大跨度半球形钢筋混凝土穹顶结构施工技术_杨凯.pdf

202212Building Construction2904大跨度半球形钢筋混凝土穹顶结构施工技术杨 凯 蒋博洋 张友杰 郭志鑫 周军帅 田大卫中国建筑第八工程局有限公司总承包公司 上海 201204摘要：为解决大跨度半球形钢筋混凝土穹顶结构的高支模施工难题，采用BIM建模确定支撑系统中每根立杆的位置和长度，通过现场放样和定型钢管的煨弯加工搭设安装模板支撑系统，覆以柔性木胶合板加方木以及分段施工设置钢板止水带，很好地确保了大跨度半球形钢筋混凝土结构穹顶的施工质量。总结的经验可为今后类似工程施工参考。关键词：大跨度穹顶结构；双面支模；定位；模板体系中图分类号：TU755 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-2904-04 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.028Construction Technology of Large-span Hemispherical Reinforced Concrete Dome StructureYANG Kai JIANG Boyang ZHANG Youjie GUO Zhixin ZHOU Junshuai TIAN DaweiGeneral Contractor of China Construction Eighth Engineering Division Co.,Ltd.,Shanghai 201204,ChinaAbstract:To solve the difficult problem of high formwork construction of large-span hemispherical reinforced concrete dome structure,BIM modeling is used to determine the position and length of each pole in the support system.The formwork support system is erected and installed through onsite setting out and the bending processing of shaped steel pipes by covering flexible wood plywood with wood squares and installing steel plate water stop in section construction.The construction quality of large-span hemispherical reinforced concrete dome structure is well ensured.The summarized experience can be used as a reference for similar projects in the future.Keywords:large-span dome structure;double side formwork erection;positioning;formwork system400 mm800 mm和600 mm800 mm。13 2831 5004 5006 0006.30 m6 0005.70 m游船码头2.10 m穹顶剖面圆心质感涂料轻集料混凝土0.80 m0.402.70 m（常水位）13 500R0 m2.70 m3.00 m5.40 m5.80 m8 100800 170050050015014=2 1005 40015040040040030702304.40 m4.40 m 1700图1 游船码头穹顶剖面示意半球形穹顶球壳弧形墙体图2 游船码头穹顶三维示意2 施工重点和难点本项目大跨度游船码头穹顶结构设计新颖且地处景近年来，欧式风格和中国的传统建筑形式已成为国内游乐园建筑的潮流模式，穹顶造型美观，是中国古典建筑与西式宗教建筑风格的结合，备受人们的青睐。但造型复杂、大跨度超高混凝土结构的施工成形难度较大。为了实现建筑师的设计意图，如何使用常规材料设计安全、高效、稳定的模架体系来降低工程施工成本并能达到良好的施工效果，将成为施工过程中的一项挑战1-5。1 工程概况荷兰花海月下爱河大跨度半球形钢筋混凝土穹顶结构游船码头位于江苏盐城大丰区斗龙港旅游度假区西侧，建成后将成为斗龙港外湖游船停泊游客下船进入二期月下爱河建筑的地下游船码头（图1）。荷兰花海月下爱河工程中游船码头穹顶为异形多曲面半球形钢筋混凝土结构（图2）。桩基采用“桩基筏板”形式，墙体为现浇混凝土的弧形结构，墙体倾斜角度为6，板厚度400 mm，穹顶半径13.5 m，净高度（最高）11.1 m，上翻框梁截面尺寸作者简介：杨 凯（1990），男，本科，工程师。通信地址：上海市浦东新区罗山路4088弄星月金融湾8号（201204）。电子邮箱：收稿日期：2022-08-25结构施工STRUCTURE CONSTRUCTION建筑施工第44卷第12期2905区特殊位置，造成从现场施工组织、准备、定位、模板制作、混凝土浇筑等各个环节的工作量加大，难度增加。1）穹顶结构荷载大，受力复杂，应力分布不均匀，支撑架体难度高。2）穹顶结构为多曲率半球形结构，结构设计为上翻梁和暗梁，无法采用常规模板体系施工，模板定位复杂，精度要求高。3）结构断面复杂，断面随高度上升不断变化，在测量放线、支撑架体安装、模板安装、钢筋绑扎、混凝土浇筑及振捣方面工序工况复杂。4）纵向曲线倾斜，且钢筋排布复杂，对于钢筋放样及安装、混凝土振捣难度高出常规结构体。5）此混凝土结构底口直径27 m，高度11.1 m，结构体积约550 m3，施工体量大，且结构位于塔吊覆盖范围外，材料运输难度大。3 确定穹顶的施工方案通过Revit Bim软件在计算机中放样，由于是半球形异形曲面结构，所以支撑系统中每根立杆位置和长度不同。现场搭设时，按照排版放样图进行满堂架体搭设，内部模板排架搭设完成后，在找形杆上安装穹顶内模，穹顶结构外侧模板安装高度随着混凝土浇筑高度进行分段支设 安装。由于穹顶结构整体模板为弧形，而且厚400 mm穹顶结构弧形墙模板采用双面支模，必须采用分段分层浇筑施工，混凝土浇筑过程中，振捣棒振捣安插难度较大，故模板分段分层安装高度不宜大于6 m。按照半球形弧形墙曲率，现场采用48 mm3 mm钢管进行11弯曲成形，上架安装后进行焊接，形成定位找形排架（搭设高度、宽度与穹顶尺寸相同）并逐一进行编号，单片找形定位架体搭设完成后将其安放至预先排版位置，并与满堂架体纵横杆扣件连接牢固。根据曲面穹顶结构的特点，模板排架的主次龙骨分别是：采用48 mm3 mm无缝钢管的主龙骨，次龙骨为50 mm60 mm方木，弧形墙体的墙厚和双层模板定位采用止水螺栓进行安装加固。混凝土采取分段浇筑方式，在每道施工缝处设置钢板止水带，每次混凝土浇筑前须对施工缝处进行凿毛接浆，以此方式循环进行穹顶剩余部分的施工浇筑。4 关键施工技术及工艺要求根据以上特点和难点分析，施工过程中必须做好以下工艺措施和关键技术。4.1 施工工艺流程深化设计定位放线（复核）球壳形支撑架搭设定位找形杆件安装底模安装钢筋绑扎外模安装模板体系验收混凝土进行分段浇筑4.2 弧形墙板模板设计选型1）按照穹顶弧形墙板的自身曲面设计，充分发挥现场钢管可弯可塑的特点，采用48 mm3 mm无缝钢管作为内侧模板的定位找形模架。2）内侧模板底部采用50 mm60 mm方木，相互之间排布不宜大于200 mm，另外水平方向主龙骨采用48 mm3 mm无缝钢管，钢管根据放样弧度曲率进行11弯曲成形，搭设间距为900 mm（图3）。50 mm60 mm方木厚12木胶合板48 mm3 mm无缝钢管14高强对拉止水螺栓厚弧形墙400图3 穹顶弧形结构双面夹模搭设大样3）内外侧模板采用厚12 mm木胶合板，按照现场弧形板墙实际排布采用竖向或横向方式使用木工钉直接固定于排架外侧方木次龙骨上，模板面按设计间距，打止水螺栓孔。竖向按照事先计算机排布图进行错缝排列，增加其整体稳定性（图4）。立面构造径向双钢管环向双钢管找形方木径向定位横杆环向定位横杆立面构造径向双钢管环向双钢管找形方木径向定位横杆环向定位横杆定位找形构造图4 穹顶弧形墙体定位找形构造4）模板加固采用14 mm高强对拉止水螺栓，底部2.5 m高度范围内，螺杆间距加密，横向间距300 mm，纵向间距300 mm。其余区域螺杆纵横向间距600 mm。4.3 控制线施放、定位骨架制作按照Revit BIM设计准备中的放样尺寸，以及模架的排布图，在筏板基础面进行弧形墙身的圆心和相应的弧线投影放线。然后按照计算出的间距尺寸进行外扩。杨凯、蒋博洋、张友杰、郭志鑫、周军帅、田大卫:大跨度半球形钢筋混凝土穹顶结构施工技术202212Building Construction2906按照圆弧墙身曲率线形，在现场按照11的比例对钢管进行弯曲形成定位找形排架，48 mm3 mm钢管采用冷弯机进行反复弯曲加工，最终形成弧形墙身曲率相对应的弧形，单片组合安装形成龙骨骨架，并进行编号和 标记。4.4 球壳径向弧形龙骨安装4.4.1 双钢管找形采用拉弯设备拉弯成形，分3段安装，每段之间对接扣件连接，整体弧度需与网壳竖向断面曲率一致。4.4.2 找形定位考虑脚手架搭设体系复杂且体量大，混凝土结构形为异形结构，后期定位放线较为复杂，现将架体定位线与异形混凝土定位线结合为一，环形定位线映射环向立杆线向外200 mm，避开立杆与横杆遮挡投影线情况；通过平面与标高相结合，三维定位异形混凝土结构（图5）。斜撑径向定位横杆竖向立杆环向定位横杆径向双钢管架体横杆双钢管龙骨方木次龙骨木模板200图5 定位示意1）架体顶部布置弧形双钢管作为底部找形，水平投射均指向驳岸码头圆心位置，整体定位方向与架体立杆同步，并通过环形定位横杆与径向定位横杆将荷载传递给竖向立杆。2）外侧每一跨立杆后退设置1道环向定位横杆，下部角度较大部位，定位横杆要加密，且竖向距离不得超过900 mm，斜撑与斜撑间距不得超过700 mm，斜撑、径向定位横杆与架体立杆拉结不得少于3个拉结点（图6）。因钢管与钢管之间为扣件连接，双钢管之间存在一定间距，现场采用加大U形托进行支撑。4.5 球壳环向圆形次龙骨安装1）工艺流程：环向双钢管次龙骨安装，与径向双钢管连接径向找形方木安装，钢丝绑扎在次龙骨上。2）次龙骨：球壳径向弧形龙骨安装完成后，开始布置球壳环向圆形次龙骨，间隔500 mm环向布置，与球壳径向多曲率弧形龙骨钢丝绑扎牢固。3）径向找形方木：球壳环向圆形次龙骨安装完毕后，径向弧形龙骨 图6 球壳径向弧形龙骨定位示意 开始安装径向找形方木，为便于找形，降低施工难度，径向找形方木扁方向垂直于次龙骨间隔200 mm布置，采用钢丝与双钢管绑扎牢固呈现造型。4.6 内网壳多曲率球形底模安装1）内网壳球形底模安装在完成造型的曲面径向找形方木上，为便于弯曲成形，木模板宜采用厚12 mm优质全新胶合板满铺。单元模板全部加工成300 mm600 mm尺寸，横向布置使斜交网格接缝最少。2）为确保底模曲线找形，应注意底模与次龙骨贴合严实，模板安装时需严格控制底模与次龙骨接缝。3）为确保底模整体连续顺滑，应严格控制模板与模板之间接缝。4）铺设底模时，为防止后续交叉作业，先将底模一次性铺设到顶，随之，外操作架也一同做起，待定位绑扎钢筋时，将架体拆掉，按支撑架规格搭设（图7）。环向双钢管径向双钢管径向找形方木优质曲面木模加密斜撑环向定位钢管拉结环向定位钢管U形托斜撑双钢管主龙骨满铺方木次龙骨优质木模4 8双钢管+扣件图7 多曲率球形模板安装示意4.7 搭设模板支撑架穹顶模板支撑排架内部核心采用满堂架体，其中立杆横向间距700 mm、纵向间距700 mm；满堂架步距1.5 m。最外侧立杆距离弧形墙300 mm。其中半球形斜