混凝土球形薄殼建筑的施工技術

陳穗茵

(廣東建邦興業集團有限公司，廣東廣州510000)

1 工程概況

該標志性建筑始建于1958年的大躍進時代。該建筑是全國第一個磚拱薄殼建筑，大膽采用了磚拱，面積700 m2左右的大廳完全沒有使用一根柱子支撐。繼它之后暨南大學、廣州體育學院、星海音樂學院均先后建造起這種建筑。唐山大地震之后，因為安全原因，其它三所學校的薄殼建筑都被拆除。然而該建筑并未拆除，經建筑專家論證，這種獨特的建筑被稱為“廣東殼”。原來的建筑是采用了磚砌結構，屋面也是采用砌體建成。據說當時屋面的修建，是將屋面在地面建成后提升至屋面高度固定的方法建成。2009年該大學迎來校慶，作為迎校慶項目之一，華農歷史文化符號、該標志性建筑復建工程在當年10月校慶前建成。

本次復建工程，外形基本完全按照當年的原建筑。復建后該工程分兩層，地上一層，建筑面積736 m2，設計為多功能活動場所，主要作為學校高端學術會議的專用場所;地下一層，建筑面積462 m2，設計為配電用房、洗手間、化妝室、茶水房和桌椅存放倉庫。

本工程時間緊，任務重，薄殼屋面跨度大，施工方案需通過多方論證才得以施行。復建采用混凝土結構，薄殼屋面跨度為20 m，高度為2.68 m，厚度僅為60 cm，非常薄。

2 施工方法

由于結構設計及施工技術上的原因，球殼不可能一次性澆筑成型，必須分段施工。殼體厚度薄，如何使每一分段施工的球帶體符合設計與施工要求，使球殼完工后呈圓球狀，綁扎鋼筋順利規范，整個屋面保持同一厚度，是本工程施工的重點及難點。

2.1 腳手架搭設

為屋面施工的方便和安全，使用滿堂紅腳手架，從地面一直搭至屋面，建筑外圍一圈及內部的腳手架均有連接。模板支撐系統采用內部滿堂腳手架，與復合式腳手架緊靠外墻一周的雙排架子及屋內中間的井字架用呈放射狀折架連接相比，雖然大量占用鋼管及扣件，但施工難度降低，安全性、整體性好，并且因為是高空作業，拆模過程較后者安全容易，綜合來看施工工期大致相同。并且它不僅僅作為倉頂現澆混凝土支撐系統，還保證在模板施工完畢拆除工作臺后，拆除模板等施工作業更加安全方便。模板支撐系統筒屋內環梁部分以及施工平臺不采用緊靠屋內墻外部雙排腳手架，采用在屋頂環梁下設置上下兩排Φ57 mm預留孔洞，環向間距和縱向間距均為1 m，作為屋內滿堂腳手架與墻面連接內外加固點，并用作支護下環梁外模和底模用，同時搭設操作架，作為安全防護架，掛好安全網、立網。

(1)立桿:縱橫向立桿間距＜2 m，步距＜1.8 m，地面應整平夯實，立桿埋入地上30～50 cm。不能埋地時，立桿下應墊枕木并加設掃地桿。

(2)橫桿:縱橫向水平拉桿步距＜1.8 m，操作層大橫桿間距＜40 cm。

(3)剪刀撐:四角應設抱角斜撐，四邊設剪刀撐，中間每隔四排立桿沿縱向設一道剪刀撐，斜撐和剪刀撐均應由下而上連續設置。

(4)架板鋪設:架高在4 m以內，架板間隙＜20 cm，架高大于4 m，架板必須滿鋪。

(5)輔助設施:上料通道四周應設1 m高的防護欄桿，上下架應設斜道或扶梯，不準攀登腳手架桿上下。

縱向立桿按(90+4×60+20+4×60+90)cm布置，橫向間距均為60 cm，在高度方向橫桿步距120 cm，使所有立桿聯成整體。支架搭設好后，用可調頂托來調整支架高度或拆除模板用。

2.2 支模方法

(1)將球殼沿豎向分為八個施工階段按由下到上的順序分段施工，每一施工階段的球帶體混凝土一次性澆筑成型。

(2)每一施工階段的球帶體內外模板預先分塊加工，每一分塊模板大小寬高尺寸不超過500 mm×500 mm，模板用松雜板加工成型，使球殼圓球狀得以總體保證。

球殼內外模板分塊加工成型后，只能用于本球殼施工，不可能再周轉到另外的工程項目上，模板的損耗量較大，因此模板加工之前必須進行施工放樣，算好加工尺寸，盡量減少材料的浪費。

(3)每一施工階段的球帶體模板內外楞木預先加工成型，楞木長度1 m，加工成弧形。

(4)拼裝模板時，縱橫向楞木拼裝成梅花形狀，使成型模板縱橫向隨楞木的夾角自然形成圓弧狀。

(5)模板內放置Φ14限位鋼筋，長度150 mm與球殼壁厚相同，縱橫向間距0.45 m，綁扎鋼筋時與球殼鋼筋焊牢，固定內外模板相對位置與鋼筋相對位置。

(6)模板內面放置3 mm厚夾板，確保球帶體表面的光滑度。

(7)用全站儀和固定球心垂線再用鋼尺拉半徑距離的方法，控制模板與球心垂線的相對距離，控制球帶體圓弧度符合設計要求，使每段球帶體之間施工完畢后不相互錯位，每段球帶體之間連接點保持光滑。

模板采用小塊模板拼接，達到弧形的要求，既要保證弧度，又要保證標高。根據下部結構測出的圓心，作出環梁的邊線，用垂球將圓心移至架上，以鋼尺校核半徑后搭設上部模板。屋面模板采用鋪木模板，每節模板數根據上、下層周長確定，模板鋪設初步完成后，用計算坐標校驗斜面位置。

2.3 鋼筋綁扎

本工程屋面采用雙向Φ6@150的鋼筋。因為屋面僅厚60 cm，綁扎一定不能超出高度。步驟如下:

(1)球殼水平向鋼筋按每一施工階段、施工進度進行綁扎。鋼筋搭接長度和錯開長度按設計與施工規范要求施工。

(2)利用計算機設計輔助軟件AutoCAD對鋼筋進行下料放樣，確定每一段豎向鋼筋和水平鋼筋的長度，現場按豎向鋼筋和水平鋼筋的下料長度進行鋼筋加工制作，并按施工順序分段編號。

(3)豎向鋼筋分四段錯位搭接后，由于球殼半徑較大，鋼筋直徑小，鋼筋長度較長，鋼筋需彎曲的弧度較小，鋼筋幾乎無法加工成弧形，因此，采用現場綁扎成型的方式，綁扎球殼鋼筋。

每一施工階段綁扎球殼鋼筋前，豎向鋼筋底部已埋入混凝土中，并排列成圓形，綁扎水平鋼筋前，確定綁扎高度，計算好最上部兩條水平筋的長度，首先將最上部兩條水平鋼筋綁扎成型，固定好豎向鋼筋的上口，使豎向鋼筋的上口圓形周長滿足設計要求。

最上部兩條水平鋼筋綁扎好后，然后綁扎中部兩條水平筋，并使中部水平圓形周長滿足設計要求。中部兩條水平鋼筋綁扎好后，逐條將其它水平鋼筋綁扎成型。

(4)每一施工階段的鋼筋綁扎完畢后，在球殼鋼筋網內放置Φ14限位筋，水平與豎向間距均450 mm，長度與球殼厚度相同，梅花點狀布置，并與球殼豎向與水平向鋼筋焊牢。當模板安裝時，由于限位鋼筋的作用，鋼筋網將隨模板的曲度而彎曲成型，鋼筋網相對位置與鋼筋保護層厚度等將滿足設計與施工要求。

(5)主梁的縱向主筋預先彎曲成型，鋼筋接頭采用直螺紋接頭。

(6)在球殼腳手架上用斜撐臨時固定豎向鋼筋未能綁扎的部分，避免發生偏倒和散亂，影響已綁扎好的鋼筋相對位置。

2.4 混凝土澆筑

通過對比和分析，確定圓形薄殼屋面混凝土工程施工采用如下方案:

(1)為防止混凝土在澆筑中流淌、不容易盡快成型，混凝土的坍落度控制在18～16 cm范圍內。

(2)混凝土澆筑采用自下而上，分段分層繞圈澆筑的方法，每段澆筑寬度不大于1 000 mm，第一層澆筑到鋼筋下皮，第二層澆筑到設計厚度。

(3)混凝土設計厚度為60 cm，為保證弧形薄殼屋面確實達到薄殼效果，控制混凝土的澆筑厚度采用的方法即在混凝土沒澆筑前，將測得的屋面板的厚度標記在鋼筋上，然后在鋼筋的標記位置綁鋼絲線，橫、縱向分別拉通長線，用來控制屋面板混凝土的厚度。

(4)由于薄殼屋面混凝土比較薄，混凝土密實度的控制是保證混凝土施工質量的關鍵。混凝土的振搗均采用插入式HZ6X235及平板式HZ225振搗器。下部1 000 mm高度采用插入式HZ6X235振搗器，每次移動位置的距離不應大于振動棒作用半徑的1.5倍。1 000 mm以上采用平板式HZ225振搗器，振動時間不得少于35 s，并以混凝土表面均勻的泛出漿液為準。平板式振動器移動時要前后、左右相互搭接3～5 cm為宜。

2.5 養護

因當地氣候條件為多雨潮濕及干燥交替的地方，因此澆筑完畢的混凝土要加以覆蓋。混凝土養護時間不得少于7 d，澆水次數要保證混凝土處于濕潤狀態。

3 結束語

(1)在工期要求緊的情況下，采用滿堂紅腳手架，雖然好像材料用多了，但對之后的支模和拆模都有明顯的好處和便利。

(2)用木模板而不采用鋼模板，節省了開支。在如此緊迫的工期下，也節省了確定鋼模板尺寸、施工技術的時間。比起同樣的工程，如果使用鋼模板，制作鋼模板需時甚長，而且使用率不高，本工程結束后，則鋼模板將丟棄。如果采用氣壓模板法，需采用特殊的施工方案，將施工場所形成負壓，這樣技術含量太高，所需的專業施工人員和專業的施工工具，在短時間內難以完成施工。這樣比較后木模板更有優勢。

本工程完成后，恰逢該校的校慶，施工期間未發生任何意外事故，施工質量獲得一致好評，成為該大學校內的又一標志性建筑。

［1］王懷宇.Ф26 m×7.5 m現澆錐形鋼筋混凝土薄殼屋頂施工［J］.石家莊鐵道學院學報，2006(增刊)

［2］齊曉力，劉熙蔚，張申鋒.橢圓形混凝土薄殼屋面施工技術與經濟分析［J］.山西建筑，2005(11):126

［3］何春儒，李鐵強.大屋蓋桁架安裝施工［J］.山西建筑，2004(21)