首博新馆钢筋混凝土异形结构醮测量定位与模架设计.pdf

首博新馆钢筋混凝土异形结构的 测量定位与模架设计 M e a s u r i n g a n d P o s i t i o n i n g o f I r r e g u l a r RC S t r u c t u r e o f Ne w Ca p i t a l M u s e u m a n d i t s Fo r mwo r k De s i g n 闻松盛 上海嘉实( 集团 ) 有限公司 2 0 1 8 0 4 摘 要： 首都博物馆新馆中的专题展厅为一超大的现浇混凝土椭圆截面筒体结构 ，其上部截面沿高度 自南向北倾斜 ，因 而简体的几何中心亦随筒体的高度不断变化，给模架施工带来极大的困难 。经研究 ，运用不同的测量方法解决了测量 定位问题 ，同时专门设计制作了异形模板和加固围檩 ，使工程得以顺利完成。 关键词： 首博新馆混凝土异形结构测量定位模架制作 中图分类号： T U 1 9 8 ， 文献标识码 B 【 文章编号】1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 2 4 0 - 0 2 1 工程概况 首都博物馆新馆是大型综合性博物馆 ，其专题展厅为 现浇混凝土椭 圆截面简体结构 ， 截面沿高度 自南 向北倾斜 ， 在空间立体看是一条斜直线。 此种结构施工难度特别大 ， 在 国内尚未见过相关报道， 是亚洲第一的超特殊异形结构。 该 建筑基础为筏板 式 ， 主体为框架 一剪力墙体 系， 屋顶钢结 构 ， 椭 圆形简体结构为抗侧力简体。 本工程现浇混凝土椭圆斜简壁厚 4 0 0 m m ， 椭圆长轴内 半径为 1 7 5 8 2 m m 、 外半径为 1 8 0 0 0 m m ， 椭圆短轴 内半径 1 3 1 0 0 ll l m 、 外半径为 1 3 5 0 0 m m 。斜筒竖 向沿长轴方 向向 北 倾 斜 ，其 倾 斜 度 为 ：高 宽 比 1 0： 3 。 从 基 础 底 板 ( - 1 4 8 0 m ) 开始一直到顶 ( + 4 2 O 0 m ) ， 总高度 5 6 8 Il l 。 2 施工难点 2 1 测量定位困难 ( 1 )由于椭圆结构筒体是沿长轴方 向( H 轴方 向) 向北 倾斜，因此简体的几何中心是随着简体的高度而不断的变 化 ， 在空间立体看是一条斜直线 ； 斜度 比是 1 0： 3 ， 故 随着 施工的进度要不断确定好简体几何中心的位置 ，否则差之 毫厘 ， 谬以千里。 ( 2 ) 从基础垫层、 底板施工、 墙柱插筋、 楼面浇筑 、 简体 墙体模板 的定位所用施工方法都完全不同，要根据各种不 同的施工工况 ， 多年施工经验 ， 灵活运用各种不同的测量方 作者简介： 闻松盛( 1 9 7 0 一 ) ， 男， 本科， 高级工程师， 国家一级建造师。 作者地址 ： 上海市曹安公路 4 8 0 0号 l号楼 ( 2 0 1 8 0 4 ) 。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 1 1 9 2 4 0 I 2 0 l 2 3 B l棚 血g 法 。 2 2 异形模板的制作 本工程现浇混凝土椭 圆斜筒结构模板的下料加工是本 工程的一个重点 ， 也是一个难点 ， 可 以客观地说 ， 异形模板 的制作问题解决 了， 这个工程的难题也就解决 了。 由于椭 圆 的墙、 梁侧模要受椭圆形状和倾斜角度的双重影响 ， 每一片 模板的下料尺寸都不一样 ，还要保证浇筑 出来 的混凝土简 体满足一定的精度 ， 为以后的精装修( 简体外侧是仿古金属 砖 ) 打下一个好的基础， 故模板制作 尤为困难。 2 3 简体模板的加固围檩 由于是异形倾斜结构 ， 筒体模板 的加固亦很特殊。 墙体 模板是 由整块覆膜木模板切割掉 1 个小三角形而形成 ， 并 且一块一块依次拼装， 板 与板之间不留缝隙， 顺着板的竖向 没有问题 ，用 5 0 m m x 1 0 0 n l m木方间距 2 0 0 m m 作 为背肋 即可 ，而水平方 向是一个椭 圆曲线 ，墙体混凝土厚度为 4 0 0 m il l ，这就要求水平方向的背肋既要有一定的刚度 ， 又 要有一定 的柔度 ， 能弯曲成椭圆的形状 ， 还要便于加工， 有 一 定的施工可操作性。 2 4 墙体模板支撑系统受力状态复杂 椭 圆斜筒 的墙体模板支撑系统两侧都 是模板 加固系 统 ， 由于墙体为弧形 ， 本身有一定的刚度 ， 浇筑混凝土前和 浇筑混凝土后的受力况状不完全相同，墙体的下段和墙体 的上段的受力亦不尽相同 ， 是一个很复杂的受力状态。 3 应对措施 3 1 C A D 结合全站仪技术进行测量定位 如此大截面的混凝土异形简体结构 ，测量定位放线相 当复杂。经研究 ， 应用 C A D 结合全站仪技术进行测量定位 ， 先以 C A D 软件计算并 画出首都博物馆新馆工程椭 圆定位图 表 ， 再用全站仪结合 图表数值进行放线施工 ： ( 1 ) 在垫层面， 由于没有阻碍 ， 直接在垫层上 口放线 ： ( 2 ) 承台钢筋上 ， 对于椭 圆圆柱、 安防、 积 水坑采用锤 吊线 ， 椭 圆分 A内、 A外、 B 内 、 B 外 ， 采用焦点法投测 ， 由长 短轴数值算出焦距 ， 在长轴上用大尺量出焦距点 ， 以 2 个焦 距点为定点， 以 2 倍的长轴长度作为线段定值长 ， 以第 3 个 点为动点画椭圆： ( 3 ) 承台混凝土浇筑完成后 ， 由于有高 4 m的反梁 ， 还有墙柱的插铁 ， 这时就改用极坐标法测设 ； ( 4 ) 椭 圆内斜柱轴放线时放 出它的外框矩形线 ； ( 5 )1 根放射梁的标高可 以通过 C A D 软件求 出相邻 3 根放射梁的弧长 ， 进而求出未知标高的放射梁标高 ； ( 6 ) 我们还可通过 图表数值控制 A 、 B 椭圆墙的墙模上 口水平。 3 2 通过建立两个数学模型来解决异形模板的制作 问题 3 2 1 空间解析模型 空间椭 圆斜柱体可 由空间相关联的三个直角三角形互 相求得。得 出计算公式为 ： =1 2 2 c o t a r c c o s s n 1 6 7 s i n ( a r c t a n ) ) ； x y ( 1 ) 其 中 1 2 2 是整块覆膜板的短边长度 ； A 和 8 分别是椭 圆的长短轴 ； 1 6 7 是整个椭 圆筒倾斜的角度。 总的空间解析模型如图 1 所示。 3 2 2 空 间立体 模 型 椭圆柱体绕着短轴转动 ，柱体 上的任意两段垂直于水 平面的线段在旋转后在垂直轴方 向的投影长度是相等 的。 得出计算公式 =1 2 2 t g a r c s i n ( H 1 2 2 ) ( 2 ) = 1 - 2 2 t g a r c s i n s i n 1 6 。 7 c o s ( 1 6 。 7 i 2 2 ) l 其 中 1 2 2 是整块覆膜板 的短边长度 ； 是椭圆墙上 的 任一块 整张覆膜板在长轴上的投影长度 ； 1 6 7是整个椭 圆 筒倾斜的角度。总的空间立体模型如图 2 所示。 图 1 空 间解析模型 图 2 空间立体模型 2 个数学模型在实际操作中数值非常接近 ，在工程实 际 中， 我们选择了公式( 2 ) 作为最后的理论公式进行运用。 3 3 运用 4 8 mm钢管做弧形围檩 竖向次肋为 1 0 0 m m x 1 0 0 m m木方 ，接缝及加强整体 刚度的木方亦为 1 0 0 m mx 1 0 0 m m木方。横 向用 4 8 m m 钢管按弧度成型做成钢围檩 ； 得 A内方程 ： X 2 1 3 I z +Y Z 1 7 5 8 2 2 =l ( 3) 1 3 1 -0 0 1 8 - 0 1 -0 0 48 =1 2 9 3 4： 1 7 5 8 2 -0 01 8 -0 1 0 0 4 8 =1 7 41 6 。 即 A内方程长短轴减去一个覆膜板厚度、 一个木枋厚 度、 一个钢管直径( 图 3 ) 。 A外方程 ：X 2 1 3 5 2 + Y 2 1 8 2 =1 ( 4) 1 3 5 +0 0 1 8 +0 I +0 0 4 8 =1 3 6 6 6： 1 8 +0 0 1 8 +0 I +0 0 4 8 =1 8 1 6 6 。 即 A 外方程长短轴加上一个覆膜板厚度、 一个木方厚 度、 一个钢管直径( 图 4 ) 。 图 3 内椭 圆围樱线 图 4 外椭 圆围樱线 最后 ，依据椭 圆线加工钢管 围檩 ，单根长度 2 5 m 6 m ， 加工时应考虑接头错开 ， 并编号。 3 4 利用全 丝螺杆和 4 8 m m 钢管双重加固模板支撑体 系 取 6 m层高椭圆墙体最北端 1 m宽、垂直高度 6 m高 验算墙模、 次龙骨、 主龙骨、 支拉系统。 整个计算单元的受力 情况是很复杂的 ， 有拉力有压力， 在此种复杂受力情况下 ， 摒弃纷繁的理论分析，以在斜筒墙体两侧施 以钢管受压和 全丝螺杆受拉同时进行来替代 ，使 内外两侧模板既能承受 拉 力又能承受压 力，且又不考虑周围计算单元钢筋对该计 算单元的拉 力有利效应 ， 这样考虑就使系统本身偏于保守 ， 更加安全。 4结语 对于本文所述的这种特殊结构 ，因无任何可借鉴的施 工经验 ，施工中碰到的施工难点是其它普通工程中未有过 的、 不可想象的 ， 故其测量定位、 模板制作 、 异形加固、 支撑 验算在抛物线、 双曲线、 椭圆形状异形结构施工 中都有参考 价值。 凭着精心组织 ， 精心准备 ， 精心施工 ， 该工程最终取得 了空前 的成功。 参 考 文 献 【 l 】 中华建筑科学研究院G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2混凝土结构工程施工质量验收规 范【 s 埘E 京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 2 【 2 】 中国建筑科学研究院G B 5 0 3 0 0 - - 2 0 0 1 建筑工程施工质量验收统一标准 【 s 】 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 1 I K 1 r 第 3 4 卷 g 3 1 g l 2 4 1