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1、漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系施工工法1.前 言漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系形状复杂，综合了弧形柱、环形梁、双曲面板等混凝土构件，具有曲线优美、造型奇特的特征，近年来在一些造型要求高、外观精美的公共建筑中开始应用。该类结构体系立面及空间曲线复杂、曲面相互联系、结构布置非常规化等均给结构施工提出了新的要求，特别由于结构轴线复杂且为立体曲线造型，内部结构标高高低不一，对工程施工放样、测量定位、轴线标高控制、模板支架搭设、钢筋绑扎定位、混凝土浇筑等施工带来一定难度。我公司在敦煌莫高窟保护利用工程游客服务设施建安工程项目实践和现场施工中，通过优化创新、方案改革，总结了漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系施工方法
2、，属于该结构体系其中一部分技术的无规则斜交网状井字梁双曲面屋面结构施工方法已于2016年1月6日获得国家发明专利(专利号：ZL 2013 1 .2)，并通过了由广西壮族自治区科学技术厅组织的科技成果鉴定(桂科鉴字2014253号)，评委会专家一致认为：项目研究成果达到国内领先水平，填补了同类双曲屋面结构综合施工技术的空白。根据广西壮族自治区科学技术情报研究所查新表明，目前尚无漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系施工工法的公开文献报道。根据实践总结，采用本工法，复杂的混凝土结构构件施工质量完全满足设计要求，缩短工期，节约成本。表明本工法可推广性强，在类似工程领域具有广泛的应用前景。2.工法特点2.1计算
3、机软件CAD辅助放样。利用南方测绘CASS成图软件进行图纸二次深化设计、提取各点三维坐标，其中各控制点转化为梁的控制标高及曲线，然后对每块板的幅度进行计算。2.2采取合理有效的测设技术进行三维精确测量、校正和控制，确保了弧形柱、环形梁与双曲面板构件平面尺寸的精确定位以及空间造型的精确控制。2.3 通过选择可弯曲性好的竹胶板，优化支架搭设流程并适时调整搭设钢管位置，解决了弧形柱、环形梁及双曲面支模成型困难的问题。2.4应用CAD技术进行钢筋三维施工模拟定位，结合使用定位钢筋，解决了钢筋下料、绑扎成型难的问题，可有效保证弧形构件的内外侧弧度，观感效果好。2.5对构件自密实混凝土进行试配，并根据试验
4、最终确定自密实混凝土工作性控制参数范围，保证了各不规则构件混凝土浇筑质量。2.6本工法具有施工简单、快捷、易于掌握，施工综合费用低等特点，保证了质量和施工进度，有较高的应用推广价值。3.适用范围本工法主要适用于弧形柱、环形梁及无规则斜交网状井字梁双曲钢筋混凝土楼 (屋)面结构的施工，也适用于如坡、弧造型的钢筋混凝土结构楼(屋)面的施工。4.工艺原理漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系三维透视图如图4.1所示，其弧形柱剖面图如图4.2所示。漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系不同于普通的钢筋混凝土结构，其具有弧形柱、环形梁及双曲面板测量定位复杂，构件模板安装就位难，钢筋绑扎成型难及双曲屋面板混凝土浇筑成型难等问
5、题。4.1利用CASS成图软件进行CAD电子版图纸二次深化设计，提取弧形柱、环形梁定位控制点的三维坐标(xn，yn，zn)，将各控制点投影到已施工完成的垫层面，形成各控制点的水平投影点(xn，yn)，连接各控制点形成弧形柱轴线和环形梁的室内下边线在水平面的投影。4.2根据测量定位工作的难点，采取“先控制后细部，从整体到局部”的原则，将测设工作分解为平面定位控制与构件造型控制。因此施工过程中的测设归根结底是对模板“钢筋”安装的定位控制，具体操作过程遵循“从空间转平面，控制安装节点”的思路。4.3弧形柱模板制作时，利用弧形柱轴线的水平投影和弧形柱底模三维坐标来确定主楞(钢管小横杆)的搭设位置与搭设
6、高度，随后现场制作两条随弧形柱空间变化的弯曲通长定位钢筋，次楞按定位钢筋的曲率与主楞绑扎，底模板钉在次楞上形成相应的曲面；环形梁模板依据环形梁轴线的水平投影和环形梁底模三维坐标确定环形梁的弧度和搭设高度；曲面板的模板成型是利用曲面板下方的井字梁侧板的木楞高度来控制曲面板高度，保证曲面板成型。4.4利用自密实混凝土进行构件混凝土的浇筑，以解决因构件钢筋密集、难以振捣的课题，保证各异形构件混凝土的质量。 图4.1 漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系三维图透视图 图4.2结构体系的弧形柱剖面图5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程考虑到漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系弧形柱模板支架的搭设和测设的困难，
7、自弧段拐点处(B点处)进行分段施工，先施工AB段范围内构件，再施工BC段范围内构件。则漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系的弧形柱、环形梁及双曲面屋面板的工艺流程如下所示。图纸深化设计与提取控制点三维坐标 测量放样 满堂钢管脚手架搭设 分段弧形柱模板安装分段环形梁模板安装 分段弧形柱、环形梁模板安装 L6-L11之间双曲面屋面施工混凝土试配 混凝土浇筑5.2 操作要点5.2.1 深化设计与提取控制点三维坐标1.利用CASS成图软件对漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系的弧形柱与环形梁CAD电子版图纸进行二次深化设计，主要根据漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系曲面顶板标高图(如图5.2.1-1所示)，提取钢筋混凝土结
8、构体系的弧形柱与环形梁节点轴线相交的中心控制点在地面的投影三维坐标。图5.2.1-1 漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系顶部控制点标高图2.在提取钢筋混凝土结构体系的弧形柱与环形梁节点轴线相交的中心控制点在地面的投影三维坐标时，需通过曲面顶板标高经换算得出弧形柱在环形梁L1L11之间的梁底轴线控制标高及间距。以环形梁L7做举例说明：先计算出L7在每根柱子轴线上的标高，并计算出L7与每根柱子轴线的交叉点到L6室外上端的竖向距离，然后运用勾股定理计算出L7与每根柱子轴线的交叉点到L6室外上端的水平距离，以此类推计算出环形梁L8L11之间底标高及间距，如图5.2.1-2为环形梁与弧形柱交叉点的标高图，图5
9、.2.1-3环形梁与弧形柱交叉点的间距图，其L6L8之间的换算结果如表5.2.1所示。图5.2.1-2 环形梁与弧形柱交叉点的标高图图5.2.1-3 环形梁与弧形柱交叉点的间距图3.各弧形柱在环形梁之间底标高及间距均按表5.2.1的格式进行列表，以便为下一步的空间测量放样做准备。 弧形柱在环形梁L6-L8之间的底标高及间距 表5.2.1柱子型号L6室外上端到L7室内中在柱子轴线上的水平间距(mm)L7室内中在柱子轴线上的标高(mm)L7室外上端到L8室内中在柱子轴线上的水平间距(mm)L8室内中在柱子轴线上的标高(mm)Z1727558711196261Z2728557611096252Z37
10、44556811296259Z4762557011606279Z5778558311826323Z6768561411576378Z7731566210956431Z8692563910376479Z9683573810206532Z10705574910436580Z11729575210726611Z12733575210786614Z13717574810586591Z14711573210486557Z15721573710586578Z16687582710176714Z1767059109706876Z18694590110016879Z19686592010056899Z2069
11、1593610146933Z21688595010036962Z2267159619726973Z2365759589516957Z2467159309706915Z25711587910266850Z26746582410836770Z27750578111016687Z28724576210696622Z29700575710296596Z306865744101465535.2.2 测量放样根据测量定位工作的难点，采取“先控制后细部，从整体到局部”的原则，将测设工作分解为平面定位控制与构件造型控制。1.基本控制原则1)平面控制网根据工程特点和现场环境条件，以便于观测为原则，在施工现场埋设
12、若干个测量控制点，组成一个完全能满足平面放样、高程传递和沉降观测需要的施工专用控制网。根据场地条件、建筑物平面形状和其主要点线分布情况，利用电子全站仪，以现场规划部门测定认可的定位基准点( 一级控制网) 为施测依据，根据场地条件和工程特点，考虑各部位施工进度及施工周期内的通视条件，按照使用方便、安全可靠的原则，先在场区布测一条闭合导线。导线点布设后，经严密平差计算其精度符合国家工程测量技术规范GB50026-2007的要求。导线点坐标与轴线定位图所示坐标统一为同一坐标系统。在此基础上做进一步扩展定出测量平面控制点，这些点相连形成一个总的测量平面控制网( 二级控制网) 。最后对网中控制点逐点设站
13、进行严格的双向观测，精确测定相关点的角度和距离以便进行内业计算。图5.2.2-1为平面网控制图。图5.2.2-1 平面网控制图2) 确定需要放样的构件及构件定位控制方式( 主体施工阶段)按照“先整体后局部”的原则，将“柱网轴线”确定为主要测设对象，对钢筋混凝土弧形柱进行定位，精确控制弧形混凝土柱的控制点。同时，环形梁作为影响建筑物造型的主要因素之一，也是测设的关键点。按照常规做法，梁定位是在下层柱网轴线定位的基础上用几何作图法确定的，但本工程建筑物造型随着高度上升向外扩展，由于柱网轴线本身是环状辐射的，曲线放样本身存在一定误差，因此如果根据柱网轴线进行几何作图定位，环形梁定位的累计误差将会很大
14、。因此，根据建筑造型要求以及现场施测条件，要精确控制模板的安装节点，需要将“环形梁的梁底外边线”作为主要测设对象之一，以保证构件成型后造型的准确性。内控网平面布置如图5.2.2-2所示。图5.2.2-2 内控网平面布置3)施测实地放样时，根据场地状况，将全站仪安置在靠近待放点处，并保证能够与 2个以上控制点通视，以便使用后方交会法，然后测设主要轴线桩。为保证测量质量，在整个测设过程中应注意观察仪器管状水准器气泡是否居中(气泡中心位置偏离管状水准器不超过1格) ，并对起始方向经常做归零检查( 归零差 5)。全部测设后，仪器更换测站进行封闭性自检。2.构件部位测量借助AutoCAD及空间放测技术，根据二次深化设计的漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系的弧形柱与环形梁在地面的投影三维坐标，在钢筋混凝土结构体系基础混凝土表面上测放出弧形柱与环形梁轴线地面投影坐标点，基础表面混凝土原浆收光并严格控制平整度、水平度，可用于测量弹线、承受上部脚手架及梁、板混凝土施工所产生的荷载。1)柱根部测量通过平面控制坐标网，将漩涡沙漏状钢筋混凝土结构体系范围内的基础混凝土表面用三维坐标放出椭圆圆心及周边各柱子根部边线，放测出的柱根部的点均用油漆做好明确标志，形成楼面上弹测的“柱网轴线”，如图5.2.2-3所示。图5.2.2-3 柱网轴线平面布置图2)柱弯曲段及环形梁水平投影测量弧形柱轴线的水平投影测量直
