高耸混凝土穹顶结构支撑体系施工技术.pdf

张敬中 ： 高耸混凝 土穹顶结构支撑体系施工技术 1 0 3 高耸混凝土穹顶结构支撑体 系施工技术 张敬中 ( 山西省建设工程质量监督管理 总站 。 太原0 3 0 0 0 9 ) 【 摘要】 结合工程实例， 介绍了高耸混凝土穹顶结构支撑体系施工特点及施工技术操作要点， 针对穹顶 结构的支撑体系施工方案比选进行研究 ， 解决了半球型模板制作 、 拼装和高大模板支撑系统施工难题， 保证了工 程质量、 安全、 工期， 同时降低了工程成本。 【 关键词】 混凝土穹顶； 半球形； 支撑体系； 施工技术 【 中图分类号】 T U 7 5 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 4 } 0 6 — 0 1 0 3 — 0 2 半球形穹顶屋面在中国北方地区不常见， 施工中， 此类 结构从定位放线、 钢筋绑扎、 模板支设、 混凝土浇筑等各工序 施工难度均大于普通混凝土结构。为加快施工进度、 保证施 工质量、 节约成本、 技术人员在专家论证前提下， 应用该技术 解决了半球型模板制作、 拼装和高大模板支撑系统施工难题， 保证了工程质量、 安全、 工期， 同时降低了工程成本。 1 工程概 况 晋中学院学术交流中心包括主楼、 裙楼两部分 ， 总建筑 面积 2 8 5 5 0 ． 9 8 m ， 其 中地上 2 4 7 1 3 ． 3 7 m 2 ， 地下 3 8 3 7 ． 6 1 1 1 1 2 。 建筑为地 下一层 ， 主楼 地 上 9层， 裙楼 3层 ； 主楼檐 高 5 5 ． 3 m， 裙楼檐高 1 9 ． 1 5 m； 地下室层高 6 ． 7 m， 1～3层层高 5 ． 5 m， 设备管道层 2 ． 7 m， 4—8层层高4 ． 2 m， 9层 4 ． 5 m， 电梯 机房 4 ． 8 m； 在 9层屋面上水箱间为穹顶结构。整个穹顶是 由8跟 4 0 0 m m 4 0 0 m m的混凝土柱支撑， 8根柱在顶上由两 道 4 0 0 i n l n x 6 0 0 ra m的圆弧环梁连成整体， 球形 内圆直径为 1 2 ． 2 m， 混凝土壁厚底部 2 0 0 ra m， 操作楼面为环梁所在楼面， 球体顶部标高为 1 7 ． 6 m。 2 混凝土穹顶结构技术特点及施工难点 ( 1 ) 混凝土穹顶以球心为对称中心的旋转体对称结 构 ， 半球模板采用现场组拼 ， 模板背楞安装可用木方小料及 胶合板下脚料进行拼接 ， 模板可周转使用。 ( 2 ) 主体工程施工达到球体相应高程时，在高大空 间上进行球壳及内部梁板系统模具组装、 现浇混凝土施工。 ( 3 ) 内底模须铺设圆整， 球壳厚度须控制均匀， 以满 足设计 造型要求 。 3 混凝土穹顶结构模板方案选择 ( 1 ) 选择模板工程方案， 方案 1 用吊模工艺不能保证 设计球壳内表面造型要求， 拆模后会出现多处混凝土凹凸 不平 ， 变形较大， 且较难处理 ， 技术人员讨论一致否决。方 案 2利用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 ， 技术人员讨论该方案也予以否决。由于半 球尺寸较大， 需分段施工 ， 分段拼装， 薄壳下部第一段沿经 线方向弦倾角较大； 方案 3采用类似墙体的双侧支模方案， 第二段球环及上部球冠部分圆弧的弦倾角较小， 采用类似 坡屋面的单侧支模。以半球 内模为例进行说明， 模板拼装 分段如图 1 所示。外模与内模类似。内外模板均采用放大 样方式现场预制、 分段组拼， 为了便于施工， 内模一次组拼 安装到顶 ， 外模与混凝土分段施工 ， 模板周转使用。第三种 方案工艺操作相对简单， 施工方便 ， 造型容易， 工期短， 认为 该第三种方案可行。 ( 2 ) 水平施工缝设置： 由于模板及混凝土浇筑需分段 施工， 分 段高度 根据胶合 板 规格 ( 1 2 2 0 m m X 2 4 4 0 m m 1 2 ra m ) ， 胶合板应整张直接使用， 尽量减少随意锯截， 造成 浪费， 模板预制组拼， 安装时沿半球经线方 向每 2 2 4 0 m m分 段一次， 混凝土水平缝施工缝留置同穹顶半球外模高度。 4施工工艺流 程及 施工技 术操作要点 4 ． 1 施工工艺流程 ( 1 ) 模板组拼。配置模板背楞方木一搭设组拼操作 架一铺放背楞方木一铺放面层胶合板一将胶合板与背楞用 钉子钉牢一钻穿螺栓孔一安装吊钩一模板编号一合格后 吊 至存放架内存放。 ( 2 ) 半球 内模模板安装。定位放线一搭设模板满堂 支撑架一用塔吊吊运对应编号模板至半球壁处设计位置一 根据墙体控制线将模板下口调整到位一加设墙体斜撑一校 正圆弧横肋钢筋的位置及加固与支撑架的连续。 4 ． 2 施工技术操作要点 4 ． 2 ． 1 配置模板背楞与弧形面板( 内模 、 外模的背楞与弧 形面板配制方法相同) ( 1 ) 配制模板背楞。按图纸尺寸在完工屋面按照 1 ： 1 比例放大样配制背楞。以第一段球环模板为例， 在屋面放 出半径为 5 ． 9 m、 弧长为 2 2 4 0 m m的线 ， 背楞选用锯 割成规格 5 0 ra m1 0 0 mm 6 0 0 ra m短方木沿弧形拼接 ， 接头两侧用规 格 9 0 m m 2 0 0 m m1 2 ra m的胶合板小条连成整体。 ( 2 ) 配制弧形面板。在屋面搭设组拼操作架， 在操作 架侧沿经线方向铺放背楞方木 ， 以球环第一段为例， 面板先 用整板拼接， 后按图纸的尺寸用旧板小条拼接斜角。 为保证每片模板的弧度、 强度和整体性， 在模板背楞采 用 2 5螺纹钢筋预弯成模板放样的弧度 ， 用铁丝固定在背 楞和模板上， 组拼完成后吊运至存放架 内存放。 4 ． 2 ． 2 模板安装 ( 1 ) 在半球每段模板整体安装前， 先找出其上下两边 圆心， 在满堂架上加固好 ， 圆心不能移动， 然后按照实际放 样组拼好的分片模板先后进行组装， 的钢筋作模板横 肋， 与模板背楞连接， 根据每道对拉螺杆所在的纬线圆半径 1 0 4 低温建筑技术 2 0 1 4年第 6 期( 总第 1 9 2期) 进行校正、 固定， 确保每段模板弧度的准确性。见图 1 。 ( 2 ) 内模模板配制一次完成， 一次安装到顶， 外模模 板周转使用， 每段模板弧形相同， 但弦倾角不同， 第一施工 段每片模板问的三角缝隙大小也不同， 每片模板之间的三 角缝隙在半球现场用旧板锯割拼缝。外模下部第一段需安 装模板， 第二段及球冠部分由于弦倾角较小， 仅为 3 4 。 和 1 4 。 ， 此部分采用单侧支模。 ( 3 ) 外模与内模通过对拉螺杆连接 ， 在钻对拉螺杆孔 时， 为防止雨水渗漏， 内模上的开孔要 比外模板上的孔高 5 c m， 并且在每一段混凝土浇筑时， 放置 5 0 ra m X 1 0 0 mm的木 方留置施工缝 ， 施工缝留置应遵循内高外底的原则， 内侧混 k ," ~ 2 4 4 0 l I、 、 —— ———————— 叫 图1模板分片拼装图 凝土表面高于外侧5 0 mm， 见图2 。 放置5 0 ram1 0 0 mm的木方留置施工缝 ，混 凝土表面内外高差5 0 ram。 对拉螺栓百径1 4 m m，内孔高于外 孔5 0 ram，纵横向间距为6 0 0 ram， 最底一道对拉螺栓距地面2 5 c m。 模板背楞为5 0 ram1 0 0 m m~方拼接 ， 背楞间距为2 0 ～ 2 5 c m；直径2 5 ram 的螺纹钢筋沿兰球纬线方向完 成 圆弧作为横肋 ，间距为6 0 0 ram， 用斜撑与满堂架固定 。 图2 模 板加 固及施 工 缝 留置 图 4 ． 2 ． 3 模板支架要求 标准值产生的轴向力； N Q K活载为施工荷载标准值产生的 ( 1 ) 根据半球穹顶设计直径计算 ， 施工时必须从建筑 轴向力总和， 包括施工人员及设备荷载、 振捣混凝土时产生 物底部开始， 搭设内切圆直径为 1 2 m的正六边形满堂红脚 的荷载、 倾倒混凝土时产生的荷载。 手架， 在此基础上进行适当加密与加固即可， 保证步距控制 由于立杆纵横向间距均按 0 ． 9 m均匀布置， 故选取穹顶 在 1 ． 5 m以内， 纵横距控制在 0 ． 9 m以内， 在固定圆顶中心木 中心 支撑 杆 所支 撑 的 面颊 为 计算 单 元， 经 计 算， N = 圆盘处支架需加密钢管 ， 并严格控制其位移 ， 使中心木圆盘 1 ． 2 N G1 K+1 ． 2 N G 2 K+ 1 ． 4∑N Q K =1 ． 2 2 ． 7 8+1 ． 28 ． 1 7 固定不动。内脚手架部分立杆可伸出球壳顶部 ， 便于与外 +1 ． 4 3=1 7 ． 3 4 k N 部脚手架立杆相连。 ( 2 ) 稳定性验算。长细比A= L d i = 2 0 7 9 ／ 1 6=1 3 0 ， L ( 2 ) 每步均设置纵横向水平杆， 连接方式采用对接， = =1 ． 1 5 51 ． 51 2 0 0=2 0 7 9 ， ， =1 ． 6 。 穹顶半球下部纵横向水平杆与建筑物结构顶紧， 屋面下部 查表得： 稳定系数 0 [ =0 ． 3 9 6 ，N ／ Aa=1 7 ． 3 4 X 1 0 0 0 ／ 纵横向水平杆与8根柱子连接牢固， 增加架体结构稳定性。 ( 3 9 80 ． 3 9 6 )=1 1 0 ． 0 2 ≤ 三 厂 =2 0 5 k N ／ m 2 。 满足要求。 ( 3 ) 外脚手架由球体外侧四周向内悬挑搭设或将水 5 结语 平杆直接伸入球壳内与内脚手架立杆相连。浇筑时， 工人 高耸混凝土穹顶结构支撑体系解决 了半球型模板制 在外脚手架上操作 ， 逐层向上搭设。 作、 拼装和高大模板支撑系统施工难题， 混凝土半球穹顶， 4 ． 2 ． 4 架体验算 接茬平顺 ， 结构密实， 弧形尺寸符合设计要求 ， 无渗漏现象， 模板支撑体系中面板， 对拉螺栓及主次楞属常规做法， 观感质量良好， 为公司同类工程提供借鉴。 验算略去。由于本模板支撑体系球冠最高处高达 1 7 ． 6 m， 属 于高大模板支撑体系， 仅验算最高处立杆稳定性。球冠部 位是单侧支模， 立杆承受竖向荷载较大， 模板支架最高， 故 ⋯ ． ．一 验算支撑球冠部位的立杆不同步距最底一步的稳定性。 丐x陬 ( 1 ) 轴力计算。模板支撑架是敞开式满堂架， 榆次地 [ 1 ] J G J 1 6 2 - 2 0 0 8 ， 建筑施工模板安全技术规范[ S ] ． 区基本风压为0 ． 4 k N ／ m ， 验算立杆稳定性 ， 不考虑风荷载。 [ 2 ] 扣件式钢管脚手架计算手册( 中国建筑工业出版社) [ s ] ． 轴力设计值： Ⅳ=1 ． 2 N G 1 K+1 ． 2 N G 2 K+1 ． 4 ~ ． N Q K 其中， 恒载 N G 1 K为施工结构架自重标准值产生的轴向 力， 包括模板及支架 自重标准值产生 的轴向力； N G 2 K为构 配件 自重产生的轴向力， 包括新浇混凝土 自重及钢筋 自重 [ 收稿 日期 ] 2 0 1 4一 o 4—1 4 [ 作者简介] 张敬中( 1 9 6 4 一) ， 男， 太原人， 高级工程师， 从事 房屋建筑工作。