现浇砼球形结构施工技术

1、现浇砼球形结构施工技术摘 要 ： 文章以恒大城工程现浇砼球形结构为例，探讨了球形结构模板、支撑体系的 施工技术，以满足工程对安全、进度、质量、经济目标的实现。 关键词 ： 球形，桁架，模板，支撑体系。随着经济的不断发展，建筑作为一座城市带给人们的第一印象， 已逐渐由单一的结构功能型向主观装饰型发展。 一个造型美观的屋顶 建筑，不但美化了建筑形象，甚至成为一幢建筑物的主要标志，钢筋 砼球形薄壳屋顶具有结构自重轻， 可跨越较大空间， 装饰效果多样化 的特点，其产生的艺术效果，能给人以感染力和美的享受。本文仅以 某工程施工实例浅谈球形现浇屋顶建筑施工技术。1、工程概况：市恒大城综合楼位于槐安路与光平

2、街交叉口，建 筑面积 5200M2，现浇框架结构，局部四层。该工程整体外观设计弧 形线条形式多样，构思新颖别致，属仿欧式建筑，混凝土球形结构一 共有四个，两个位于 17.55m 的环梁上，两个位于 20.05 的环梁上， 球体半径均为 3m，为半球壳体现浇结构。如图如示：该球形壳体设在标高 17.55M 的环梁上，环梁尺寸为 400MM 宽 *500MM 高，环梁下为 300 圆形现浇框架柱，底层操作楼面标高为 14.04M，球体顶部标高为 20.55M，球形外圆直径为 6M ，混凝土壁 厚 15CM，C30 级，配三级钢 10150双层双向钢筋网，球顶距操作层 楼板面净高为 6.51M。根据

3、业主、设计及监理三方提供的对于该球体现浇结构必须一次 成型，确保质量优良的要求，项目部成立了 QC 小组，对此课题进行 技术攻关。2、施工方案2.1 球形壳体是以球心为对称中心的旋转体对称结构。在高大空 间上做半球壳体现浇施工， 其主要的施工技术难题是： 底模必须铺设 圆整，以满足设计造型要求； 操作人员作业时要有安全感， 上下方便， 搭设支架少占空间，不影响厅其它专业施工，支架牢固，搭拆容易， 支架结构合理，经济适用。2.2 方案的选择。模铺设要控制半球体经、纬两个方向。根据球 面造型设计要求，我们拟定了三种方案： （1）采用吊模工艺；（2）采 用传统曲面木桁架龙骨造型制作工艺； （ 3）采

4、用曲弦梁式钢筋简易桁 架造型工艺。 经过小组针对三种方案在质量、 工期及经济方面进行可 行性比较， 第一种施工方案即采用吊模操作工艺， 虽然在经济上比较 节约，工期也短， 但通过小组调查其他工程实例证明，该吊模工艺不 能保证设计球壳表面造型要求， 拆模后均发现多处砼凹凸不平， 变形 较大，且较难处理，小组讨论一致否决。第二种方案需要一次投入木 材约 15M3 左右，木桁架制作工艺繁杂，劳动强度大，用工多，工期 较长，施工成本高，小组讨论该方案也予以否决。第三种方案采用曲 弦梁式钢筋桁架定型工艺， 是利用曲弦梁式钢筋桁架作为球壳底模造 型经线方向主龙骨， 在桁架上弦绑扎钢筋作为球壳底模造型纬线方

5、向 次龙骨，然后在次龙骨上铺设固定胶合板底模， 此工艺操作相对简单， 施工方便，造型容易，工期短，小组经过讨论认为该方案可行。2.3 施工顺序：弹控制线框架柱施工球壳下环梁施工 （梁予埋桁架焊接支座 和球壳予留插筋） 预制曲弦钢筋桁架搭设脚手架及支架安装 曲弦钢筋桁架 （主龙骨） 安装次龙骨铺设底模绑扎钢筋网安 装外模浇筑球体砼模具拆除装饰装修脚手架拆除。2.4 主要施工方法及技术措施2.4.1 轴线标高的控制1）轴线引测。在操作层现浇楼面板上弹出球体中心及通过中心点的各道桁架投影控制线。 球体顶部中心通过此控制点向上引测。 具 体操作方法：在现浇面上搭设 1.1M 见方的钢管扣件式脚手井架，

6、脚 手架的投影中心与球心控制点重合， 脚手架兼作上下爬梯之用， 在脚 手架的顶部水平钢管上面紧贴球顶模下面固定一个用于支撑简单钢 筋桁架的圆形钢支盘， 钢支盘安装标高计算必须精确， 圆形钢支盘的 中心投影与球心控制点重合， 钢支盘用来连接桁架和脚手架并起传力 作用，钢支盘半径与桁架榀数相适应。2）标高引测：环梁施工及球壳施工的标高均由操作层楼面用长 钢卷尺通过脚手架垂直立杆向上传递，以免产生误差。2.4.2 模板工程1）曲弦钢筋简易桁架焊接制作。根据球形尺寸进行放样前业计 算，扣除底模铺贴厚度和次龙骨安装厚度以及球顶顶部预留圆形支架 尺寸得出钢筋桁架上弦弧长为 4.47MM ，下弦长为 4.0

7、3M，高跨比为 1/3。根据计算结果进行放样，焊接简易曲弦钢筋桁架作为球壳底模 经线方向定型支撑主龙骨，如图 2 所示由于钢筋在外力约束作用下最易弯曲且按一定规律自然变形达 到设计弧形要求，先采用 18 钢筋焊接制作了一榀桁架，经现场试 验，其抗变形能力不能满足要求，后采用 20 钢筋制作，焊接时注 意适当起拱，经多样拉压试验，其抗变形能力符合球体造型要求。为 减少简易钢筋桁架榀数， 将球体根部桁架间距拉大， 控制桁架间距不 大于 1M，按间距 1M 计算，需要 18 榀简易桁架。2）钢筋桁架的安装。如图 3 所示，在浇筑球壳根部环梁砼时， 在环梁侧面梁顶部位置埋设支座铁件， 用于焊接固定钢筋

8、桁架。 将制 作好的钢筋桁架的上下端分别焊接固定在钢支盘和环梁予埋支座上， 焊接时必须注意两榀桁架先后对称安装， 并使桁架正投影与定位控制 线重合，确保桁架安装上下垂直。桁架之间上、下弦分别另焊钢筋水 平及斜拉条固定，防止晃动变形。桁架就位后拉线通过圆心检查，造 型尺寸符合设计要求。3）纬线方向次龙骨安装见图 4 所示。沿钢筋桁架曲弦画线分档 从底向上绑扎环形钢筋次龙骨， 利用钢筋弯曲后自然形成的弧形， 次 龙骨采用 12 钢筋进行绑扎，由于桁架下部 1/3 围次龙骨间距相对较 小，桁架上部次龙骨间距可适当放大， 本次施工次龙骨钢筋由底向上 绑扎间距为 100-200MM 。绑扎完后在球体顶部

9、利用塔吊吊重物施工 外力试验（相同结构及施工荷载）无变形，能满足球体底模弧面造型 要求。4）球底模铺设。球底模采用 5MM 厚优质胶合板铺设。铺贴前 假设将球体平均分成若干瓣，将其中一瓣展开后得到上窄下宽的扇 形，然后将胶合板裁割成类似扇形（注意充分利用胶合板的长边） ， 按照上窄下宽拼装铺贴，确保接缝严密。在胶合板上沿经、纬两个方 向按照每 30-50CM 一点钻两个孔用 12#铁丝将胶合板牢牢固定在板 底钢筋龙骨上。5）球体外表面侧模安装。由于球形曲面原因，钢筋笼空间小， 如果外侧圆模一次性安装过高，振动棒在钢筋笼活动受到很大限制， 很容易造成砼过振胀模或漏振形成蜂窝、 露筋严重缺陷。 故

10、采用边立 外模边浇筑连续施工的方法。具体做法就是先立最下一排环形外模， 支撑固定后， 砼入仓浇筑至接近模板上边缘， 然后模板工接着安装第 二排模板，依此类推，连续协调作业，在离球顶 1/3 弧长距离时，由 于此段球面坡度小，砼可以直接入笼浇筑，不必立外侧模板。2.4.3 钢筋工程1）按图纸设计要求。球壳配筋为双层双向三级钢10150，上、 下层经向钢筋用量分别为 126 根和 120 根，如果钢筋绑扎时均通过球 顶中心点，钢筋重叠高度将达到 2.46M 高，很显然不符合要求， 为了 使钢筋绑扎时在球顶部位不发生重叠现象， 且钢筋之间能保持一定的 间距。方案确定在钢筋绑扎至距球顶中心 1M 处（

11、此处每根钢筋净距 为 50MM ）按间距 100MM 保留部分经向钢筋伸向球顶作锚固，其余 经向钢筋在此处截断， 然后用长 3200MM ，三级钢 10150间距绑扎成 双层双向钢筋网片， 与原球体经向钢筋绑扎搭接。 此方法不但保证了 质量，节约了材料，同时解决了施工难点。2）在浇筑球壳根部环梁砼时，在环梁预留球体经向插筋，插筋 按长短交错留置， 底模铺好后， 即可按插筋位置对应搭接绑扎球体经 向钢筋，上下层及相邻钢筋互相错开。 为保证钢筋上下层排距及钢筋 保护层厚度，在绑扎钢筋网片时沿钢筋纵横方向按每 0.6M 焊一根无 保护层的 10 定位筋。2.4.4 混凝土工程 球形薄壳结构砼浇筑的难

12、度主要是球体下部坡度较大， 且呈双向 曲面，振捣棒不易振捣。球体上部接近于平面，砼表面曲面造型难度 大。为此，采取如下措施：1）球体下部 2/3 弧长约 1.49M 长度采用分层环向浇筑，分层浇 筑高度以 0.6M 为宜 ,避免单层砼浇筑过高产生偏心压力导致球体变 形。该段砼均采用插入式振捣棒振捣，点振间距不超过 30CM，振捣 时间以每点持续 10S-20S 为宜。2）球体上部 1/3 弧长围砼采用平板式振动器振实，一边振实一 边用弧形样板尺在砼表面刮整造型，直到砼浇筑全部完成。3）砼设计强度 C30级，均采用商品砼， 利用塔吊直接吊运到位， 用 32.5 级普硅水泥， 5-15MM 碎石，

13、中粗砂，砼坍落度控制在 50 10MM 围，掺加少量防水剂。砼浇筑后，加强了砼表面覆盖养护。2.4.5 脚手架搭设1）脚手架，在现浇楼面上围绕球中心轴对称搭设钢管井字架式 中心脚手，在环梁上钢支座下面搭设满堂脚手架并用斜拉杆将此外水 平杆与中心井架上部连接，使中心井架固定不动，见图 4。2）外脚手架 由球体外侧四周向悬挑搭设或将水平杆直接伸入球壳与脚手架 立杆相连。浇筑砼时，工人在外脚手架上操作，然后逐层向上搭设。由于外脚手架水平杆一端埋在混凝土中，可在钢管外加一套管， 在拆除脚手架时， 即可轻易抽出钢管， 再用掺膨胀剂的水泥砂浆将孔 洞填实抹平。3、总结效果3.1 该工艺操作简单，施工速度快。从制作模具到砼浇筑全部 完成只用了 11天工期，比传统施工方法提前 9 天，工期缩短 45%。3.2 用工少，计划用工 155 工日，实际用工 85 工日，节省用 工达 45.2%。3.3 经济效益显著，采用传统桁架龙骨支撑需木材 15M3，按 1350元/M 3计算需 20250元。采