非對(duì)稱大直徑錐筒狀貫穿式屋面采光井施工技術(shù)

□ 楊 淵

1 工程概況

屋面采光井主要是解決建筑內(nèi)部房間采光不好的問(wèn)題，同時(shí)還兼具通風(fēng)和觀景的作用。大型公共建筑通常采用四面圍合、中間呈井的形式，在內(nèi)部建造內(nèi)天井，將光線不足的房間布置于內(nèi)天井四周。屋面采光井一般多用于一些大場(chǎng)館、商場(chǎng)、酒店、辦公樓等建筑。

坭興陶文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園博物館工程，地處廣西欽州市坭興陶文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園內(nèi)的規(guī)劃一路南面。博物館地上3層，建筑高度21.15m，建筑面積8093.54m2，屋面采光井共20個(gè)，分5種不同尺寸大小。屋面采光井為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其造型呈非對(duì)稱錐筒狀，錐筒上圓最大直徑3.5m，下圓最大直徑7m，最大筒高4.7m。整個(gè)采光井貫穿屋面，部分筒壁凸出屋面板，與屋面板相接的部分設(shè)置有環(huán)形鋼筋混凝土梁，其余部分則下凹嵌入室內(nèi)。該采光井造型優(yōu)美，當(dāng)陽(yáng)光照射進(jìn)來(lái)時(shí)，光線會(huì)在非對(duì)稱的筒壁內(nèi)形成漫反射，起到柔光效果，避免陽(yáng)光直射和光污染。

2 工藝原理

（1）以Φ20鋼筋為非對(duì)稱鋼筋籠式內(nèi)支撐的主要材料，通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)內(nèi)支撐進(jìn)行分析并優(yōu)化，確保內(nèi)支撐受力合理，足以抵抗?jié)仓炷習(xí)r所產(chǎn)生的側(cè)壓力。

（2）創(chuàng)建等比例內(nèi)支撐BIM模型，導(dǎo)出內(nèi)支撐下料表，精確控制內(nèi)支撐下料加工尺寸。

（3）在施工現(xiàn)場(chǎng)加工制作鋼筋籠內(nèi)支撐，制作完成后吊運(yùn)至安裝現(xiàn)場(chǎng)。

（4）方木龍骨滿鋪在內(nèi)支撐加勁箍上，通過(guò)鋼絲將內(nèi)支撐和側(cè)模與方木連接穩(wěn)固，組成采光井的模具，按照設(shè)計(jì)尺寸調(diào)整模具的弧度。

3 施工特點(diǎn)

（1）利用BIM技術(shù)輔助模架體系鋼筋籠式內(nèi)支撐設(shè)計(jì)和整體加工，提高內(nèi)支撐加工精度。

（2）內(nèi)支撐中焊接對(duì)頂鋼筋做主楞，以抵抗混凝土自重和澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的側(cè)壓力，確保采光井成品質(zhì)量。

（3）利用非對(duì)稱鋼筋籠式內(nèi)支撐結(jié)合方木和模板為采光井塑形、加固，確?；炷脸尚唾|(zhì)量。

（4）五合板厚度為5mm，具有厚薄均勻、彎曲性能好、易剪裁等優(yōu)點(diǎn)，是極好的塑形材料，便于工人施工。

（5）具有模具簡(jiǎn)單、取材方便、施工操作簡(jiǎn)便、施工綜合費(fèi)用低等特點(diǎn)，保證了屋面采光井的質(zhì)量和施工進(jìn)度，有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程

施工工藝流程包括：建內(nèi)支撐BIM模型 → 內(nèi)支撐下料加工 → 搭設(shè)支撐體系及操作平臺(tái) → 放樣、吊裝 →拼裝方木龍骨 → 安裝內(nèi)側(cè)模板→ 綁扎鋼筋 → 安裝外側(cè)模板 →澆筑混凝土 → 拆模、養(yǎng)護(hù)→涂料施工。

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 創(chuàng)建內(nèi)支撐BIM模型

利用Revit軟件繪制等比例非對(duì)稱鋼筋籠式內(nèi)支撐模型，如圖1和圖2所示。內(nèi)支撐由4個(gè)圓形加勁箍和外側(cè)連接鋼筋組成，沿采光井高度方向進(jìn)行三等分，在采光井頂部、底部、等分平面處各設(shè)置一道圓形加勁箍；每一道圓形加勁箍?jī)?nèi)焊接交叉狀的對(duì)頂鋼筋，對(duì)頂鋼筋交匯于圓心，且焊接在圓心處的一根圓心定位筋上；連接鋼筋設(shè)置在非對(duì)稱鋼筋籠式內(nèi)支撐的錐面上，與圓錐母線方向相同。創(chuàng)建BIM三維模型可以精確地下料，輔助現(xiàn)場(chǎng)加工安裝，確保采光井的成型尺寸和成型質(zhì)量。在拼裝采光井底模時(shí)，對(duì)工人進(jìn)行三維可視化交底，減少不必要的返工浪費(fèi)。

圖1 屋面采光井（標(biāo)高單位m，其他單位為mm）

圖2 鋼筋籠式內(nèi)支撐BIM模型

4.2.2 內(nèi)支撐下料加工

利用Revit軟件導(dǎo)出內(nèi)支撐鋼筋下料表，根據(jù)下料表制作非對(duì)稱鋼筋籠式內(nèi)支撐。由于采光井直徑較大，圓形加勁箍周長(zhǎng)較長(zhǎng)，鋼筋往往需要焊接接長(zhǎng)才能滿足圓形加勁箍的制作需求，故內(nèi)支撐的鋼筋可用多根鋼筋廢料、短料拼裝對(duì)焊而成[1]。節(jié)約鋼筋用量，有利于廢鋼筋的回收利用，節(jié)約成本。加工完畢的內(nèi)支撐鋼筋籠，需要檢查鋼筋的焊接質(zhì)量，并測(cè)試鋼筋籠的側(cè)向抗壓力大小，確保達(dá)到設(shè)計(jì)的抗壓強(qiáng)度，防止側(cè)向抗壓力不夠?qū)е禄炷翝仓^(guò)程中出現(xiàn)漲模等質(zhì)量問(wèn)題。

4.2.3 搭設(shè)支撐體系及操作平臺(tái)

先搭設(shè)用來(lái)支撐采光井的鋼管支架及施工操作平臺(tái)，再搭設(shè)周邊的梁板的滿堂支撐架體。鋼管支架立桿縱、橫間距1m，步距1.5m，支架立桿、橫桿要與周邊的梁模板、板模板支架互相拉結(jié)成整體，剪刀撐可不必獨(dú)立搭設(shè)，與周邊支模架體共用即可。頂托上安裝φ48mm×3.5mm鋼管作為主龍骨，50mm×80mm方木作為次龍骨，次龍骨間距300mm，上面鋪設(shè)15mm厚木模板作為采光井底模和施工操作平臺(tái)[2]，頂托伸出立桿長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)20cm，確保架體的穩(wěn)定性。

采光井的支撐體系搭設(shè)完畢后便可在底模上進(jìn)行采光井底面放樣工作。

4.2.4 放樣與吊裝

將地面的軸線引測(cè)至采光井底模上，先在采光井底模上標(biāo)記出采光井位置、輪廓等信息，再標(biāo)記出鋼筋籠式內(nèi)支撐底部圓形加勁箍的輪廓和圓心定位筋的位置。

利用塔吊將制作好的鋼筋籠式內(nèi)支撐全部吊運(yùn)至作業(yè)面后，安排工人安裝內(nèi)支撐。

4.2.5 拼裝方木龍骨

安裝完成鋼筋籠內(nèi)支撐后，將50mm×80mm方木滿鋪在鋼筋籠內(nèi)支撐的錐面上，并且將方木長(zhǎng)邊為80mm的一面緊貼內(nèi)支撐，通過(guò)鋼絲將方木龍骨與鋼筋籠連接固定，方木龍骨間通過(guò)鋼絲進(jìn)行加固，如圖3所示。

圖3 拼裝方木龍骨圖

4.2.6 安裝內(nèi)側(cè)模板

方木龍骨拼裝完成后，開(kāi)始安裝采光井內(nèi)側(cè)模板。內(nèi)側(cè)模板采用較薄的五合板，將五合板沿著方木龍骨外表面卷曲鋪設(shè)，并釘緊。

為了確保采光井壁的表面平整度，五合板拼接時(shí)不允許出現(xiàn)互相重疊、包裹現(xiàn)象，相鄰幾塊五合板的拼接必須做到嚴(yán)絲合縫。拼接五合板時(shí)，要檢查底模的弧度，確保采光井成型質(zhì)量。

4.2.7 綁扎鋼筋

內(nèi)側(cè)模板安裝完畢后，即可進(jìn)行采光井鋼筋綁扎工序。采光井鋼筋綁扎分兩部分，一是采光井井壁鋼筋綁扎，二是采光井與板面交接處梁鋼筋綁扎。鋼筋綁扎時(shí)，應(yīng)使用“幾”字形矮腳馬鐙控制鋼筋保護(hù)層厚度，用水泥條支撐保證采光井壁厚。鋼筋綁扎完成后通知監(jiān)理進(jìn)行隱蔽驗(yàn)收，驗(yàn)收通過(guò)方可封閉外側(cè)模板。

4.2.8 安裝外側(cè)模板

當(dāng)采光井鋼筋綁扎完成后，需使用五合板封起采光井井壁外側(cè)模板。

對(duì)于下沉嵌入樓板部分的井壁，當(dāng)外模封閉后，利用附近梁、板鋼管支架頂部（搭接）的水平桿頂緊井壁外模，防止爆模、脹模現(xiàn)象。

對(duì)于凸出屋面部位的井壁，一是外模封閉后在其表面滿鋪50mm×80mm方木龍骨，滿鋪方法與內(nèi)模方木龍骨鋪設(shè)方法相同，并通過(guò)鋼筋圓環(huán)箍來(lái)箍緊外側(cè)的方木龍骨；二是使用φ6鋼筋制作鋼筋圓環(huán)箍，制作方法與鋼筋籠式內(nèi)支撐的圓形加勁箍相同；三是沿豎向每隔500mm設(shè)置一道鋼筋圓環(huán)箍[3]，如圖4所示。

圖4 外側(cè)模板安裝剖面示意圖

4.2.9 澆筑混凝土

采光井模板安裝完畢后，經(jīng)過(guò)監(jiān)理驗(yàn)收后便可澆筑采光井混凝土。

混凝土澆筑時(shí)，按圖5所示的“澆筑1”—“澆筑5”順序澆筑采光井混凝土。

圖5 澆筑示意圖

先澆筑環(huán)梁底模以下部位的采光井井壁混凝土；待混凝土面上升至與環(huán)梁底模表面平齊時(shí)，暫停采光井混凝土澆筑工作，此時(shí)方可進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)梁（含環(huán)梁）、板混凝土的澆筑；待混凝土面上升至樓板設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，方可進(jìn)行凸出屋面部位的井壁的混凝土澆筑工作，該部位的混凝土采用分層澆筑工藝，每層澆筑高度均為1m[4]。

整個(gè)井壁混凝土澆筑過(guò)程中，使用小號(hào)的混凝土振動(dòng)棒進(jìn)行振搗，提高振搗質(zhì)量。

4.2.10 拆模、養(yǎng)護(hù)

井壁側(cè)模養(yǎng)護(hù)3d后便可拆除，井壁底模需待混凝土養(yǎng)護(hù)至100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可拆除。

4.2.11 涂料施工

按照設(shè)計(jì)的做法要求，對(duì)采光井外表面進(jìn)行涂料施工，注重分色紙的運(yùn)用，確保采光井涂料的分色清晰美觀，涂料施工完成后注重成品保護(hù)，防止二次污染，完成后實(shí)景圖如圖6所示。

圖6 采光井完成后實(shí)景圖

5 質(zhì)量控制措施

（1）內(nèi)外側(cè)模板卷曲安裝時(shí)，相鄰模板拼縫嚴(yán)密平整，保證不漏漿、不錯(cuò)臺(tái)、不跑模、不漲模、不變形。

（2）澆筑混凝土前，應(yīng)清除模板內(nèi)的雜物。表面干燥的模板上應(yīng)灑水濕潤(rùn)，灑水后不得有積水。

（3）混凝土運(yùn)輸、輸送、澆筑過(guò)程中嚴(yán)禁加水；運(yùn)輸、輸送、澆筑過(guò)程中散落的混凝土嚴(yán)禁用于混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的澆筑。

（4）混凝土澆筑和振搗應(yīng)采取防止模板、鋼筋、預(yù)埋件及其定位件位移的措施。

（5）混凝土振搗應(yīng)使模板內(nèi)各個(gè)部位混凝土密實(shí)、均勻，不應(yīng)漏振、欠振、過(guò)振?；炷琳駬v應(yīng)采用插入式振動(dòng)棒，必要時(shí)可采用人工輔助振搗。

（6）混凝土澆筑后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，保濕養(yǎng)護(hù)可采用灑水、覆蓋、噴涂養(yǎng)護(hù)劑等方式。

（7）焊接、吊裝鋼筋籠式內(nèi)支撐等特種作業(yè)人員要求持證上崗。

（8）涂飾施工前，基層必須處理干凈，保持干燥。

6 結(jié)語(yǔ)

用該方法施工的非對(duì)稱大直徑錐筒狀貫穿式屋面采光井成型優(yōu)美，觀感質(zhì)量佳，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求效果，得到了業(yè)主和業(yè)內(nèi)人士的一致好評(píng)。該技術(shù)在工程的應(yīng)用，有效地縮短了屋面采光井施工工期，用簡(jiǎn)單的鋼筋籠式內(nèi)支撐組成模架體系，節(jié)材省時(shí)，綠色環(huán)保，成型質(zhì)量?jī)?yōu)美，符合綠色施工、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略路線，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。