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變斜率鋼筋混凝土墻體施工技術(shù)研究

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變斜率鋼筋混凝土墻體施工技術(shù)研究

摘要:結(jié)合上海國際舞蹈中心2號樓上部結(jié)構(gòu)施工,介紹了變斜率外圍合混凝土墻體的施工技術(shù)。通過采用RHINOCEROS軟件進行虛擬建模以及現(xiàn)場張拉鋼絲繩控制線的措施,達成“圍巾”形狀結(jié)構(gòu)外墻找型以及幕墻連接件規(guī)格化的目的,克服了變斜率鋼筋混凝土墻體施工技術(shù)質(zhì)量控制的難點。

關(guān)鍵詞:變斜率;鋼筋混凝土墻體;墻體施工

1工程概況

上海國際舞蹈中心位于長寧區(qū)虹橋路歷史文化風(fēng)貌保護區(qū)核心,南臨延安高架路,北側(cè)為虹橋路,西側(cè)為水城南路,東側(cè)為延虹綠地,為4棟24m以下新建單體,其中2號樓外形獨特,包含一座千人劇院,總建筑面積12385m2。根據(jù)美國Studios公司的建筑設(shè)計,

2號樓外立面為空間扭動的不規(guī)

則曲面形狀,意為領(lǐng)舞者飄動的“圍巾”,下口位置自落地至懸空連續(xù)變化,傾角也為連續(xù)變化,幕墻包含玻璃、鋁板及陶板三種形式,鋁板和陶板幕墻需在主體結(jié)構(gòu)上設(shè)置連接點。據(jù)上海建工設(shè)計研究院有限公司結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求,墻體上口為屋面封邊結(jié)構(gòu)梁,下口為變底標高的空間梁,采用160m厚鋼筋混凝土圍合墻體,內(nèi)配縱向和橫向鋼筋。經(jīng)與幕墻施工單位的研究分析,為達到幕墻施工精細化、連接件規(guī)格化、幕墻施工便利化和內(nèi)部空間最大化等一系列目的,幕墻外表面與基層墻體需保證水平方向間隙等距500mm,垂直方向向里間隙等距200mm,以設(shè)置幕墻縱橫向龍骨、保溫巖棉及防水鋁單板。2難點及特點分析(1)空間三維定位及控制。該鋼筋混凝土墻體與常規(guī)有三處不同:①墻體上下口的水平投影為不規(guī)則的曲線;②存在-10°~+17°間連續(xù)變化的傾角;③墻體下口最低點位于±0.00上,最高點底標高+12.600,通過常規(guī)的在完成面上彈線再通過控制模板垂直度的方法對本墻體結(jié)構(gòu)不適用。(2)高大排架墻體最高高度近16m,自西向東墻體高度逐漸變小,最小處的“領(lǐng)口”區(qū)域墻體高度約2.8m,墻體必須實行分段澆筑,支護排架模板體系有搭設(shè)高度高、荷載大等特點。(3)墻體厚度小,混凝土澆筑難度大。墻體高度最大處約15.4m,但墻厚僅為160mm,如此薄的混凝土墻體如何做好混凝土澆筑是一個難點。

3實施方法及控制要點

3.1確定墻體模型

Studios公司的幕墻模型通過Rhinoceros蒙皮軟件得出。以立面法向向內(nèi)偏移500m、上口向下偏移200m、下口法向向上偏移20mm三條原則,通過“偏移指令”得出墻體結(jié)構(gòu)外表面,再通過整體法向向內(nèi)偏移160mm到墻體內(nèi)表面。根據(jù)墻體的下口位置和傾角的不同,將整個外墻分為4個區(qū)域。(1)南北兩側(cè)斜墻段。頂標高+15.400,底標高+0.850(結(jié)構(gòu)頂板上)~+7.950(懸空),墻體傾角0°~10°,分別于+3.950、+7.950、+11.950設(shè)置300×300mm層間梁,層間梁與主體結(jié)構(gòu)柱間用懸挑梁連接。(2)斜吊柱段。屋面結(jié)構(gòu)梁下掛受力體系,頂標高+15.400,底標高+7.950~+11.950,墻體傾角10°~14°,沿頂面曲線每4m左右設(shè)置吊柱1根。(3)西側(cè)領(lǐng)口段。頂標高+15.400,底標高+11.950~+12.600,墻體傾角14°~17°,因下掛距離短,直接由屋面封邊梁下掛,不設(shè)置層間梁、柱。(4)北側(cè)扭轉(zhuǎn)段。頂面標高+15.400,底面標高自+0.850起,為雙曲扭轉(zhuǎn)段,根據(jù)建筑設(shè)計要求,該段由幕墻二次鋼結(jié)構(gòu)進行找形,玻璃幕墻以內(nèi)采用鋼筋混凝土折板。本文主要論述以上1、2、3分段的墻體施工技術(shù)。

3.2空間定位

(1)墻體斜率控制。經(jīng)對變斜率墻體結(jié)構(gòu)模型的豎向剖切,發(fā)現(xiàn)其各豎向剖面皆近似直線,因墻體的上下口曲線在各個點的曲率較小,理論上只需在上口的曲線上找到點,則可將曲線分為多個割線段的連線,而點的間距越密割線段則越接近原曲線,原理類似“割圓術(shù)”。通過誤差計算,確定了點在弧線上的間距在2000m,基本可以保證割線的弧高在20mm以內(nèi)。經(jīng)過上口各點作豎向剖面,得到剖面與結(jié)構(gòu)外皮的“交線”,再將該交線在空間上以曲面法向為方向,垂直向外偏移50mm,即可得到結(jié)構(gòu)外控制線,而這些控制線在實際施工過程中則通過張拉鋼絲繩得以實現(xiàn),鋼絲繩的上口固定在屋面已施工部分向外懸挑的角鋼端部,下口則是在-0.050標高的空間點。(2)墻體底部空間定位。得到豎向剖切面與結(jié)構(gòu)外皮的交線后,交線底部的空間坐標通過Rhinoceros簡易編程即可獲得。

3.3鋼絲繩張拉

(1)主體結(jié)構(gòu)先行施工至+15.400,因墻體上口梁是從屋面框架梁向外挑出梁后連接而成的封邊梁,在挑梁的1/3處留設(shè)施工縫,施工縫以外的部分均甩項處理,與主體結(jié)構(gòu)分開施工;(2)在地下室頂板上放出下口梁內(nèi)外側(cè)投影線及+15.400(屋面)標高結(jié)構(gòu)外邊線,在屋面上放出軸線;(3)確定+15.400標高上結(jié)構(gòu)外控制線上口的坐標,在施工現(xiàn)場用L50×5mm角鋼固定且在端部開孔實現(xiàn);(4)同理在-0.050標高上找出控制線下口;(5)上下口牽拉鋼絲繩,底部安裝花籃螺絲收緊,距離結(jié)構(gòu)外邊50mm(穿過模板外側(cè)的豎向二四圍檁),共設(shè)置122道;(6)根據(jù)下口梁外邊線的三維定位做好排架定位點標記,編號記錄標高,搭設(shè)排架,共計242個點。

3.4模板支設(shè)

工廠加工的鋼模精度、平整度的控制一般高于現(xiàn)場加工的木模,對此類不規(guī)則墻體一般優(yōu)先推薦鋼模,但鋼模造價高昂、周轉(zhuǎn)率低、加工周期長且無法靈活調(diào)整,考慮到該墻體整體長度較長、相對曲率很小,故決定采用全木模體系拼接,經(jīng)計算采用九夾板拼接作為面板的方式,其弧高在允許范圍內(nèi),對于某些曲率相對較大的區(qū)域通過起拱的方式減小誤差。(1)墻體分層澆筑確定與支撐體系。變斜率墻體部分段下口為懸空的空間梁,排架模板支撐體系計算選型為鋼筋混凝土梁。需澆筑墻體(梁)高度為2.8~16m不等,厚度160mm,必須進行分層澆筑,鑒于該墻體為外墻應(yīng)盡可能減少施工縫,故在計算結(jié)果允許的前提下盡量增大澆筑分層間高度,減少澆筑分段。經(jīng)PKPM計算立桿的縱距400mm,步距1500mm,梁底增加1道承重立桿,梁兩側(cè)立桿間距800mm,故墻體(梁)分層澆筑高度≤4m。(2)墻體側(cè)模體系。同上述分層澆筑計算模型,側(cè)模體系經(jīng)過計算布置15道內(nèi)龍骨(50×100mm木方),外龍骨間距400mm(雙鋼管48mm×3.2mm),對拉螺栓布置9道,在斷面內(nèi)水平間距200~500mm,斷面跨度方向間距400mm,直徑14mm。(3)高排架體系。整個排架體系搭設(shè)高度超過8m,屬于高排架體系,經(jīng)過計算及專家論證需達到如下要求:高寬比≤1:3;垂直剪刀撐連續(xù)布置,水平剪刀撐在滿堂排架區(qū)域共布置3道:4.5m、9m和13.5m;滿堂排架在墻體下口梁以外還需外擴4排,以保證整個排架體系穩(wěn)定。

3.5墻體澆筑

墻體原設(shè)計級配C30,鑒于其厚度僅有160mm,如按常規(guī)方法施工極易因振搗不密實出現(xiàn)蜂窩麻面[1]。經(jīng)與設(shè)計協(xié)商改為C40細石混凝土,粒徑5~16mm。澆搗順序由南北立面逐層向上分塊施工,再行順勢施工西立面領(lǐng)口部位。

4質(zhì)量控制要點

(1)定位過程中,應(yīng)盡可能利用樓層標高1m線,將標高5m、10m、12m等標高線轉(zhuǎn)移到相關(guān)排架鋼管上,避免頻繁長尺測量引起的不便及偏差;(2)支模過程中或混凝土澆搗后鋼絲繩如發(fā)生松動及時用花籃螺絲收緊,如發(fā)生切斷則重新連接或用新鋼絲繩替換,若與排架鋼管或木方發(fā)生碰撞影響,調(diào)整鋼管木方對鋼絲繩進行復(fù)位[2];(3)因墻體系細長混凝土板墻,為防止不規(guī)則裂縫的產(chǎn)生設(shè)置垂直誘導(dǎo)縫,刻意制造墻體內(nèi)應(yīng)力的“薄弱點”,使裂縫產(chǎn)生于預(yù)設(shè)位置,幕墻施工前用防水油膏嵌實。

5實施效果

混凝土圍合墻體施工完畢并拆除模板后,組織技術(shù)及翻樣人員對實際完成面尺寸與張拉鋼絲繩之間數(shù)據(jù)進行了復(fù)測,整體質(zhì)量控制較好,僅有局部因模板變形造成的完成面正偏差在20mm左右,通過將爆?;炷撩鎸觿兂拔⒄{(diào)幕墻連接件長度的方法,可保證后續(xù)施工的需要。

6結(jié)束語

本文基于上海國際舞蹈中心工程建設(shè)實錄,在施工技術(shù)方面通過BIM信息化為媒介,對變斜率鋼筋混凝土墻體進行空間定位,并運用多種手段確保了該復(fù)雜結(jié)構(gòu)外墻的施工質(zhì)量、安全、精度,并在過程中使用了相對低廉的木模體系,倡導(dǎo)綠色施工的同時降低了工程造價,且施工精度達到預(yù)期的要求也對后續(xù)幕墻施工精細化、規(guī)格化、便利化創(chuàng)造了有利的條件。

參考文獻

[1]混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范:GB50204—2015[S].

[2]建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范:JGJ130—2011[S].

作者:張昱敏 單位:上海建工四建集團有限公司

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