现浇钢筋混凝土“V”型圆柱施工工法(鲁班奖)

现浇钢筋混凝土“V型圆柱施工工法中冶建工集团有限公司邮编：400084

孙慧星李海清景治华张建东刘义权1.前 言随着建筑技术的不断提高，建筑造型更趋新颖、多样化，现浇钢筋混凝土“V”型圆柱结构被越来越多的应用于工程中。但是现浇钢筋混凝土“V”型圆柱的施工却成为一大难点，施工技术要求高、难度大，对工程的质量及工期具有重要影响，尤其是对于模板加工、模板企口拼装、模板加固以及节点钢筋的绑扎技术等要求更为突出，如何采取安全、优质、经济、高效的施工措施加以保证，是施工技术管理的一个重要课题。利用BIM技术辅助现浇钢筋混凝土“V”型圆柱施工，提高模板空间定位及下料精度，确定节点钢筋预下料和绑扎情况，并采用“企口错位拼装、双重加固”的模板施工工艺技术，克服原有技术的不足，减轻工人的劳动强度，提高工人的劳动效率，与传统施工相比，具有操作更方便，施工质量更可靠、成本更低廉等特点，具有一定的推广价值。现浇钢筋混凝土“V”型圆柱施工工法先后在“重庆新闻传媒中心一期工程”、“安徽喜迎门小区二期E标段小学单体工程”中推广应用，效果良好。截止目前，本工法中的核心技术已取得实用新型专利授权3项（①V型圆柱混凝土的浇筑模具，专利号：ZL201420476820.3,②V型圆柱斜线段混凝土浇筑模具，专利号：ZL201420476774.7,③V型圆柱交叉段混凝土浇筑模具，专利号：ZL201420476775.1），同时，取得实用新型专利受理1项（用于构筑圆柱的模板单元及其模板，受理号：201520405100.2）和发明专利受理2项（①V型圆柱混凝土的浇筑模具及施工方法，受理号：201410416916.5，②“V”型圆柱节点部位圆柱模板下料方法，受理号：201510314841.4）。工法特点施工效率高。利用BIM技术实现对V型圆柱的空间定位和精确放样，计算出模板、钢筋施工等各项参数，省去了繁重、低价值的反复协调与人工检查工作，提高了施工整体质量和效率。现场适应性强、劳动强度低、质量易保证。可根据现场实际情况，切割下料，操作方便；同时无需大型吊装设备即可完成组装，提高装模效率；圆木模板采用“企口错位拼装、双重加固”等技术，接缝严密，稳定牢固。2.3木模板周转率高，经济效果明显。“V”型圆柱木模板标准节部分可周转使用，节约成本，经济效果明显。2.4安全性高，绿色环保。设备投入低，作业难度小，安全防护容易，节能降耗效果明显，对周围环境影响小。适用范围本工法适用于工业与民用建筑中现浇钢筋混凝土“V”型圆柱施工。工艺原理4.1采用BIM技术对“V”型圆柱木模板进行空间定位和精确放样，实现了可视化三维视图,提高了模板的加工、安装精度。圆型木模板采用企口错位拼装、双重加固等技术，确保了接缝严密，稳定牢固。节点处钢筋施工采用BIM技术预先放样定位，提高了钢筋安装质量。123451627图4.3123451627图4.3工艺原理图说明：1一048mmx3.5mm钢管固定架 2—^0mmx80mm方木楞3—1mmx30mm环形钢箍带 4—圆木模板5—拼缝 6—对拉丝杆7—结构板施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程图5.1 工艺流程图5.2操作要点5.2.1 “V”型圆柱木模板设计及加工根据工程特点及现场施工条件，在厂家订购18mm厚、3000mm长的半圆弧形木模板，运送至现场后，利用BIM技术进行现场辅助放样，确定圆弧形木模板下料尺寸，最后由专业的技工在现场进行加工。图5・2・1-1“V”型圆柱木模板设计分析图一利用BIM技术建立“V”型圆柱三维视图，剖切相贯线进行数据分析，可得出如上图所示“V”型圆柱圆木模板下料切割轮廓线，为半椭圆形式。利用数学方法，以底部圆心为原点，以切割面横向为X轴和轴中线为Y轴X2Y2 “+=1（b）2a2建立坐标系，可得出模板切割轮廓线的方程式，即（2）2 —①。（其中a为“V”型圆柱交叉点至底部结构面的高加一倍模板厚，b为V”型圆柱直径加两倍模板厚）

图5.2.1-2“V”型圆柱木模板下料分析图为了便于施工，提高下料精度，结合圆木模板施工特点及BIM技术三维视图，采取通过控制H值和L值进行模板下料,即对圆弧形木模板原材料纵向和横向描点，可根据实际需要控制描点的密集程度，最后沿各描点位置依次进行切割,可实现“V”型圆柱木模板的精确下料。(1)H值计算:由①知:Y4由①知:Y4a2X2b2i1 4a2X2由上图分析可知H=YsinP=,'a2-一 sin® ,(其中卩可由施工图算b2出)；(2)弧长L值计算：图5.2.1-3“V”型圆柱模板弧长平面视图由图3可得:COSa由图3可得:COSaR+模板厚二arcCosR+模板厚;（其中要求转化为度数,R为圆柱半径）an（R+an（R+模板厚）180n（R+模板厚）180*arcCosR+模板厚由②③公式可知，除X为未知量外，其他数值均为已知，H值和L值随X值变化而变化，又由①得，X取值范围为（-R-模板厚，R+模板厚）。现场切割下料时，可通过设定X值，算出对应的H值和L值（如图4）,从而得出一系列切割点，再沿着各切割点依次进行切割，可实现“V”型圆柱节点部位的木模板下料。—■1F~半圆弧形末模版图5.2.1-4“V”型圆柱节点部位木模板下料图在“V”型圆柱节点交叉段木模板加工时，根据BIM技术分析的计算数据，将3000mm模板进行描点切割，加工出符合要求的异型节圆木模板，圆筒段可直接采用3000mm的标准节模板，即采用“标准节+异型节”的方式，以达到节约材料的目的。模板加工成型后，应根据事先的模板设计对模板进行编号，方便现场组装（如图521-3）。522定位放线采用BIM技术得出““V”型圆柱平面投影参数，并根据施工图轴线尺寸引测控制线，建立轴线控制网，引测标注圆柱控制线和标高控制线，画出圆柱模板的外边线及外侧控制线。再通过斜率和标高计算出标高偏差，确定偏移值，并在混凝土楼板面上弹出斜圆柱顶端中心线和圆木模板边控制线。在圆柱下部内侧安置定位钢筋（如图522）。、、、、支架搭设时，采用多向支撑的方式，分别在竖向、横向和垂直于斜圆柱方向设置支架，从而使V型圆柱模板在搭设时所受到的竖向应力、横向应力及斜向应力均匀分布在支架上面。采用BIM技术分析了“V”型圆柱模板的受力特点，再运用PKPM软件进行计算，确定模板支撑体系，保证了圆木模板受力均匀和施工安全。将梁板模板支撑架与“V”型圆柱木模板水平固定架综合进行考虑，统一布置，多向受力，均采用48mmx3.5mm钢管扣件式脚手架，设计布置时首先考虑“V”型斜长圆柱木模板水平固定架，梁板支撑架随圆柱木模板进行调整布置，各立杆间距、步距必须满足设计的各项要求。5.2.4钢筋绑扎“V”型圆柱钢筋施工前，利用BIM技术对节点部位的钢筋进行建模，得出可视化的钢筋三维视图，确定节点部位钢筋预下料和绑扎情况。钢筋绑扎过程中，节点处钢筋施工采用BIM技术预先放样定位，再结合施工图纸、11G101图集及相关规范完成钢筋的绑扎。

S圏S圏图5.2・4“V”型圆柱三维视图525 定位筋安装采用直径为12的螺纹钢在圆柱箍筋上焊制定位筋，定位筋以“十”字形式焊制，定位筋沿柱筋的垂直方向间隔500mm均匀布置，第一道的起始布距为50mm。柱筋卡在卡槽内然后用扎丝绑扎牢固，绑扎时保证定位筋垂直于斜圆柱放置。柱模预检拼装模板之前检查“V”型圆柱根部混凝土结构，表面应平整光洁，如达不到平整度要求，用1:1水泥砂浆找平。柱截面内应凿毛、剔除松动石子和浮浆，并用水冲洗干净。冲洗干净后，办理圆柱模预检。“V”型圆柱木模板拼装、加固“V”型圆柱木模板拼装根据构造要求，将预先下料好的圆柱木模板通过塔吊运至指定地点，然后在圆柱木模板与混凝土的接触面涂刷隔离剂，根据拼装顺序，对齐相邻圆木模板企口，模板的上下连接处的两块模板需要分段错位安装，水平接缝采用双面胶进行处理，确保接缝严密，稳定牢靠（如图5.2.7-1和527-2）。图5・2・7-2模板拼装“V”型圆柱木模板型腔体部分加固采用拉杆及方木楞对异型节进行加固，并用填塞方木楞的方式使模板更为紧固。对拉丝杆沿圆柱径向布置，共三排，每排布置四根（图528-1）。“V”型圆柱型腔体部分是施工质量控制的关键点，利用拉杆、方木楞及钢管架的加固方式，不仅质量可靠，同时既简单又经济。图5.2.7-3 “V型圆柱直线段加固“V”型圆柱木模板圆筒段加固1）环形钢箍带第一道加固待“V”型圆柱圆筒段圆木模板拼装完成后，沿圆弧形木模板外圈套上紧固钢带（1mm厚x30mm宽），环箍带之间间距为300mm,靠近所述柱状圆筒端部的所述环箍带与所述柱状圆筒端部的距离为80〜120mm，在施工时，可根据现场实际的需要确定钢带之间的间距。钢带紧固时要保证钢带水平，不要扭曲。由于模

板是错开安装的，在上下模板水平接口错缝的位置一定要用钢带进行加固，钢带要水平覆盖在接口部位，而且保证接口位置在加固钢带的中间，这样可以增强模板的稳固和施工的效果。（如图528-2）■■■■/■■■■/S爷浮「门」.叮佔图5・2・7-4环形钢带加固2）钢管与方木楞抱箍第二道加固钢带安装好以后，为了防止在浇筑混凝土时爆模，在圆柱模板体系外围做四周相切的钢管架，钢管架闭合连接，上下每层钢管间距保持1200mm最佳，起步杆距底200mm,并且与外围的外架连接成整体，并且可以根据实际情况在模板与钢管架之间垂直加设40mmx80mm的方木楞。，这样不仅可以对木模板进行保护，同时也可以缓冲振动棒的压力，使打出来的混凝土效果更好，同时这样也有利于对模板进行垂直定位，使模板受力形成一个整体，达到二次加固的作用。（如图527-5）图5.2.7-5钢管与方木楞水平抱箍加固图5.2.7-5钢管与方木楞水平抱箍加固“V”型圆柱斜度、轴线检验调整模板加固过程中，还要对模板的斜度和轴线位置随时进行校正。即采取模板斜度轴线的检查与模板加固保持同步的施工方式。在脚手架加固的同时，通过线锤吊线的方法来调整模板的斜度和轴线位置，待偏差在规范要求范围内时，将外侧脚手架与周围的脚手架连接成整体，并对模板下口缝隙及连接部位采取堵缝措施，防止漏浆。5.2.9浇筑混凝土现浇钢筋混凝土“V”型圆柱随标准层进行施工，即每次施工高度为4500mm,混凝土浇筑前，采用与混凝土同强度的砂浆浇筑根部，厚度宜为30mm。混凝土采用塔吊吊打的方式，每一吊混凝土方量约为0.8m3。混凝土浇筑过程时，先浇筑“V”型圆柱内侧斜柱混凝土，而后浇筑“V”型圆柱外侧斜圆柱混凝土，以此反复，直至整个“V”型圆柱浇筑完成。5.2.10养护“V”型圆柱采取带模养护方式，使混凝土表面不失水，处于湿润状态。有效避免了混凝土早期表面容易失水而开裂现象的出现。5.2.11柱模拆除在对“V”型圆柱构件的模板拆除之前，应对同条件下的试块进行试压，待砼强度到达100%方可提出拆模申请。拆模前，应对参与拆除工作的各方进行书面安全技术交底。拆除时应严格按照“后支的先拆，先支的后拆”的原则进行拆除。（如图5.2.11）拆模时，依次把加固在模板外的钢管、方木楞、钢带等去除，此时模板自然脱模张开如果有个别没有自然张开的模板，只需要在凸凹接槽口位置用木条敲击振动一下，模板便可以自然张开（为保证混凝土质量，严禁使用工具撬开）。图5.2.11圆木模板拆除

5.3.劳动力组织表5.3劳动力组织情况表（以4根4.5m圆柱进行配置）序号工种数量备注1BIM工程师1负责模型的建立和现场指导2施工技术员1全面负责指挥模板的制作和安装3测量员2负责现场的放样工作4木工5负责现场圆模板的制作与安装5电工1负责现场的施工用电6架子工8负责现场圆模板支撑架的安装7钢筋工6负责现场V型圆柱钢筋下料和绑扎8混凝土工4负责现场V型圆柱混凝土浇筑和养护材料与设备材料材料见表6.1。表6.1材料一览表（以4根4.5m圆柱进行配置）序号机械设备或材料名称型号规格数量备注1木制圆模厚度18mm3402方木楞40mmX80mm330m3钢带1mm厚x30mm宽136根4钢管申48mmx3.5mm440m5钢筋申10、（p22、（p25（均为HRB400级）2.596t6混凝土C4085m3主要机具设备机械设备见表6.2。

表6.2机械设备一览表序号机械设备或材料名称型号规格数量备注1塔吊QTZ250(7035B-16)1负责材料的水平和垂直运输2水准仪DS1型23经纬仪J2-JD型24电钻65其他工具若干包括活口扳手、线锤、榔头、钳子6.3主要应用软件表6.3软件使用一览表序号软件名称主要功能备注1Revit三维模型搭建、算量辅助“V”型圆柱模型的建立2CAD2010平面设计绘图3PKPM支架受力分析指导支撑钢管的搭设质量控制遵照规范、标准7.1.1《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)；《建筑结构荷载规范》GB50009-2012；施工图纸及11G101图集；其他国家及地方强制性条文及标准规范等。质量保证措施根据图纸尺寸优化分节设计，原则为“多标准板，少异型板”，方便重复周转使用。柱头模板按设计尺寸实地裁割并标识，防止因各部位尺寸不同造成模板浪费。方木楞宜采用经干燥的松木，防止使用过程中变形翘曲，使用前应过压刨刨平，以保证模板平整度。钢带设置应严格按设计计算间距布置，确保模板拼缝处有增强钢带，防止模板变形。模板支设完成后，应逐个检查斜撑是否固定牢固，端头是否松动，如有松动应及时用木楔楔紧，防止混凝土浇筑过程中模板变形影响混凝土观感质量。混凝土浇筑前模板必须清理干净，防止影响混凝土观感质量。脱模剂宜采用水性脱模剂，脱模剂应涂刷均匀，不得漏刷，如涂刷后遇雨，应在雨后重新涂刷。拆模时，依次把加固在模板外面的钢管、方木楞、钢带去除，此时模板自然脱模张开，如有个别没有自然张开的模板，只需要在凸凹槽接口位置用木条敲击震动，模板便可自然脱模，严禁用工具撬开。8.安全措施遵照规范、标准8.1.1《建筑施工安全检查标准》JGJ59-2011；《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011；《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162-2008；其他国家及地方强制性条文及标准规范等。安全保证措施扣件式钢管脚手架安装与拆除人员必须是经考核合格的专业架子工。架子工应持证上岗。搭拆脚手架人员必须戴安全帽、系安全带、穿防滑鞋。脚手架的构配件质量与搭设质量，应按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)第8章的规定进行检查验收，并应确认合格后使用。钢管上严禁打孔。作业层上的施工荷载应符合设计要求，不得超载。不得将模板支架、缆风绳等固定在架体上；严禁悬挂起重设备，严禁拆除或移动架体上安全防护设施。满堂支撑架在使用过程中，应设有专人监护施工，当出现异常情况时，应立即停止施工，并应迅速撤离作业面上人员。应在采取确保安全的措施后，查明原因、做出判断和处理。满堂支撑架顶部的实际荷载不得超过设计规定。当有六级强风及以上风、浓雾、雨或雪天气时应停止脚手架搭设与拆除，夜间不宜进行脚手架搭设与拆除作业。在脚手架使用期间，严禁拆除主节点处的纵、横向水平杆，纵、横向扫地杆及连墙件。满堂脚手架与满堂支撑架在安装过程中，应采取防倾覆的临时固定措施。在脚手架上进行电、气焊作业时，应有防火措施和专人看守。搭拆脚手架时，地面应设围栏和警戒标志，并应派专人看守，严禁非操作人员入内。环保措施成立相应的环保管理机构，在施工过程中严格遵守环境保护的法律、法规，加强环境、卫生、文明、安全的施工管理。根据有关法律法规、规章和施工方案，合理布置临时施工场地，施工场地做到整洁文明。废水的排放、建筑垃圾等的堆放和丢弃应按政府有关部门的规定进行管理。严格执行《建筑施工场界噪声限值》标准，施工中采用低噪音的工序，大量焊接所产生的光污染，应采取相应措施进行防护，发现超标及时进行整改。噪音较大的工序禁止夜晚作业。效益分析经济效益本工程31〜33层为现浇钢筋混凝土“V”斜长圆柱，层高4.5*3=13.5m，共4组V型圆柱，混凝土用量约84.78m3，共计模板面积约339.12m?。采用工厂定制钢模板费用：（1）人工费用：8.478*（42.75*1.3*71）=33452.7元（查定额表知单位为10m3，因此84.78/10=8.478。因为倾斜且是钢模板，人工消耗定额为42.75*1.3，人工工日单价71元。）（2） 机械费用：3*900=2700元（机械：选用QTZ250（7035B-16）塔式起重机，总消耗量估计量3台班，2013年11月单价900元/台班）（3） 材料费用：6480*7.99*1.3（2013年11月组合钢模板单价6480元/t,一共有339.12*23.55/1000=7.99t.因为是“V”型，所以耗量x1.3系数，其中每平方米耗量23.55kg）+8.478*1.5*55.48*2.9（混凝土体积84.78m3,定额单位10m3。因为是倾斜的，所以系数*1.5。支撑钢管及扣件消耗量55.48*单价2.9（套用多边形柱定额））=69353.8元。则使用钢模板总造价为：33452.7+2700+69353.8=105506.5元。施工工期【（84.78/10）*（42.75*1.3）】/12=39工日（12名工人施工）采用现场加工.采用工厂定制木模板费用：（1） 人工费8.478*42.75*1.1*71=28306.1元（查定额表知单位为10m3,因此84.78/10=8.478。因为圆柱为“V”型构造，人工消耗定额为42.75*1.1，人工工日单价71元。）（2） 机械费：2*900=1800元（机械：选用QTZ250（7035B-16）塔式起重机，总消耗量估计量2台班，2013年11月单价900元/台班）（3） 材料费用8.478*【1.817*1650*1.3（锯材估计消耗量1.817*单价1650，消耗量的单位是m3•因为是弧形异形锯材，考虑耗量系数*1.3）+1.5*55.48*2.9（因为是倾斜的，所以系数*1.5。支撑钢管及扣件消耗量55.48*单价2.9（套用多边形柱定额））+100（其他材料费，现场得来）】=35936.6元则使用木模板总造价为28306.1+1800+35936.6=66042.7元。施工工期[（84.78/10）*42.75*1.1]/12=33工日（12名工人施工）由上述计算可知，在“V”型构造中采用木模板比采用钢模板相比：节省费用：105506.5-66042.7=39463.8元（其中，人工费5146.6，材料费33417.2，机械费900）；节省工期：39-33=6工日，取得了良好的经济效益，为今后的类似工程施工打下了坚实的基础。社会效益采用该工法的核心内容进行施工，不但能优质、高效地完成施工任务，还为文明施工、节能降耗等提供了前提保证，有利于推进建筑施工的技术进步，为工程施工手段方面提供了一定的借鉴价值，创造了良好