復(fù)雜異形混凝土腔體結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在某場館項(xiàng)目中的應(yīng)用

符征宇 張明亮 羅彬豪 周 杰 熊 堅

1. 湖南省第六工程有限公司 湖南 長沙 410015；2. 湖南建工集團(tuán)有限公司 湖南 長沙 410004；3. 湖南省建筑施工技術(shù)研究所 湖南 長沙 410004

復(fù)雜異形混凝土設(shè)計由于其使用超前的設(shè)計語言，造型獨(dú)特，能更好地表達(dá)出設(shè)計者想表達(dá)的設(shè)計理念[1-2]，相比普通的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計形式具有視覺效果更好、更具立體感、有藝術(shù)造型等特點(diǎn)[3]，因而越來越多地應(yīng)用于美術(shù)館、展覽館、藝術(shù)主題酒店、會展中心等大型公共建筑中[4]。復(fù)雜異形混凝土結(jié)構(gòu)體系不僅結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，施工也存在一定的難度，尤其對于模板的加工制作、安裝與加固，需對模板體系進(jìn)行施工質(zhì)量控制，確保結(jié)構(gòu)體系符合設(shè)計要求[5]。因此，在該類結(jié)構(gòu)施工前，應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況，制定切實(shí)可行的技術(shù)方案，科學(xué)合理地解決復(fù)雜異形混凝土結(jié)構(gòu)體系施工過程中存在的問題[6]。本文以某場館建設(shè)項(xiàng)目為例，針對復(fù)雜異形混凝土腔體結(jié)構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行介紹和分析，可為今后該類結(jié)構(gòu)的施工提供一定的建議。

1 工程概況

某場館位于湖南省益陽市，建筑面積約1 929 m2，高度為14.7 m，采用了“用生命簽證構(gòu)成的生命通道、生命之門”的設(shè)計理念。為追求環(huán)境特征和項(xiàng)目主題最大程度的契合，以人與自然共生共融為理念，創(chuàng)造出有環(huán)境特色與文化魅力的空間，場館腔體部分的設(shè)計采用復(fù)雜異形混凝土結(jié)構(gòu)。場館主體地下1層，地上4層，屋面為銹鋼板的大跨屋面系統(tǒng)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為玻璃幕墻。腔體結(jié)構(gòu)位于場館正前方，整體高度22.7 m，是生命簽證主題館的“門面”工程，整體呈三角放射狀，場館建筑效果如圖1所示，場館內(nèi)復(fù)雜異形混凝土腔體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 項(xiàng)目施工重、難點(diǎn)分析

2.1 造型復(fù)雜

腔體有較多傾斜折面相交，標(biāo)高及放線定位難，斜面難控制。各個外立面的尺寸不同，難確定。斜面墻體厚度控制難度大，空間狹小，支模整體受影響。高大支模架安全性要求高。

圖1 工程效果圖

圖2 場館腔體結(jié)構(gòu)實(shí)物

2.2 模板的設(shè)計

該場館復(fù)雜異形混凝土腔體結(jié)構(gòu)部分的模板拼裝選用的是900 mm×1 500 mm模板，主要選用915 mm×1 830 mm小板，部分區(qū)域使用1 220 mm×2 440 mm大板。模板施工圖通過該部分的BIM技術(shù)建筑模型分塊分區(qū)域進(jìn)行繪制，如圖3所示。因?yàn)槭┕D紙無法將腔體結(jié)構(gòu)如實(shí)反映，不能指導(dǎo)施工，通過深化設(shè)計，采用三維模型進(jìn)行深化后，對模板分割編號，繪制模板定位圖，然后根據(jù)模板定位圖，繪制模板加工圖，現(xiàn)場按照深化設(shè)計后的圖紙進(jìn)行模板的下料、加工，模板定位圖用于指導(dǎo)施工現(xiàn)場拼裝。腔體四周輪廓線投影在平面上，作為每次施工高度控制點(diǎn)，折角位置不在四條輪廓線上的，通過精確模板尺寸，模板尺寸相交來控制尺寸，并通過其他控制點(diǎn)間接復(fù)核。將整個腔體結(jié)構(gòu)區(qū)域的模板拼裝分為6層進(jìn)行分層拼裝，一層拼裝建筑高度為－10.8～－6.3 m，二層拼裝建筑高度為－6.3～－1.8 m，三層拼裝筑高度為－1.8～3.0 m，四層拼裝建筑高度為3.0～7.5 m，五層拼裝建筑高度為7.5 m至腔體頂，六層為頂部13根200 mm的網(wǎng)狀梁。模板的加工使用高速推鋸臺按照模板圖進(jìn)行精準(zhǔn)切割，模板的切割尺寸誤差控制在3 mm內(nèi)，使模板的整體拼裝成形。該場館腔體結(jié)構(gòu)區(qū)域的模板使用量為2 343 m2，損耗率達(dá)到了51%。

圖3 模板分塊

2.3 模板的加固

該場館腔體部分的剪力墻柱為異形結(jié)構(gòu)，對于模板的加固不能完全采用常規(guī)的模板加固方法，本項(xiàng)目的腔體模板加固增加了一項(xiàng)技術(shù)措施，使用鋼管焊接成腔體兩側(cè)的輪廓后，再進(jìn)行模板的安裝加固，如圖4所示。焊接鋼管導(dǎo)向架的方法為測量人員按照腔體的施工圖紙（圖5）內(nèi)外側(cè)各偏移85 mm后用墨線按1∶1的比例繪制出腔體內(nèi)外側(cè)的輪廓線，指導(dǎo)焊接工人按照輪廓線進(jìn)行導(dǎo)向架的加工焊接。將模板根部與老墻固定相連，模板4個邊緣口進(jìn)行厚度控制，斜面上側(cè)模板采用頂拉結(jié)合的方式進(jìn)行加固，增加斜面上方模板整體剛度。導(dǎo)向架的加工焊接按照模板拼裝分層的原則劃分為6個標(biāo)高段進(jìn)行分次加工焊接，每層的加工焊接則按照每層剪力墻柱的轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行分次加工焊接。導(dǎo)向架與模板之間放置50 mm×50 mm木方，導(dǎo)向架與木方之間使用14#鐵絲進(jìn)行加固連接處理。

圖4 導(dǎo)向架現(xiàn)場示意

圖5 腔體內(nèi)外側(cè)輪廓

2.4 腳手架的搭設(shè)

該場館復(fù)雜異形混凝土腔體結(jié)構(gòu)區(qū)域的腳手架搭設(shè)采用滿堂腳手架，場地硬化后使用150 mm×150 mm×50 mm的墊塊作為立桿底座，滿堂腳手架立桿間距0.9 m，步距1.8 m，內(nèi)排立桿離建筑物最外裝飾線條150 mm，采用對接扣件連接，橫向掃地桿采用直角扣件固定在緊靠縱向掃地桿下方的立桿上。按建筑物外墻圖紙進(jìn)行架體定位放線、鋪墊板，再按定位設(shè)置底座和豎起立桿，將立桿與縱橫向掃地桿用直角扣件連接固定，然后搭設(shè)第一步的縱橫向水平桿，內(nèi)斜桿和連墻件隨架體往上搭設(shè)一并設(shè)置，每步架體搭設(shè)完后，及時鋪好腳手板。腳手架施工現(xiàn)場如圖6 所示。

圖6 現(xiàn)場腳手架搭設(shè)

3 施工技術(shù)措施

3.1 鋼筋工程

3.1.1 螺桿避讓

鋼筋綁扎時，為保證螺桿孔對位與螺桿孔施工效果，尤其是較大鋼筋，應(yīng)注意避讓螺桿。具體避讓方法為：根據(jù)螺桿孔的位置，在基底標(biāo)出螺桿孔所在位置，從而確定螺桿孔所在列的位置，再根據(jù)螺桿孔所在標(biāo)高，確定螺桿孔的水平高度，確定了螺桿孔的位置后，豎向鋼筋則注意規(guī)避螺桿所在列，部分水平鋼筋則注意規(guī)避螺桿所在行，從而減少混凝土質(zhì)量風(fēng)險。

3.1.2 模板保護(hù)

鋼筋綁扎存在復(fù)綁或者水平結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎時，應(yīng)特別注意鋼筋綁扎過程中對模板的保護(hù)，避免劃傷面板或者劃傷面板表面覆膜，從而避免了由于劃痕吸水或者覆膜劃痕處返銹等引起的混凝土質(zhì)量缺陷。

3.1.3 鋼筋臨時固定

在每次鋼筋綁扎完成后，應(yīng)搭設(shè)臨時穩(wěn)定支架，保證混凝土骨架的整體穩(wěn)定性。混凝土澆筑前，將鋼筋用鐵絲固定在模板上。

鋼筋綁扎時，確保豎向鋼筋與水平分布筋都能避讓螺桿，扎絲綁扎時，扎絲頭都應(yīng)朝墻體內(nèi)側(cè)以避免扎絲與模板直接拉鉤?；炷龄摻畋Ｗo(hù)層厚度確保不小于25 mm，如圖7所示。鋼筋的連接方式采用電渣壓力焊。

3.2 模板工程

模板的切割采用專用高速推鋸臺，如圖8所示。因混凝土腔體結(jié)構(gòu)表面為無規(guī)則形狀，模板加工先根據(jù)模型放樣標(biāo)注出每個邊，將四邊形劃分為三角形來控制尺寸，繪制出每一塊模板平面圖后定尺加工，然后將加工完成的小塊模板固定在木方上。符合模板尺寸后，將每塊小模板連接加固，形成一塊大模板。局部大模板拼裝完成后鉆對拉螺栓孔，螺栓孔根據(jù)設(shè)計圖進(jìn)行定位。

圖7 現(xiàn)場鋼筋綁扎

圖8 高速推鋸臺

3.2.1 面板加工

根據(jù)面板加工圖確定尺寸以及裁剪方式，確保面板利用率最大化。

1）選料：因多層覆膜模板面板可能存在缺陷，在下料前須對每張模板進(jìn)行挑選，對面層、邊框及模板的尺寸均須逐一檢查。

2）下料：選用大型數(shù)控機(jī)床對規(guī)格較為統(tǒng)一的面板進(jìn)行工程化裁制，下料完畢后進(jìn)行編號標(biāo)記。

3）封邊：面板下料完畢后，將面板堆放整齊，進(jìn)行整體編號，使用清漆封邊。

4）存放：面板下料完成后，分規(guī)格碼放整齊，將模板底部架空以防水防潮，模板頂部采用塑料薄膜覆蓋，防雨防污染等。

3.2.2 面板安裝

面板和預(yù)留預(yù)埋襯板加工完成，將面板與鋼管進(jìn)行安裝加固。首先將面板扣在干凈的操作平臺上，根據(jù)圖紙將面板逐塊擺好，在拼縫與拼縫之間打上玻璃膠，然后將面板壓緊密，使用氣釘槍將面板連在一起，然后從后側(cè)加固鋼管，放置鋼管時注意避讓螺栓孔位置，然后將面板打孔。面板安裝完進(jìn)行編號標(biāo)記，堆放時注意模板面朝面堆放，一次堆放不宜超過1.2 m。

3.2.3 模板安裝

1）模板安裝施工順序。流水段內(nèi)模板安裝順序?yàn)椋耗０迩逑础⑼克⒚撃?、吊放加固→鋼筋綁扎、保護(hù)層墊塊固定→穿對拉螺桿→吊放模板→模板頂拉固定→全面復(fù)查模板定位情況→對拉螺桿固定→驗(yàn)收。

2）放線及基層處理。模板安裝前每面混凝土墻側(cè)必須在結(jié)構(gòu)面上放出完整控制線和控制標(biāo)高。垂直構(gòu)件控制線距離墻200 mm，用于后期控制大模板定位。控制標(biāo)高距離結(jié)構(gòu)面500 mm，用于基礎(chǔ)找平定位。傾斜構(gòu)件控制線要將每次澆筑施工的底口輪廓線、頂口輪廓線標(biāo)記在結(jié)構(gòu)面上，用于控制立桿高度搭設(shè)、模板定位復(fù)核。

① 現(xiàn)澆板面的標(biāo)高及平整度是關(guān)系到混凝土墻體施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以在澆筑梁板混凝土?xí)r必須控制好墻、柱周邊100 mm以內(nèi)的混凝土表面的標(biāo)高及平整度。使用砂漿進(jìn)行1 cm找平，標(biāo)高控制在－2～＋1 mm范圍內(nèi)，符合要求后在安裝模板時將下口粘貼海綿條，確保根部不漏漿。

② 接高區(qū)域基礎(chǔ)找平。接高區(qū)域找平通過木方制作模板托架，托架利用下部對拉螺栓孔加固在老墻上。

3.2.4 傾斜構(gòu)件墻厚控制措施

因傾斜部分墻厚是變化的，無法使用統(tǒng)一規(guī)格的頂拉結(jié)合的對拉螺桿，對拉螺桿塑料套筒在斜面下方要穿過面板。且斜面上部模板在混凝土未澆筑時會因自重向下坍落，混凝土澆筑時因混凝土側(cè)壓力會上浮，傾斜構(gòu)件前后控制如圖9、圖10所示。為保證墻厚采取以下措施：

1）控制線。模板施工前，在根部設(shè)置控制線、墻邊線，以及斜面相交位置等在平面上的投影點(diǎn)和投影線，用于確保垂直構(gòu)件部分、斜面內(nèi)側(cè)模板位置精確。同時，將重要的斜面交點(diǎn)控制點(diǎn)利用兩側(cè)支模架、已有結(jié)構(gòu)引到空間上方，用于斜面上側(cè)模板安裝時的位置定位。內(nèi)外兩側(cè)模板安裝后進(jìn)行臨時固定，因斜面上方使用鋼管背楞，模板剛度較大，通過控制線進(jìn)行復(fù)測，并微調(diào)，尺寸準(zhǔn)確后再進(jìn)行頂口、底口、中央部分的外側(cè)頂拉加固，外側(cè)加固完畢后再進(jìn)行對拉體系擰緊加固。對拉體系擰緊時注意模板整體平整度，避免過度擰緊造成模板下陷。

圖9 傾斜構(gòu)件前后控制

圖10 傾斜構(gòu)件的固定

2）模板兩側(cè)。所有的端頭板位置均設(shè)置雙層板，即兩側(cè)模板做長一個板厚，利用內(nèi)側(cè)端頭板卡在2層模板中間，確保構(gòu)件兩側(cè)厚度為圖紙厚度。

3）模板頂口及底口。在模板底口，生根鋼筋與樓板面或老墻緊密連接在一起，從混凝土面上方3～5 cm位置，按一定間隔焊接底口定位鋼筋，定位鋼筋布置在竹片與竹片間預(yù)留凈距內(nèi)。在模板頂口，模板位置校正好之后，使用木方、鐵釘?shù)冗M(jìn)行固定，混凝土澆筑接近頂口時由看模工人拆除頂部木方支撐。

4）當(dāng)斜面面積較大，因模板自重及模板自身剛度不足，僅靠模板兩側(cè)、頂口、底口，四個邊進(jìn)行墻厚控制無法保證模板中央部分不向下塌陷時，可采用外部頂拉的方式進(jìn)行大面控制。模板外側(cè)使用螺桿拉和頂托頂配合。按照對拉螺栓高度方向的間距，在木方上打釘，使用鐵絲將木方和主楞鋼管固定成一個整體，然后使用花籃螺桿、扣件將斜面上方模板整體拉在外側(cè)支模架上，花籃螺桿不夠長時可通過鋼管接長。

3.3 混凝土工程

該場館腔體結(jié)構(gòu)部分澆筑C30細(xì)石混凝土?；炷琳駬v主要采用外側(cè)輔助振搗背楞的方式進(jìn)行，在墻厚允許區(qū)域使用φ30 mm的振搗棒插入混凝土振搗。模板外側(cè)振搗從下至上，逐圈逐層振搗。內(nèi)側(cè)振搗棒插入過程中避開對拉螺桿，且控制振搗時間不超過20 s。混凝土落料及振搗過程中派專人看模，和外側(cè)振搗人員一致隨時緊固螺 栓孔。

3.3.1 混凝土振搗及相關(guān)施工措施

該場館選用自密實(shí)混凝土，主要以外側(cè)輔助振搗背楞的方式進(jìn)行振搗，在墻厚允許區(qū)域可以使用φ30 mm小振搗棒插入混凝土振搗。模板外側(cè)振搗宜從下至上，逐圈逐層振搗，注意不得有遺漏位置。

3.3.2 頂部處理

1）浮漿置換和復(fù)振。墻體頂部浮漿處理：采用將頂部浮漿掏除，用新混凝土重新填充，并對置換區(qū)域二次回振，使用φ30 mm小振動棒進(jìn)行復(fù)振。墻體頂部加強(qiáng)振搗措施：由于頂部置換、振搗、明縫條對氣泡的阻攔，墻體頂部和明縫條處通常聚集有大量氣泡。除了對頂部置換區(qū)域的二次回振，另采取用毛竹片，對頂部進(jìn)行人工插搗，深度200 mm。

2）頂部拉毛?；炷脸跄埃瑧?yīng)對混凝土頂部進(jìn)行拉毛處理，提高新舊混凝土的結(jié)合能力。

3.4 BIM技術(shù)的應(yīng)用

為了更系統(tǒng)、全面地指導(dǎo)施工，該項(xiàng)目的復(fù)雜異形混凝土腔體結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用了BIM技術(shù)，對該結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行了建模以及可視化交底，優(yōu)化了模板、鋼筋的設(shè)計與安裝，節(jié)約了資源，顯著提高了功效。BIM建筑模型如圖11所示。

圖11 建筑模型

4 結(jié)語

對某場館項(xiàng)目工程的復(fù)雜異形混凝土腔體結(jié)構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行了介紹，對施工重、難點(diǎn)進(jìn)行了分析，采用BIM技術(shù)，解決了施工過程中的重、難點(diǎn)問題，科學(xué)合理地指導(dǎo)工程項(xiàng)目施工。該施工方法也契合了國家提倡的綠色建造的理念與要求，可為今后相關(guān)復(fù)雜異形混凝土結(jié)構(gòu)的施工提供一定的參考意見和建議。