合雙面膠封堵，避免模板拼縫過(guò)大導(dǎo)致漏漿等質(zhì)量問(wèn)題。

圖14 板底模板切割角度示意圖

3.3 混凝土澆筑要點(diǎn)

3.3.1 澆筑方式

裙房屋面混凝土計(jì)劃采用天泵+地泵配合澆筑，具體如下。

1）場(chǎng)內(nèi)行車道路覆蓋范圍內(nèi)的裙房結(jié)構(gòu)部分采用天泵直接澆筑（天泵的澆筑范圍主要分布在裙房結(jié)構(gòu)的外圍區(qū)域）。

2）對(duì)于處于主樓鋼結(jié)構(gòu)覆蓋范圍內(nèi)及場(chǎng)地中間天泵不便澆筑的裙房區(qū)域結(jié)構(gòu)，采用地泵進(jìn)行澆筑（地泵的澆筑范圍主要分布在裙房結(jié)構(gòu)的中間區(qū)域）。

3.3.2 澆筑順序

根據(jù)施現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，4 個(gè)裙房分別開(kāi)展模板體系安裝及混凝土澆筑施工，裙房結(jié)構(gòu)根據(jù)屋面板溫度后澆帶分塊進(jìn)行混凝土澆筑施工（Q1 分為3 塊、Q2 分為2 塊、Q3 分為4 塊、Q4 分為3塊）。裙房邊部區(qū)域屋面板坡度較大位置，采用雙面支模留澆搗口的澆筑方法，澆筑順序由低跨至高跨，對(duì)于雙層模板壓力較大，可視情況分層澆筑，以保證澆筑質(zhì)量。

如圖15 所示，施工時(shí)先利用天泵對(duì)裙房屋面外圍區(qū)域進(jìn)行澆筑，待裙房結(jié)構(gòu)外圍混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，利用該結(jié)構(gòu)再作為地泵泵管的架設(shè)基礎(chǔ)，對(duì)屋面的中心區(qū)域進(jìn)行澆筑，有效地避免了地泵澆筑時(shí)泵管對(duì)斜屋面模板支撐體系的影響。

圖15 裙房屋面后澆帶示意圖

3.4 注意事項(xiàng)

1）在板底支撐架搭設(shè)施工中折板線處應(yīng)設(shè)置立桿，如折線處排桿無(wú)立桿則需在架體頂部一跨設(shè)置額外立桿支撐。

2）保證折板轉(zhuǎn)折線下設(shè)置立桿、木楔與主次楞用釘子固定。

3）為保證主次楞受力，次楞走向應(yīng)與折板線垂直。

4）折板處模板拼縫應(yīng)嚴(yán)密，梁、板、柱交接區(qū)域因各個(gè)構(gòu)件角度不同，應(yīng)嚴(yán)格控制模板切割角度，保證各模板嚴(yán)絲合縫。

5）對(duì)于坡度較大的屋面板下應(yīng)設(shè)置垂直于板面的斜撐加固。

6）為保證坡屋面支撐體系的穩(wěn)固性，裙房各區(qū)域支撐架應(yīng)盡量一次性搭設(shè)、形成整體性。

7）因裙房屋面存在大量坡屋面，為控制混凝土澆筑質(zhì)量，澆筑坡屋面時(shí)提前與攪拌站溝通，并在下料時(shí)備注坡屋面澆筑用混凝土，適當(dāng)減小坍落度，事前對(duì)混凝土坍落度進(jìn)行控制，最大程度降低裙房屋面施工難度、保證坡屋面澆筑效果。

4 結(jié)語(yǔ)

趣店科技金融創(chuàng)新園區(qū)項(xiàng)目1#樓裙房為不規(guī)則曲屋面結(jié)構(gòu)，裙房覆蓋面積為1.9 萬(wàn)m2、屋面結(jié)構(gòu)最大坡度約43°。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)不規(guī)則曲屋面模板支撐加固體系、雙面模板安裝體系，解決了施工過(guò)程中不規(guī)則曲屋面結(jié)構(gòu)模板的穩(wěn)定性、可靠性問(wèn)題；通過(guò)對(duì)混凝土配合比、流動(dòng)性設(shè)計(jì)，對(duì)澆筑順序、澆筑方式精心部署，解決了大斜率屋面混凝土澆筑難以成型的問(wèn)題。該工程裙房結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜，形式新穎，為施工帶來(lái)不少困難，通過(guò)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的精心策劃，制定了科學(xué)合理施工方案，保證了工程項(xiàng)目的順利實(shí)施，該工程案例可為日后同類工程的實(shí)施提供借鑒。