多曲率拱中空拱殼藝術(shù)清水混凝土施工技術(shù)

錢(qián) 鋒

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

清水混凝土是當(dāng)前房屋建筑中的一種新型建筑材料，一次澆筑成形，不做任何裝飾，往往以大體量的清水混凝土表達(dá)厚重的設(shè)計(jì)語(yǔ)言。針對(duì)大面積清水混凝土現(xiàn)澆墻板、樓板的施工技術(shù)也有較多的研究探討。藝術(shù)清水混凝土，通過(guò)更深層次挖掘清水混凝土的裝飾效果，鮮有工程實(shí)例[1-3]。

上海市黃浦江沿岸E20單元開(kāi)發(fā)工程M2碼頭段（以下簡(jiǎn)稱(chēng)M2碼頭）與奉賢區(qū)青少年活動(dòng)中心項(xiàng)目是由同一建筑設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的2個(gè)工程。為更好地表達(dá)出上海地區(qū)的人文特色和江南水鄉(xiāng)拱橋流水的文化色彩，2個(gè)項(xiàng)目均采用了大面積的拱形紋理清水混凝土，2種拱殼結(jié)構(gòu)在工藝上最大的不同在于中間是否存在中空拱殼結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目施工團(tuán)隊(duì)充分吸取M2碼頭段施工的經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)創(chuàng)新解決了奉賢區(qū)青少年活動(dòng)中心項(xiàng)目中空拱殼難拆模的施工難題。

1 同曲率連續(xù)拱殼藝術(shù)清水混凝土施工

1.1 M2碼頭工程概況

M2碼頭（圖1）施工段作為浦東濱江沿線重要建筑，承載著游客碼頭的作用。項(xiàng)目屋面采用清水混凝土屋蓋拱形板結(jié)構(gòu)，單跨長(zhǎng)度7.5 m，弧長(zhǎng)8 m。平行拱形方向最多跨數(shù)為6.5跨，垂直拱形方向最大18跨，長(zhǎng)度135 m。屋蓋總長(zhǎng)度217.5 m，最大寬度49 m。

圖1 M2碼頭效果圖

1.2 施工難點(diǎn)

1）清水混凝土表面須呈現(xiàn)木飾紋理，并通過(guò)合理的排板使紋理效果和諧統(tǒng)一。

2）弧形拱殼結(jié)構(gòu)混凝土澆筑時(shí)的支撐體系選擇須合理可靠。

3）為確保清水混凝土的實(shí)施效果，需要對(duì)混凝土實(shí)施特定的配合比，優(yōu)化混凝土澆筑工藝，提高混凝土澆筑質(zhì)量。

1.3 具體實(shí)施方案

1.3.1 浮雕炭化板的使用

現(xiàn)場(chǎng)利用浮雕炭化板、竹節(jié)板、復(fù)合塑料板、膠合木板等幾種形式做了實(shí)體樣板（圖2），通過(guò)實(shí)體樣板，我們發(fā)現(xiàn)復(fù)合塑料板、膠合木板無(wú)法達(dá)到較為密集的紋理效果。竹節(jié)板由于天然竹子的竹節(jié)間距和大小不易控制，排板十分困難，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)效果。浮雕炭化板尺寸固定、紋理清晰、質(zhì)地柔韌，是較為合適的面板材料。但由于浮雕炭化板的強(qiáng)度不足，無(wú)法充當(dāng)模板體系受力。因此，采用雙層模板設(shè)計(jì)，即基層通過(guò)鋪設(shè)12 mm厚膠合板來(lái)增加整體模板體系的剛度，然后在12 mm厚膠合板上鋪貼8 mm厚的浮雕炭化板以提供裝飾紋理效果。需特別注意的是，為保證膠合板＋浮雕炭化板的組合能夠順滑地彎弧，基層的膠合板不宜過(guò)厚，應(yīng)控制在12 mm左右。

圖2 實(shí)體樣板效果圖

1.3.2 支撐體系的選擇

同曲率連續(xù)拱殼結(jié)構(gòu)跨度7.5 m，由于場(chǎng)地地坪標(biāo)高不同，弧頂高度從4.0～6.5 m不等。為使整個(gè)模板支架體系對(duì)拱殼結(jié)構(gòu)提供更好的支撐，保證混凝土澆筑過(guò)程中整個(gè)支架體系的穩(wěn)定性，兼顧搭設(shè)方便、經(jīng)濟(jì)合理等要求，我們對(duì)整個(gè)拱殼結(jié)構(gòu)的支撐體系進(jìn)行了篩選。

首先從排架支撐體系受力形式、整體性出發(fā)，組合鋼支撐體系是所有支撐體系中最可靠的選擇，但需定加工。由于連續(xù)拱殼結(jié)構(gòu)整體體量不大，成本無(wú)法攤銷(xiāo)，經(jīng)濟(jì)性差而被舍棄。其次考慮了整體性及可操作性也較強(qiáng)的盤(pán)扣腳手架體系，但承插型的盤(pán)扣鋼管無(wú)法彎折成頂部弧形的形狀，勢(shì)必出現(xiàn)與普通鋼管混搭的現(xiàn)象，對(duì)整體受力不利。同時(shí)場(chǎng)地地坪標(biāo)高較多，支撐體系需取材便捷，工人操作性好且對(duì)于異形區(qū)域有更好的適應(yīng)性，標(biāo)高易調(diào)節(jié)。

綜合費(fèi)用、工期及施工操作性等方面考慮，采用鋼管扣件式模板支撐體系較為合理。同時(shí)利用鋼管彎曲機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放樣彎弧，解決板底鋼管彎弧成形的問(wèn)題。

2 多曲率中空拱殼藝術(shù)清水混凝土

2.1 奉賢區(qū)青少年活動(dòng)中心工程概況

奉賢區(qū)青少年活動(dòng)中心工程是奉賢區(qū)重要的民生工程，項(xiàng)目總建筑面積94 000 m2。其中項(xiàng)目的1#、2#、6#、7#樓外檐均采用中空拱殼清水混凝土的形式。屋檐高度11 m左右，設(shè)計(jì)總面積10 571萬(wàn) m2，中空拱殼結(jié)構(gòu)由弧形裝飾掛板、豎向掛板、水平屋面板及鋼梁外包混凝土組成（圖3）。

圖3 清水混凝土三維節(jié)點(diǎn)

2.2 施工難點(diǎn)

M2碼頭項(xiàng)目解決了弧形板施工難題，但由于奉賢區(qū)青少年活動(dòng)中心項(xiàng)目采用中空拱殼結(jié)構(gòu)體系，因此還要考慮如下施工難題：

1）弧形板作為非承重體系，使得上部的掛板、屋面板及外包混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前支撐架無(wú)法拆除。因此，混凝土需進(jìn)行4次澆筑，掛板作為連接弧形板與樓板的受力構(gòu)件，對(duì)施工質(zhì)量要求極高。

2）由于柱距和標(biāo)高存在較大不同，對(duì)模板支架體系的搭設(shè)精度要求更為嚴(yán)苛。

3）混凝土澆筑順序?yàn)椋夯⌒伟濉鷴彀濉菝姘濉摿和獍炷?。由于空腔屬于密封空間，傳統(tǒng)的模架支撐體系無(wú)法從空腔內(nèi)拆除。而將模架留于空腔內(nèi)，會(huì)造成模板腐爛、鋼管銹蝕等問(wèn)題，長(zhǎng)此以往將會(huì)影響到清水混凝土表面。需解決屋面板澆筑時(shí)的支撐問(wèn)題。

4）此部分結(jié)構(gòu)混凝土澆筑次數(shù)高達(dá)4次，對(duì)每的混凝土澆筑施工質(zhì)量必須嚴(yán)格把關(guān)，特別是弧形板與鋼包梁交界處的節(jié)點(diǎn)，為保證清水混凝土完成面的施工質(zhì)量，必須進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

2.3 具體實(shí)施方案

2.3.1 總體施工流程

場(chǎng)地清理→測(cè)量放線定位→支撐鋼管排架搭設(shè)→支撐膠合木模板安裝→浮雕炭化模板安裝→拱板鋼筋綁扎→掛板鋼筋綁扎、壓型鋼板擱置、角鋼側(cè)埋件預(yù)設(shè)、吊模→清水混凝土澆筑及振搗（第1次澆筑）→掛板吊模及加固→掛板混凝土澆筑（第2次澆筑）→掛板拆模、弧形板上部及掛板位置涂刷防水涂料→上層屋面平板壓型鋼板鋪設(shè)→組合樓板鋼筋綁扎→屋面平板混凝土澆筑（第3次澆筑）→上翻型鋼梁腹板內(nèi)EPS填充、外包混凝土鋼筋綁扎、支?！戏和獍炷翝仓ǖ?次澆筑）→模板排架支撐體系拆除→清水混凝土成品保護(hù)→清水混凝土保護(hù)液施工

2.3.2 模架體系方案

1）弧形板模板支撐體系采用鋼管扣件式腳手架支撐體系，板底立桿間距600 mm×600 mm，勁性梁底立桿間距600 mm，方木間距250 mm，步距1 500 mm，掃地桿離地200 mm。

2）清水混凝土面層采用雙層模板，上層木板為厚8 mm浮雕炭化板，下層模板為厚18 mm膠合板。

3）浮雕炭化板排板應(yīng)均勻?qū)ΨQ(chēng)、橫平豎直，宜沿拱形徑向輻射布置。

4）架體超過(guò)5 m需設(shè)置連續(xù)水平剪刀撐。水平剪刀撐每2～3步一設(shè)。高寬比大于3時(shí)，排架支撐體系需與周邊已完成豎向結(jié)構(gòu)采用鋼管扣件抱柱或張拉纜風(fēng)繩進(jìn)行固定，無(wú)拉結(jié)條件時(shí)的獨(dú)立架體須在四周加設(shè)拋撐（圖4）。

圖4 拱形板排架模板搭設(shè)示意

2.3.3 壓型鋼板組合樓板深化設(shè)計(jì)

為避免屋面板澆筑時(shí)空腔內(nèi)的模架無(wú)法拆除，考慮采用壓型鋼板作為免支撐模架體系進(jìn)行混凝土澆筑。

壓型板采用YXB65-185-565（B）的閉口型壓型鋼板，壓型鋼板寬565 mm，跨度1 900 mm；為達(dá)到免支撐的效果，澆筑肋板前提前留設(shè)預(yù)埋件，焊接角鋼，作為壓型鋼板的擱置點(diǎn)。

提前在現(xiàn)澆掛板上布設(shè)側(cè)向埋件，再將埋件與支撐角鋼焊接形成受力轉(zhuǎn)接件。將閉口壓型鋼板固定于角鋼之上，形成免模板、免支撐的受力體系（圖5、圖6）。

圖5 掛板處預(yù)埋件及壓型鋼板擱置角鋼節(jié)點(diǎn)

圖6 壓型鋼板鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)照片

2.3.4 弧形板接縫位置的細(xì)部?jī)?yōu)化

弧形板作為清水混凝土的表現(xiàn)形式必須做到一次成形、一次成優(yōu)。為保證清水混凝土的觀感質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)弧形板支模的細(xì)部構(gòu)造進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)（圖7）。

圖7 模架支撐體系細(xì)部構(gòu)造節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)1：連續(xù)拱形現(xiàn)澆清水混凝土雙層樓板部分為室內(nèi)與室外框架玻璃幕墻的交接處，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙需將埋件處拱板抬高，在拱板混凝土澆筑前提前放置埋件。此段模板支設(shè)較為困難且考慮到成形后清水飾面效果，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，幕墻凹槽處根據(jù)凹槽尺寸采用現(xiàn)場(chǎng)定制的矩形木盒進(jìn)行留設(shè)，模板采用覆膜黑模板，以確保陰陽(yáng)角處平直度及垂直度。

節(jié)點(diǎn)2：連續(xù)拱形現(xiàn)澆清水混凝土雙層樓板第1次澆筑下層連續(xù)拱板及空腔內(nèi)的混凝土掛板，留設(shè)水平施工縫，第2次澆筑上層屋面板。掛板采用吊模的方式與拱板一同澆筑。內(nèi)楞采用方木，間距≤250 mm，外楞采用φ48 mm×3 mm鋼管，間距≤450 mm，M14對(duì)拉螺栓間距450 mm設(shè)置一道。對(duì)拉螺栓遇到鋼梁無(wú)法貫通的情況較為普遍，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，當(dāng)對(duì)拉螺栓無(wú)法橫穿鋼梁時(shí)，按照單面焊10d（d為鋼筋直徑）、雙面焊5d的方法將其焊在鋼梁上臨時(shí)固定。

節(jié)點(diǎn)3：現(xiàn)澆混凝土掛板與鋼梁間的空隙采用EPS板填充的方式，起到節(jié)約混凝土用量、減輕構(gòu)件自重、保證混凝土密實(shí)度的作用。

節(jié)點(diǎn)4：梁底邊線為弧形與直線交接處，為清水混凝土重要外形節(jié)點(diǎn)，成形效果將直接影響整個(gè)清水混凝土效果，需嚴(yán)格控制其平直度。梁底部平直段與拱板起拱處搭接存在縫隙，采用雙層厚18 mm的覆膜黑模板將接縫補(bǔ)平（圖8）。

圖8 弧形板與梁交接處縫隙的處理

3 結(jié)語(yǔ)

奉賢區(qū)青少年活動(dòng)中心項(xiàng)目通過(guò)吸取M2碼頭拱殼藝術(shù)清水混凝土的成功施工經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上著重對(duì)中空拱殼結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行施工策劃，圓滿(mǎn)地完成了多曲率中空拱殼藝術(shù)清水混凝土的施工。其中，每棟單體外圈施工周期約為45 d。施工質(zhì)量和建筑效果均達(dá)到了設(shè)計(jì)師的要求，無(wú)需進(jìn)行修補(bǔ)，藝術(shù)清水混凝土拱板飾面完成效果受到了參建各方的一致好評(píng)，可為相似項(xiàng)目提供參考。