摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑作為一座城市帶給人們的第一印象，已逐漸由單一的結(jié)構(gòu)功能型向主觀裝飾型發(fā)展。一個(gè)造型美觀的屋頂建筑，不但美化了建筑形象，甚至成為一幢建筑物的主要標(biāo)志，鋼筋砼球形薄殼屋頂具有結(jié)構(gòu)自重輕，可跨越較大空間，裝飾效果多樣化的特點(diǎn)，其產(chǎn)生的藝術(shù)效果，能給人以感染力和美的享受。本文僅以工程施工實(shí)例淺談球形現(xiàn)澆屋頂建筑施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：球形結(jié)構(gòu)屋面；模板支撐；砼澆筑

中圖分類號(hào)：TU745

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-0422（2012）06-0147-02

1 工程概況

該工程項(xiàng)目是我這幾年考察時(shí)見(jiàn)過(guò)的，一個(gè)造型美觀的球形屋頂建筑。現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，局部四層。該工程整體外觀設(shè)計(jì)弧形線條形式多樣，構(gòu)思新穎別致，屬仿歐式建筑，混凝土半球形結(jié)構(gòu)一共有四個(gè)，兩個(gè)位于三層頂，兩個(gè)位于四層頂。為半球殼體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

該球形殼體設(shè)在標(biāo)高17.55m的環(huán)梁上，環(huán)梁尺寸為400mm寬*500mm高，環(huán)梁下為直徑為300的圓形現(xiàn)澆框架柱，底層操作樓面標(biāo)高為14.04m，球體頂部標(biāo)高為20.35m，球形外圓直徑為6m，混凝土壁厚18cm，C25級(jí)，內(nèi)配φ14@150雙層雙向鋼筋網(wǎng)，球頂距操作層樓板面凈高為6.31m。

按要求該球體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)必須一次成型，確保質(zhì)量?jī)?yōu)良的要求。

2 施工技術(shù)

球形殼體是以球心為對(duì)稱中心的旋轉(zhuǎn)體對(duì)稱結(jié)構(gòu)。在高大空間上做半球殼體現(xiàn)澆施工，其主要的施工技術(shù)難題是：內(nèi)底模必須鋪設(shè)圓整，以滿足設(shè)計(jì)造型要求；操作人員作業(yè)時(shí)要有安全感，上下方便，搭設(shè)支架少占空間，不影響廳內(nèi)其它專業(yè)施工，支架牢固，搭拆容易，支架結(jié)構(gòu)合理，經(jīng)濟(jì)適用。

2.1施工技術(shù)的選擇

內(nèi)模鋪設(shè)要控制半球體經(jīng)、緯兩個(gè)方向。根據(jù)球面造型設(shè)計(jì)要求，擬定了三種方案：（1）采用吊模工藝；（2）采用傳統(tǒng)曲面木桁架龍骨造型制作工藝；（3）采用曲弦梁式鋼筋簡(jiǎn)易桁架造型工藝。經(jīng)過(guò)小組針對(duì)三種方案在質(zhì)量、工期及經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行可行性比較，第一種施工方案即采用吊模操作工藝，雖然在經(jīng)濟(jì)上比較節(jié)約，工期也短，但通過(guò)小組調(diào)查其他工程實(shí)例證明，該吊模工藝不能保證設(shè)計(jì)球殼內(nèi)表面造型要求，拆模后均發(fā)現(xiàn)多處砼凹凸不平，變形較大，且較難處理，小組討論一致否決。第二種方案需要一次投入木材約20m3左右，木桁架制作工藝繁雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，用工多，工期較長(zhǎng)，施工成本高，小組討論該方案也予以否決。第三種方案采用曲弦梁式鋼筋桁架定型工藝，是利用曲弦梁式鋼筋桁架作為球殼底模造型經(jīng)線方向主龍骨，在桁架上弦綁扎鋼筋作為球殼底模造型緯線方向次龍骨，然后在次龍骨上鋪設(shè)固定膠合板底模，此工藝操作相對(duì)簡(jiǎn)單，施工方便，造型容易，工期短，小組經(jīng)過(guò)討論認(rèn)為該方案可行。

2.2施工順序：

彈控制線→框架柱施工→預(yù)制曲弦鋼筋桁架→搭設(shè)腳手架及支架→安裝曲弦鋼筋桁架→鋪設(shè)底?！壴摻罹W(wǎng)→安裝外?！鷿仓蝮w砼→模具拆除→裝飾裝修→腳手架拆除。

2.3主要施工方法及技術(shù)措施

2.3.1 軸線標(biāo)高的控制

1）軸線引測(cè)。在操作層現(xiàn)澆樓面板上彈出球體中心及通過(guò)中心點(diǎn)的各道桁架投影控制線。以球心投影點(diǎn)為中點(diǎn)，每隔600mm畫一個(gè)圓，計(jì)算出圓與各道桁架投影點(diǎn)交點(diǎn)的高度。球體頂部標(biāo)高通過(guò)各交點(diǎn)向上引側(cè)。具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1。

2）標(biāo)高引測(cè)：環(huán)梁施工及球殼施工的標(biāo)高均由操作層樓面用長(zhǎng)鋼卷尺通過(guò)內(nèi)腳手架垂直立桿向上傳遞，以免產(chǎn)生誤差。

2.3.2 模板工程

1）曲弦鋼筋簡(jiǎn)易桁架焊接制作。根據(jù)球形尺寸進(jìn)行放樣前內(nèi)業(yè)計(jì)算，扣除底模鋪貼厚度和次龍骨安裝厚度以及球頂頂部預(yù)留圓形支架尺寸得出鋼筋桁架經(jīng)線弧長(zhǎng)為4712mm。根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行放樣，焊接簡(jiǎn)易曲弦鋼筋桁架作為球殼底模經(jīng)線方向定型支撐主龍骨，然后焊接緯線方向次龍骨。

由于鋼筋在外力約束作用下最易彎曲且按一定規(guī)律自然變形達(dá)到設(shè)計(jì)弧形要求，先采用φ18鋼筋焊接制作了一榀桁架，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其抗變形能力不能滿足要求。為確保桁架在砼澆筑后不變形，采用φ20鋼筋制作。焊接時(shí)注意適當(dāng)起拱，經(jīng)多樣拉壓試驗(yàn)，其抗變形能力符合球體造型要求。為減少簡(jiǎn)易鋼筋桁架榀數(shù)，將球體根部桁架間距拉大，控制桁架間距不大于1m，按間距1m計(jì)算，需要19榀簡(jiǎn)易桁架。

緯線方向次龍骨安裝。沿鋼筋桁架曲弦畫線分檔從底向上綁扎環(huán)形鋼筋次龍骨，利用鋼筋彎曲后自然形成的弧形，次龍骨采用φ12鋼筋進(jìn)行綁扎，由于桁架下部1/3范圍內(nèi)次龍骨間距相對(duì)較小，桁架上部次龍骨間距可適當(dāng)放大，本次施工次龍骨鋼筋由底向上綁扎間距為400-500mm。綁扎完后在球體頂部利用塔吊吊重物施工外力試驗(yàn)（相同結(jié)構(gòu)及施工荷載）無(wú)變形，能滿足球體底?；∶嬖煨鸵?。

桁架焊接完成效果圖如圖2。

2）鋼筋桁架的安裝。如圖3所示，將制作好的鋼筋桁架的上下端分別焊接固定在腳手架和環(huán)梁鋼筋上，焊接時(shí)必須注意兩榀桁架先后對(duì)稱安裝，并使桁架正投影與定位控制線重合，確保桁架安裝上下垂直。桁架之間上、下弦分別另焊鋼筋水平及斜拉條固定，防止晃動(dòng)變形。桁架就位后拉線通過(guò)圓心檢查，造型尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

3）球底模鋪設(shè)。球底模采用5mm厚優(yōu)質(zhì)膠合板鋪設(shè)。鋪貼前假設(shè)將球體平均分成若干瓣，將其中一瓣展開(kāi)后得到上窄下寬的梯形，然后將膠合板裁割成類似梯形（注意充分利用膠合板的長(zhǎng)邊），按照上窄下寬拼裝鋪貼，確保接縫嚴(yán)密。在膠合板上沿經(jīng)、緯兩個(gè)方向按照每30-50cm一點(diǎn)鉆兩個(gè)孔用12#鐵絲將膠合板牢牢固定在板底鋼筋龍骨上。

4）球體鋼筋綁扎。詳見(jiàn)2.3.3

5）球體外表面?zhèn)饶０惭b。由于球形曲面原因，鋼筋籠內(nèi)空間小，如果外側(cè)模一次性安裝過(guò)高，振動(dòng)棒在鋼筋籠內(nèi)活動(dòng)受到很大限制，很容易造成砼過(guò)振脹?；蚵┱裥纬煞涓C、露筋嚴(yán)重缺陷。故采用邊立外模邊澆筑連續(xù)施工的方法。具體做法就是先立最下一排環(huán)形外模，支撐固定后，砼入倉(cāng)澆筑至接近模板上邊緣，然后模板工接著安裝第二排模板，依此類推，連續(xù)協(xié)調(diào)作業(yè)，在離球頂1/3弧長(zhǎng)距離時(shí)，由于此段球面坡度小，砼可以直接入籠澆筑，不必立外側(cè)模板。

2.3.3 鋼筋工程

1）按設(shè)計(jì)要求。球殼配筋為雙層雙向φ14@150，上、下層經(jīng)向鋼筋用量分別為129根和126根，如果鋼筋綁扎時(shí)均通過(guò)球頂中心點(diǎn)，鋼筋重疊高度將達(dá)到3.57m高，很顯然不符合要求，為了使鋼筋綁扎時(shí)在球頂部位不發(fā)生重疊現(xiàn)象，且鋼筋之間能保持一定的間距。方案確定在鋼筋綁扎至距球頂中心0.5m處（此處每根鋼筋凈距為25mm）按間距250mm保留部分經(jīng)向鋼筋伸向球頂作錨固，其余經(jīng)向鋼筋在此處截?cái)啵缓蟀凑咋?4@150間距與原球體經(jīng)向鋼筋綁扎搭接形成雙層雙向鋼筋網(wǎng)片。球頂0.5m范圍內(nèi)共用經(jīng)向鋼筋26根鋼筋，與原255根相比，節(jié)約了90%，不但保證了質(zhì)量，節(jié)約了材料，同時(shí)解決了施工難點(diǎn)。

鋼筋綁扎完成后效果圖見(jiàn)圖4

2.3.4混凝土工程

球形薄殼結(jié)構(gòu)砼澆筑的難度主要是球體下部坡度較大，且呈雙向曲面，振搗棒不易振搗。球體上部接近于平面，砼表面曲面造型難度大。為此，應(yīng)采取如下措施：

1）球體下部2/3弧長(zhǎng)約3.14m長(zhǎng)度內(nèi)采用分層環(huán)向澆筑，分層澆筑高度以0.6m為宜，避免單層砼澆筑過(guò)高產(chǎn)生偏心壓力導(dǎo)致球體變形。該段砼均采用插入式振搗棒振搗，點(diǎn)振間距不超過(guò)30cm，振搗時(shí)間以每點(diǎn)持續(xù)10S-20S為宜。

2）球體上部1/3弧長(zhǎng)范圍內(nèi)砼采用平板式振動(dòng)器振實(shí)，一邊振實(shí)一邊用弧形樣板尺在砼表面刮整造型，直到砼澆筑全部完成。

3）砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度C25級(jí)，均采用商品砼，要求砼坍落度控制在50±10mm范圍，摻加少量防水劑。利用塔吊直接吊運(yùn)到位，砼澆筑后，加強(qiáng)砼表面覆蓋養(yǎng)護(hù)。

2.3.5腳手架搭設(shè)

1）內(nèi)腳手架，在現(xiàn)澆樓面上圍繞球中心軸對(duì)稱搭設(shè)鋼管井字架式中心腳手，在環(huán)梁上鋼支座下面搭設(shè)滿堂腳手架并用斜拉桿將此外水平桿與中心井架上部連接，使中心井架固定不動(dòng)，見(jiàn)圖5。內(nèi)腳手架部分立桿可伸出球殼頂部，便于與外部腳手架立桿相連接。

2）外腳手架

由球體外側(cè)四周向內(nèi)懸挑搭設(shè)或?qū)⑺綏U直接伸入球殼內(nèi)與內(nèi)腳手架立桿相連。澆筑砼時(shí)，工人在外腳手架上操作，然后逐層向上搭設(shè)。

由于外腳手架水平桿一端埋在混凝土中，可在鋼管外加一套管，在拆除腳手架時(shí)，即可輕易抽出鋼管，再用摻膨脹劑的水泥砂漿將孔洞填實(shí)抹平。

3 結(jié)論

3.1該工藝操作簡(jiǎn)單，施工速度快。從制作模具到砼澆筑全部完成只用了11天工期，比傳統(tǒng)施工方法提前9天，工期縮短45%。

3.2用工少，計(jì)劃用工185工日，實(shí)際用工97工日，節(jié)省用工達(dá)48%。

3.3經(jīng)濟(jì)效益顯著，采用傳統(tǒng)桁架龍骨支撐需木材20m3，按1350元/m3計(jì)算需27000元。采用鋼筋簡(jiǎn)易桁架龍骨需φ12鋼筋約2t，φ20鋼筋約1.4t，合計(jì)3.4t鋼筋，按5000元/t，計(jì)算僅需17000元，鋼筋骨架可重復(fù)使用。實(shí)際僅需制作一套鋼筋桁架。

3.4內(nèi)壁拆模后未發(fā)現(xiàn)露筋、蜂窗等缺陷，砼表面圓整，弧形尺寸符合設(shè)計(jì)要求，表面不需用水泥砂漿粉刷，質(zhì)量達(dá)到既定目標(biāo)。

3.5減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，施工操作安全性高。

參考文獻(xiàn)：

[1]現(xiàn)行建筑施工規(guī)范大全.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.8.