大跨度混凝土结构的穹顶屋面施工工法.pdf

1大跨度钢筋混凝土结构穹顶施工工法大跨度钢筋混凝土结构穹顶施工工法编制单位：中国建筑一局（集团）有限公司主要执笔人：胡建，刘冰，许廷志，闫闯，王永，夏芬，印芳1 前言前言近年来，西方的欧式风格以及中国的传统建筑形式已成为国内建筑的潮流模式，穹顶造型美观，是中国古典建筑与西式宗教建筑风格的结合，备受人们的青睐。目前市场上大部分建筑材料抗压能力强，抗剪、抗弯、抗拉的能力较差，而穹顶可将上部荷载转为“拱”的轴向压应力，而不产生拉、剪、弯的应力，可以节省大量的建筑材料，具有美观和节能的双重优点。华为产品研发园项目穹顶直径约 11 米，施工中突破集团原有工法碗形穹顶钢筋混凝土结构施工工法ZJ1GF-468-2012，对模板支撑架优化，摸索、总结出本工法，以供同类工程参考。2 工法特点工法特点1、安全性高：采用钢管扣件式满堂架作为整个穹顶屋面的支撑体系；选用483.5 钢管作为模板的主次龙骨，相比木方龙骨整体性及刚度增加；采用溜槽浇筑混凝土，控制混凝土自由下落高度。2、成型效果好采用预制模板，尺寸精确度高；模板弯曲处理，在模板的内侧进行切缝；选用自密实混凝土浇筑，确保成型效果。3、成本节约模板采用双层曲面模板拼装而成，拼缝处采用腻子填塞抹平，防止漏浆，减少后期修补费用。3 适用范围适用范围本工法适用于混凝土结构的穹顶屋面施工，也可作为异性斜屋面施工参考。4 工艺原理工艺原理搭设满堂架作为穹顶屋面的支撑架，穹顶支撑架与周边楼板支撑连接架成一个整体；放线标记纬度龙骨标高位置和距离中心线的距离，搭设斜支撑；计算龙骨的弧度，并现场制作；摆放主龙骨（纬度方向）与次龙骨（经度方向）并进行焊接加固，形成整体钢架，然后配置模板，模板尺寸要求精确，内部间隔 50mm 双向切缝，应控制缝深避免破坏模板强度；铺设预制曲面模板时，拼缝的位置填塞腻子并刮平，防止漏浆，双层模板采用三段式止水螺杆对拉加固，用于控制板厚和防止后期此部位渗水；铺设面模板，并在穹顶中部标高位置面模板上水平间隔 1.5 米预留浇筑洞口，方便下2料、振捣和观测混凝土浇筑情况；混凝土浇筑至预留洞口位置时，封闭洞口，进行上部混凝土的浇筑。5 工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点5.1 工艺流程工艺流程图 5-1-1 工艺流程图3图 5-1-2 工序概览5.2 操作要点操作要点5.2.1 测量放线在下层砼楼板上弹出穹顶水平投影线，包括圆心点、穹顶平直段水平投影线、穹顶底部内梁边水平投影线及穹顶底部边 200mm 控制线。在屋面结构的模板工程开始施工之前，要求在楼面板上进行控制线的投放；同时要求把斜屋面平面布置的轮廓线投放出来。测量员、木工工长、质检员、技术员均要求对上述测量放线情况进行跟踪检查，以确保屋面轮廓线投放的准确性，进而保证屋面结构的模板支设质量。根据施工图纸的标高标注情况，计算出屋面各个角点的标高数值并标注在楼面斜屋面轮廓投影线的相应位置上。木工工长、质检员、技术员要求对标注在楼板上的斜屋面各个角点完成标高进行一一核实，以便于工人选取合适长度的钢管立杆进行满堂架搭设，进而保证对斜屋面结构模板支设标高的控制。5.2.2 满堂架搭设1、采用满堂架作为整个穹顶屋面的支撑体系，穹顶屋面满堂架与周边楼板支撑架为一个整体，保证架体整体性，搭设高度满足相关规范要求，如图 5-2-1；2、屋面结构模板支撑满堂架立杆距梁侧、柱边的间距为 300mm。3、立杆间距 900mm，步距 1500mm，水平杆横、纵两个方向拉通设置，立杆离地 200mm 处两个方4向各设置一道水平扫地杆。4、立杆接长严禁搭接，必须采用对接扣件连接，相邻两立柱的对接接头不得在同步内，且对接接头沿竖向错开的距离不宜小于 500mm，各接头中心距主节点不宜大于步距的 1/3。5、在满堂支撑架体外侧周边及内部纵、横向每 5m8m，设置由底至顶的连续竖向剪刀撑，剪刀撑宽度为 5m8m。剪刀撑杆件底端与地面顶紧，夹角为 4560。在竖向剪刀撑顶部交点平面应设置连续水平剪刀撑，水平剪刀撑至架体底平面距离与水平剪刀撑间距不宜超过 8m。6、立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度 a 不应超过 500mm。顶托的伸出长度不宜超过200mm。7、沿梁两侧立杆搭设水平钢管（水平杆中部加设两根顶托、立杆），用于摆放梁底木方。图 5-2-1 满堂架搭设示意图9、穹顶内侧最底部需设置水平剪刀撑，中间高度位置加设水平剪刀撑；图 5-2-2 水平剪刀撑搭设示意图510、穹顶外双排防护架同时支设，超过穹顶边 1800mm（即标高 17m）,外架满挂安全网。5.2.3 龙骨安装1、穹顶龙骨安装的顺序为：斜撑的固定纬度主龙骨固定周圈经度龙骨固定微调整体弧度及加固2、搭设内龙骨的支撑斜杆，与内侧满堂架用旋转扣件连接，不得少于三个连接点，如图 5-2-3；注：斜撑加固时，周圈支撑点控制在同一水平标高上，且斜撑高度应按照计算主龙骨标高设置。图 5-2-3 斜撑搭设示意图3、主龙骨，采用双排483.6 的钢管，根据不同位置确定钢管的弧度，同一标高两根钢管用现场废钢筋头（4 根2225）焊接成整体，现场加工，如图 5-2-4；注：外侧主龙骨采用两根25 的钢筋材料，背楞根据穹顶各标高处直径采用现场加工制作。图 5-2-4 主龙骨搭设示意图4、次龙骨，采用单排483.6 的钢管，间距 250300mm，与主龙骨焊接固定，通过计算，确定钢管的弧度，现场加工，如图 5-2-5；6图 5-2-5 次龙骨搭设示意图5、计算方式如下：图 5-2-6 模板及经度钢管拼接弧度表 5.1：拼接钢管弧度细部对应尺寸表序号1234567891011121314从左开始尺寸2004006008001000120014001600180020002200240026002870对应高度值541061531962352693003263493683833944014047图 5-2-7 钢管标高排布图表 5.2：不同标高对应钢管外径表序号123678910从最低处开始尺寸200700120017002200270032003600对应钢管直径（外径）1010894108616771266785480406627185.2.4 模板拼装1、模板采用 18mm 厚木胶板，为将木模板现场加工成双曲面，沿模板经纬方向每隔 50mm 进行切槽处理，槽与槽之间模板表面轻微切割，保证模板整体性、弧度满足要求，且不得破坏模板的整体强度。2、施工流程定位放线铺放模板将模板与背楞用钉子钉牢钻穿螺栓孔模板拼缝腻子修补钢筋绑扎插放防水、固定穿墙螺栓铺面模板紧固螺栓验收浇筑第一段混凝土第二段混凝土浇筑。3、施工工艺配模拼装：8内外模板均采用放大样方式现场预制、分段组拼，每一段的高度根据胶合板的规格确定穹顶的弧长；外模与内模之间通过三段式止水对拉螺栓连接。在每段模板安装前，先找出每段模板上下两边的圆心，在满堂架上加固好，圆心不能移动，然后将按照实际放样组拼好的分片模板先后进行现场组装，与模板背楞连接，根据每道对拉螺栓的所在的纬线圆半径进行校正、固定，确保模板弧度的准确性。图 5-2-8 模板预制拼接图底模拼缝的位置采用腻子抹平，防止混凝土浇筑过程中漏浆，减少拼缝及后期顶面的修补工作；外模板支设时在穹顶中部标高位置设置浇筑口和振捣口，洞口尺寸 400mm*400mm，沿穹顶中部标高位置间距 1.5m 设置 1 个，以便混凝土下料、振捣棒下伸至穹顶底部和观察混凝土填充是否密实，混凝土浇筑至振捣口位置后，将振捣口位置外模封闭，继续浇筑穹顶上部混凝土（浇筑口封闭模板事先准备，封闭时间控制在半小时内完成，保证上下层混凝土相互粘结紧密，防止出现冷缝）。图 5-2-9 在外模的中间高度设置浇筑口内外双层模板采用三段式止水对拉螺杆固定，对拉螺栓纬向间距 500 一道。螺杆拆除后使用水泥砂浆加 108 胶封堵。9图 5-2-10 内外模板用三节止水螺杆对拉固定顶部 800 高檐口部位，对撑吊模加固，如下图：图 5-2-13 顶部吊模加固示意图10图 5-2-14 混凝土浇筑完成模板拆除5.2.5 混凝土浇筑1、由于穹顶后期装修的特殊性，为保证穹顶混凝土观感质量，减少后期顶面修补，混凝土采用自密实混凝土，在保证混凝土强度的前提下适当加入减水剂和粉煤灰从而减少水泥用量，降低水化热。混凝土坍落度控制在 120140MM，浇筑顺序由底到高，周圈循环浇筑；2、浇筑形式采用塔吊加溜槽的方式浇筑，混凝土自吊斗口下落的自由倾落高度不得超过 2m。3、底部混凝土通过模板中部预留洞口浇筑、振捣，浇筑完成后将振捣口位置外模封闭，继续浇筑穹顶上部混凝土。4、如需留设施工缝，在新旧混凝土接口位置，埋设 4300 止水钢板。5、混凝土浇筑完成后，为减少砼的水分散失和塑性开裂，必须从砼入模开始就进行湿养护，砼初凝之后，宜采取薄膜覆盖，并及时浇水，以使砼能及时散热，养护龄期不宜少于 14 天。6、上层拆模时间应大于 3 天，最好 7 天以后。6 材料与设备材料与设备本工法所用材料：模架及相关组件、普通模板及架体材料、测量放线所需全站仪、经纬仪、水准仪和激光铅垂仪；准备好支模、拆模所需的塔吊等机械，具体数量及用途如下：表 6.1 材料设备表序号材料名称规格部位1钢管483.5弧度弦杆2钢筋2225连接杆件312m 钢管483.5钢管斜撑436m 钢管483.5模架架体115扣件十字扣钢管连接6扣件转角扣钢管连接7扣件一字扣钢管连接8木胶板18mm模板表 6.2 机械设备表序号机具名称规格单位数量备注1冷弯机个1加工弧形钢管2木工电锯个5切割方木、木胶板3砂轮切割机个2切割钢管、钢筋4电焊机BX-500个25氧焊设备套1钢管加工6水准仪DZS3-1套17线坠2kg个28经纬仪TDJ2E套19塔吊QTZ6013个17 质量控制质量控制1、质量标准（1）混凝土配合比应计量准确，混凝土平均强度应不低于设计强度。（2）混凝土表面应平整，振捣密实，不准有蜂窝、露筋、裂缝等缺陷。（3）混凝土现场测定的坍落度与配合比要求的坍落度允许偏差不大于 20mm。构件施工尺寸误差范围项目部位允许偏差（mm）检测方法轴线位置薄壳内侧5钢尺检查标高全高30水准仪或拉线、钢尺检查截面尺寸薄壳壁厚+8，-5钢尺检查混凝土表面观感薄壳内外表面无目测注：检查轴线、中心线位置时，应沿纵横两个方向量测，应取其中的较大值。2、质量保证（1）混凝土浇筑前向商混凝土公司进行技术交底，水泥、砂、石、外加剂等材料质量，外加剂12的掺量以及混凝土配合比、坍落度的控制。（2）施工员、质检员、技术员、操作班组长等有关人员必须在现场岗位，及时检查确保质量，做到万无一失、安全可靠，保证混凝土的布料、振捣、施工缝的留设及处理，混凝土的养护等。（3）技术员应作好施工方案交底，指导施工人员严格按设计及方案施工，加强监控。（4）混凝土浇筑时，各工种应密切配合，电工必须保证电路畅通及设备正常运行，木工班和钢筋班必须安排专人跟班检查，如有爆模、塌模、插筋管道和预留孔、预埋件有无走动情况。当发现问题时，应立即停止浇筑，并及时进行处理，经复查合格后才可再继续浇筑。（5）上下传递工具要逐个进行传递，严禁在传递时进行抛掷。（6）模板整片装用时，要做好加固措施，防止模板翘曲变形。（7）为了保证混凝土强度，外模在混凝土浇筑完 2 天后拆除，内侧模板在混凝土试块强度达到设计强度 100%后拆除。（8）铁皮中钉子需牢固订到模板上，边角处不得留设空隙，中间位置可少订。8 安全措施安全措施（1）安全部门及施工员应分别对操作人员进行班前班后安全教育、安全技术交底，操作人员应严格遵守安全操作规程，参加施工人员应熟悉本工程的安全操作规程。（2）安全员在完成每道工序时，应按设计与规范进行检查，做到与设计规范相符为止，否则应及时通知有关人员加以处理。（3）配备并使用好个人防护用品、安全防护设施，施工人员进入施工现场应佩戴安全帽，禁止穿拖鞋、高跟鞋进入施工现场，不得在现场打闹，严禁酒后作业。使用振动器的作业人员，应穿胶鞋，戴绝缘手套，使用带有漏电保护的开关箱。振捣器的电源胶皮线要经常检查，防止破损。（4）钢管及扣件要符合现行国家标准钢管脚手架扣件（GB15831）的规定；木材要选用质量好的木方，不得使用腐朽、霉变、折裂、枯节的木材；胶合板厚度不得小于 9mm，并应符合国家现行标准混凝土模板用胶合板（ZBB70006）的规定。（5）模板施工方案要严格编审程序，施工过程中要严格按施工方案执行，防止出现坍塌事故。（6）模板支架搭设时，要与下部结构构件联成整体，纵横剪刀撑要随立杆与水平杆同时搭设，不得搭设完立杆与水平杆后再加设剪刀撑。（7）模板支撑体系半球内铺设操作平台，特种作业人员要持证上岗，系好安全带，防止高空坠落。（8）球环部位混凝土浇筑时要分层浇筑，每 2 米高浇筑一次，保证架体荷载均匀，防止局部失稳；球冠部位倾倒混凝土时不要堆放过高，随时耙平，防止局部荷载过大。13（9）遇有六级以上大风等恶劣天气停止作业。9 环保环保措施措施1、严格遵循国家有关环境保护的法律法规、标准规范、技术规程和地方相关文件的规定。2、施工前各班组工长应对本班组进行详细的环保交底。3、混凝土振捣采用低噪音振捣棒，振捣时不得碰到钢筋。4、现场设置洗车池和沉淀池、污水井，罐车在出场前均要用水冲洗，以保证市政交通道路的清洁，减少粉尘的污染；沉淀后的清水重复使用。5、废弃混凝土垃圾应集中存放并及时清运，保持工完场清。6、施工污水经沉清后有组织排放。10 效益分析效益分析10.1 工序衔接：屋面造型大面平整度满足精装修尺寸要求，待细微修补即可移交精装修单位进行施工，可满足工程进度需求。10.2 社会效益：通过本工法，满足了屋面造型精度需求，是优质施工质量的体现。10.3 经济效益：1、屋面穹顶造型不需进行大量修补即可进行精装修，大大节约了整改带来的工期延误及人工整改费用，同时可尽快投入使用。2、采用本工法施工，可避免混凝土从下口部位溢出，造成混凝土浪费，节约成本。10.1 采用本工法与普通做法效益对比表分项工程底部混凝土溢出量（估算）人工清理费（估算）材料费（估算）表面修补费用（估算）合计采用本工法施工穹顶屋面130（1 人）260（2 人）390普通屋面施工（单层模）2m31040（8 人）600（2 方）390（3 人）2030普通屋面施工（双层模）130（1 人）1300（10 人）1430采用本工法节省费用1-390/（2030+1430）/2）*100%=77%1411 工程实例工程实例11.1 工程概况工程概况华为产品研发园项目位于广东省深圳市华为坂田基地 K 区，项目总占地面积约 7.7 万 m2，总建筑面积约 13.5 万 m2，其中地上面积为 3.77 万 m2，地下面积为 9.73 万 m2，主要建筑由 1 栋三层会议中心（A 楼）、2 栋二层办公楼（B 楼、C 楼）、配套设施及地下二层（局部地下三层）停车库、设备房组成。11.2 工程施工简介工程施工简介本工程内侧主龙骨（纬度方向）及内侧次龙骨（经度方向）均采用483.5 钢管的支模方式。各施工作业有序进行。通过本工法，较好的控制了屋面穹顶的平整度，满足了屋面精装修尺寸要求，获得了较好的社会效益及经济效益。主要做法现场实例照片如下：图 11-2-1 曲面模板加工图 11-2-2 支撑骨架搭设图 11-2-3 底模拼装支设照片图 11-2-4 拼缝位置刮腻子15图 11-2-5 钢筋绑扎图 11-2-6 三段式止水螺杆图 11-2-7 封面模板图 11-2-8 底部模板加固支设照片图 11-2-9 屋面穹顶成型照片图 11-2-10 屋面穹顶成型照片16