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仿明清建筑结构施工工法

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仿明清建筑结构施工工法
1.前言
明清时期是中国古代建筑体系的最后一个发展阶段，明代的官式已经建筑模数标准化，风格定型化，而清代则进一步制度化。明清建筑具有明显的复古取向，官式建筑由于形式上斗拱比例缩小，出檐较短，柱础、柱的生起、卷刹不再使用梁坊的厚重比例，建立严谨而硬朗的基调，所取的装饰效果更加明显。
古代建筑多为木制结构，而我们现在建造的仿古建筑，基本上是用混凝土结构代替木结构，以再现古建筑风采。经查阅大量的资料发现，目前施工明清风格的建筑时，在斗拱构架体系中基本上是采用木质斗拱，极少数工程采用混凝土，即使采用而其斗拱体系都很简单，五踩及五踩以上采用钢筋混凝土制作是几乎没有的。这就对复杂的仿明清建筑砼结构施工提出了新的更高的要求,最困难的当属柱头以上的构架体系的制作。
针对明清建筑结构施工进行深入研究和实践，创新形成了一整套完善的施工技术，总结形成了本工法。通过本工法在工程中的实际应用，取得到了良好的效果，得到有关专家的肯定，具有很强的推广应用价值。
2.工法特点
本工法针对明清建筑斗拱体系中单件尺寸小巧、相互关系严密的特点，对砼斗拱体系采用了分单件预制再拼装组合，组合件整体吊装及就位，最后用垫拱板及檩的现浇混凝土进行固定。通过对斗拱体系的合理分解,构件标高、位置的合理控制，使构件层次清晰、结构安全可靠、施工操作灵活、工效显著。与采用传统的在作用面分层现浇工艺及分单件预制，再在高空建筑结构上逐层单件安装的工艺相及比较，具有生产效率高，构件的结合好，建筑结构的整体安全性能大大提高，安装效率大大提高，节约了劳动力，减少了安全事故的发生率，加快了施工进度。
3.适用范围
本工法适用于仿明清建筑的混凝土结构施工
4.工艺原理
本工法以达到清水砼效果为目的，针对明清风格建筑复杂的仿古建筑檐口构造。主要通过单件预制、再组合成完整的1/2攒单坐斗拱体系或者多坐斗斗拱体系的一层并经过几次重复施工形成1/2攒多坐斗斗拱体系、吊装1/2攒斗拱体系并通过精确定位加固，最后浇筑垫拱板砼与建筑结构结成一体。形成完整的斗拱体系，再施工上部的枋和檩及屋面。
图4-1建筑结构和构件位置、名称示意图

5.工艺流程及操作要点
5.1工艺流程图，关键子流程为下图左边：斗拱体系预制

5.2操作要点
5.2.1平面弹线 ： 结构施工前，平面放线，要设十字中线控制点位、外边控制线、角柱要设45度控制线。各层施工前把十字线和外边控制线及角柱45度线投测到楼面上。
钢筋
5.2.2圆柱子施工
整体模板

整体柱模板施工示意图
5.2.2.1弹柱边线： 根据模板的情况、弹出柱边控制线、每侧外放200厘米，以便于检查、校正模板。
5.2.2.2钢筋绑扎： 竖向钢筋在柱头的单面卷刹处的钢筋要向内收，箍筋设三道定位卡筋。
5.2.2.3柱模板： 根据柱子边控制线，安放柱子模板并校正，外部用槽钢加螺栓并配合钢管固定、特别注意角柱和柱头的卷刹（卷刹为定型模具）位置、方向、标高均要一致。
5.2.2.4混凝土施工：　混凝土采用泵送混凝土，应根据柱子的高度分几次浇筑成功，每次间隔时间应小于混凝土的处凝时间。浇筑高度至坐斗底3厘米，混凝土泵管的架子不要同加固柱子的架子相连接。
5.２.3斗拱预制及安装
5.２.3.1. 斗拱预制
5.2.3.1.1模型制作：各单件的模型按1:1的制作,保证单件尺寸误差在2毫米以内,模型经过设计单位认同后,再以该模型为内胎制作成模具。
5.2.3.1.2 单件预制： 因为坐斗、耍头、瓜拱、万拱、厢拱的模具均不一样，所以模具应该做好标识，应选用耐用的材料制作模具（玻璃钢模具，镜面板模具等），特别要注意的是瓜拱和厢拱的卷刹不一样，按万三瓜四厢五原理制作卷刹。
钢筋

新型模具

用新型模具生产耍头示意图
5.2.3.1.3 斗拱的模具内部采用反贴法原理制作，即有拱眼的地方先在其位置上贴上拱眼模型。
5.2.3.1.4 翘的模板安装：在木板基层上安装定位模板，固定单件和翘的模板， 这样就确保拼装件尺寸的准确和统一。
5.2.3.1.5 翘的混凝土施工：因为翘的宽度只有一个斗口宽度，所以宜选用的小型振动棒。
8.2.3.1.6 在翘的砼初凝前将预制好的单件坐斗通过预留钢筋安装在翘上。
5.2.3.1.7 多坐斗体系，是先用翘将单件拼装组合出第一层，在各个十字交叉点预埋上钢筋，待第一层砼强度达到50%后再进行第二层施工，这样重复施工便形成多踩多斗的1/2复杂斗拱体系。
5.2.3.1.8 细部的修补打磨 对斗拱的下道工序的施工有直接的影响，必须认真处理。 重点是卷刹和升口及拱眼处，翘和拱的交叉处。
钢筋
砼斗拱单件
模板

生产单件斗拱示意图
5.2.３.２ 1/2攒斗拱体系的吊装和安装
5.2.3.2.1 安装起吊前要对斗拱全数检查，检查项目：总体和分件的尺寸，数量，尾部钢筋留的长度和数量，内廊柱头科留设的上架拉梁预留口位置是否准确，看数量和结构形式及质量是否符合设计要求。
5.2.3.2.2 先要按照斗拱体系的位置，对架体进行计算设计，包括架体的宽度、高度、承载力、用于挂安装控制线的位置、水平支撑点的位置及辅助1/2攒斗拱体系移动的三角架支撑位置等；并按照审批过的方案进行架体搭设，组织验收并记录。
5.2.3.2.3 在斗拱90度翻身的过程中，如果有损坏，在吊装之前要用高标号的砂浆加白水泥、808胶进行修补好。在经过验收的斗拱体系上弹出其自身的中线及一条统一高度的水平线，为以后安装校正使用，再进行运输及吊装。
5.2.3.2.4 吊装用的棕绳子需要能留有较大的富余值。水平运输用的平板车，在运输的时候，铺上双层棉毡，以保护好构件不被碰坏。
5.2.3.2.5 在搬运和安装的过程中容易造成构件的棱角破损，对工具进行软包装很重要和必要，须认真处理到位。
5.2.3.2.6 在吊装的过程中，起吊的速度要尽量慢一些，防止因为起吊过快而造成绳子断裂。
5.2.3.2.7 吊装和安装人员要固定，对作业人员要认真进行书面和口头的技术和安全交底。设专人指挥塔吊。
5.2.3.2.8 1/2攒斗拱体系临时固定宜用木板作为水平面支撑，便于用木楔子进行标高及左右位置调整，临时固定好后取出吊绳。
5.2.3.2.9 构件的校正按标高、轴线、控制线的顺序进行，先校正构件的标高、再校正中线，基本符合要求后，再检查构件的垂直度、 平整度及构件的控制线。对同一轴线上及同一位置内外的构件必须拉通线进行二次校正，均符合要求后，再将里外1/2攒斗拱体系的预埋钢筋采用双面帮条焊接在垫拱板内部，通过验收后进行下一道工序。
5.2.4 垫拱板的施工
5.2.4.1 宜采用分轴线分段进行垫拱板的混凝土施工，利于及时固定好斗拱体系。
5.2.4.2焊接斗拱预留钢筋和垫拱板的钢筋，该工序是保证斗拱体系和结构安全的关键工序之一，必须满足焊接规范的要求，宜采用实施双面焊接，焊缝长度必须满足规范要求。
5.2.4.3 垫拱板的混凝土施工：因为该工序既要保证构件和结构连接又要保证其自身的误差在3mm以内，才能确保下道工序彩绘的艺术效果。故该模板及混凝土的施工都要很仔细，误差必须在要求的范围以内。在垫拱板混凝土施工完后，对局部修补是难免的，宜用界面剂加808胶进行，由专人负责，修补完后要及时养护。
5.2.5枋子和檩的施工
5.2.5.1枋子的一部分已经同斗拱一起预制了,剩下的是把整道枋连接起来, 檩也是采用现浇混凝土构件。施工中主要是在模板的制作和安装，必须确保混凝土构件的成型尺寸误差在3mm以内。
5.2.5.2 因为多工序交叉施工，特别要注意成品保护，不要破坏已经安装好的斗拱体系。而斗拱中的上部预留钢筋要锚固在檩中，这一点要特别注意锚固的长度和位置的正确性。
5.2.5.3 檩的施工还要同椽子的安装相互配合。
5.2.6椽子的预制和安装
5.2.6.1椽子的预制关键技术是模板的加工，要求尺寸误差在2mm以内，内部光滑，自身的强度好，能够重复多次使用，实现工厂化生产。
5.2.6.2椽子的上口要预制成凸形，便于下一步平稳的安装望板，进而有利于椽子的上部钢筋在同一平面上进行绑扎和屋面混凝土施工。
5.2.6.3必须保证椽子在预制时的钢筋位置的准确，这样才能够确保椽子的正确的力学性能。
5.2.6.4椽子的预制是按照放样加工的，要仔细的编号，特别是翼角的椽子，其尾部带有梢度，尺寸是变化的，要根据样品定向加工。
5.2.6.5椽子安装时特别要注意控制外端的出檐尺寸统一，并用角钢作外檐挡杆，以满足要求。
5.2.6.6椽子间距的控制是又一个关键点，应用统一尺寸的卡具控制。
5.2.6.7椽子的尾部钢筋要锚固檩和屋面板的混凝土内，钢筋最好能够相互焊接，以确保其受力的整体性。椽子的上面钢筋要同屋面板的钢筋进行有效的连接，确保其处于良好的受力状态。
5.2.6.8椽子在安装时要特别注意不能让其表面破坏，因为在其表面将直接进行彩画的施工。
5.2.6.9翼角的椽子安装要在固定的模型上进行，因为关键是翼角的起翘和出翘要统一，必须要有统一的固定模型来控制。
5.2.6.10大连檐的位置将使椽子的外露部分统一整齐，确保以后在屋面瓦件施工时的位置准确。
5.2.7望板的安装
5.2.7.1望板可以用2cm厚的钢筋混凝土板预制或者使用车间加工好的1cm厚的的水泥压力板，现在使用较多的水泥压力板其优点是工厂化程度高，尺寸标准，可提前加工，根据椽间的尺寸变化而裁剪。
5.2.7.2安装的关键是提前把椽子用水润湿，15-20分钟后再用高标号（75号水泥砂浆）坐浆，再把整块的水泥压力板安装在椽子的凹槽中。安装完后要及时补充不饱满的砂浆并把多余的砂浆清理干净。
5.2.8屋面施工
5.2.8.1屋面钢筋要同椽子钢筋要进行有效的连接，翼角处的钢筋要锚固到老角梁及子角梁内，锚固长度满足国家规范的要求。
5.2.8.2混凝土施工宜采用塌落度较小的混凝土（6－１2厘米），才能够保证坡屋面施工的要求。
5.2.8.3在混凝土施工时要认真计算，把上部用于挂瓦件的钢筋和搭设架子要用的钢筋准确预留。
5.2.9清理修补落架
5.2.9.1在把屋面混凝土施工完，清理干净，在保证各构件位置准确，表面光滑，修补到位后，才具有落架的条件。
5.2.9.2如果是条件允许，最好是能够在落架之前把彩画的前期工作做了，比如用草酸清洗构件的表面和批第一遍和第二编腻子（最多可以批四遍，但是不能太厚应小于4mm），这样就提高了架体的利用率，同时提高了观感，为下一不的彩画打好了基础。
6材料和机具设备
6.１材料有：轻质斗拱的原材料：陶粒、陶砂、纤维、及外加剂；普通混凝土；模板料；钢筋骨架；
6.２　机具设备：
图6-1
序号
机 具名 称
用 途
备 注
1
强制式搅拌机
砼搅拌
轻质混凝土
2
混凝土输送泵及管
砼输送
泵管的长度由实际情况定
3
混凝土振动棒
砼的成型
小振动棒用于构件预制
4
塔吊
垂直运输

5
木工电刨电锯和压刨
木模制作

6
钢筋机械
钢筋加工
切断机、弯曲机、调直机
7
平板车、棕绳、黑心棉、手动滑轮
吊装构件
黑心棉用于软包吊装工具
7质量要求及控制要点
7.1按照<<混凝土结构工程施工质量验收规范>>GB50204施工验收。
7.2 结合企业内控标准及相关方认同的验收标准。
7.3模板质量直接的影响了混凝土的外观质量，因此必须用质量好的模板，变形小、坚固、防水好，能保证达到清水混凝土的效果。
7.4轻质混凝土的陶粒、陶砂、纤维、及外加剂必须符合设计和规范的要求，有合格的出厂合格证，检验报告，复试报告。
7.5陶粒混凝土的配合比、搅拌、运输、及养护要符合规范的规定，其比普通混凝土更容易离析，需减少运输时间，增加搅拌、养护时间。
7.6陶粒混凝土的外观质量不应有严重缺陷。
轻质混凝土构件预制质量允许偏差表 图7-1
项目名称
允许偏差/mm
项目名称
允许偏差/mm
坐斗宽度
3
卷刹水平长度
2
分件拱高
0，-2
卷刹竖向长度
2
拱眼深度
2
耍头云彩深度
2
分件拱长度
3
斗拱总长度
0，-3
拱厚度

斗拱总高度
0，-3
7.7安装时位置的准确，包括水平位置和垂直方向以及外轮廓线的控制，误差不大于3mm。
7.8构件预留钢筋同垫拱板的钢筋焊接，焊缝长度满足规范的要求。
7.９单件的构件堆放要按坐斗、瓜拱、厢拱、耍头，分类堆放。
7.１０单件构件注明生产日期、构件编号名称、质量标识（合格或者不合格）。
7.１１安装时为减少构件的破损，各种工具必须进行软包装，对起吊点要进行特别的保护。
7.１２对细部的修补必须达到图纸尺寸及清水混凝土的要求，为彩画的施工创造好条件。
构件安装质量允许偏差表 图7-2
项目名称
允许偏差/mm
项目名称
允许偏差/mm
轴线位移
3
整条轴线拉通线构件错位误差
2
标高
3
整个建筑的构件垂直度
4
自身垂直度
2
同位置内外1/2攒件错位误差
2
同层构件平直度
3
构件尾部钢筋焊缝长度
0，+10
7.１３所有的架子在搭设和拆除都要相互传递不得乱扔。
7.１４在施工上部结构时,对下部构件进行临时保护。
8安全措施
8.1 执行标准
图8-1
序号
执行标准
代号
1
建筑施工安全检查标准
JGJ59-99
2
施工现场临时用电安全技术规程
JGJ46-2005

3
建筑施工高处作业安全技术规程
JGJ80-91
4
建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程
JGJ130-2001
5
建筑机械使用安全技术规程
JGB33-2001

6
建筑施工特殊作业人员管理规定
建质【2008】75号
7
建筑施工人员个人劳动保护用品使用管理暂行规定
建质【2007】25号
8.2 具体要求
8.2.1所有的机械设备必须专人使用，安全防护措施到位。
8.2.2各种电动工具要有漏电保护器，上到架子上的安装人员必须要穿绝缘防滑鞋。
8.2.3 安装作业面实施全封闭，与安装无关的人员不得进入该区域。
8.2.4 五级以上的大风天气，不得进行构件的吊装和就位。
8.2.5暑天施工注意防暑降温，冬雨季施工防滑防冻，及时扫雪排水。
9 环保措施
图9-1
序号
可能的环境污染因素
措 施
1
电锯、震动板、钢筋机械等噪音
木工、钢筋棚封闭，选择白天使用震动板减少扰民
2
施工污水
设置沉淀池到达标后再排放到城市管网
3
搅拌站的扬尘
将搅拌站封闭
4
电焊的光污染
选择白天使用电焊
10经济效果分析
10.1 工艺优良性
10.1.1 环境保护及文明程度作用显著，单件实现了工厂化，大大降低了污水、建筑垃圾、噪音的排放。
10.1.2 安全施工方面，减少了高空安装的时间和劳动用工，降低了高空坠落等安全事故发生的概率。
10.1.2施工工期方面，预制及地面拼装同主体结构同步施工，不占用施工关键线路上的时间，大大节约了施工工期，降低了施工成本。
10.1.3施工质量方面，从预制到吊装及安装，所有的环节质量完全处于收控状态，施工误差小于国家标准，满足设计及规范的质量要求。
10.1.4 施工成本方面，在该工艺的各个环节都体现了工厂化，标准化，从劳动力到材料，从机械的使用到工期节约，都有效的降低了成本。
该施工工艺受到了建设单位、建设主管部门、监理公司以及古建专家的一致好评，具有很强的推广性。经过技术查新，该施工工艺目前为国内首创。
10.2 实例 该工艺在咸阳楼的应用，起得了很好的社会效益和经济效益。成本主要从：人工费的节约，模板材料的大量节约，支撑架子的搭设，设施料租赁费用的节约，构件二次吸修补的费用节约，施工工期的节约带来的管理费用减少，为项目节约成本大约125.5万元，共预制厢拱和外曳瓜拱及耍头和椽子共计12830个单件。以下是按照2006年咸阳市人工及材料标准直接计算的经济效益，并没有计算工期成本、节约机械成本、减少质量修补成本、高空作业劳动力的节约、脚手架的搭设所用人工及租赁费用、高空安全设施增加的费用。
在咸阳楼工程中该工法与分件预制分件安装的传统工艺经济对照表 图10-1
1
模具投入
22300元
48700元
26400元
多用镜面板（模板）220×120=26400元
2
模板安装用工
0元
520×60
=25200元
31200元
每个工日按60元计算
3
构件安装用工
80×60
=4800元
760×60
=45600元
40800元
每个工日按60元计算
4
构件预留安装孔材料
0元
5600元
5600元

5
灌浆水泥
0元
4500元
4500元

6
小计

107500元

１１工程实例 陕西省咸阳市咸阳楼复建工程（原名清渭楼），该工程是一个规模和难度很大的钢筋混凝土框架剪力墙结构的仿明清建筑。建筑总高66.57米，建筑面积21436平方米，古建筑面积4322平方米。咸阳楼复建工程采用轻质砼预制斗拱、椽子而柱、枋、檩、垫拱板及屋面采用现浇砼的一座大型仿古建筑。工程采用本工法组织施工，施工质量优异。通过该工法总结形成的的QC成果获2007年度全国工程建设优秀质量管理小组QC成果而二等奖，2007年度陕西省工程建设优秀质量管理小组QC成果一等奖。

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