空間異形曲面模板設計與施工工藝

鄔荒耘

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

目前，鋼模板具有較為成熟的工藝，可以形成各種形狀表面光滑的模板，但造價較高，且模板沒有通用性，易造成資源浪費。為此，許多工程師針對異形結構建筑的模板設計與施工開展研究。員浩陽[1]對雙網殼混凝土結構模板工藝進行研究，提出采用聚苯乙烯泡沫模型作為結構空洞部分模板材料，木模板為網殼上、下弧形面模板的復合模板構造，以可塑性較高的泡沫材料解決了復雜鏤空設計的施工難題并總結了其施工要點。朱同然等[2]以榮成青少年活動中心的拱形通道結構為研究對象，對模板施工進行模擬，合理劃分結構施工塊面，有效減少了模板種類，并建立了一套適用的模板體系。劉永紅[3]在異形擋土墻結構工程中應用了鋼帶增強雙壁波紋管模板，節省了傳統模板搭設的繁復工序，提升了施工效率。目前，我國建筑行業已經步入了工業化、數字化生產時代，BIM技術被廣泛應用，葛燕鋒等[4]在某異形空間分隔曲面板的模板定位中，采用Revit結合CAD軟件建立了三維模板模型，保證了模板的定位精準度。

本文對上海科技大學圖書館書卷樓的異形曲面現澆混凝土結構模板的選擇、支撐及施工定位進行研究，總結分析并提出一套適用于空間異形曲面現澆混凝土結構的施工工藝。

1 工程概況

上海科技大學校園建設項目位于張江高科園區中區的上海浦東科技園區內，其中圖書館位于整個校園的規劃東南角，三面環繞景觀水面。圖書館一角的設計帶有“書卷式”裝飾性建筑，因此得名“書卷樓”，形狀呈書卷打開狀，其設計靈感來源于書卷造型，暗喻濃厚的學習氛圍及學術氣息。由上往下看，“書頁”的彎曲呈現不對稱、不規則特點。書卷樓建筑高度約為21.2 m，主體采用現澆鋼筋混凝土結構，如圖1所示。

圖1 上海科技大學書卷樓

2 工程難點

書卷樓結構形式屬于空間異形曲面現澆混凝土墻體結構，立面曲面下寬上窄，水平截面為閉合曲線圖形，水平截面形狀隨著高度的改變而變化，任一截面的曲面圓弧段圓心都不相同，整體結構墻厚度保持不變。由下而上看，結構表面線形為傾斜狀，意味著模板的架設非垂直于地面，給施工定位增加了困難。在保證墻體厚度均勻的同時如何兼顧內外模板曲線的高精度定位，是本項目模板施工的難點。

本工程的施工質量直接影響結構成形后的線形流暢及美觀度，因此對施工工藝提出極高的要求，主要體現在模板的設計、支模體系的穩定以及施工定位的精度保證這三大方面。

3 模板設計與施工關鍵技術

國內用于模板材料的選擇較多，例如定型化弧形模板，可形成與設計完美吻合的曲線構造，滿足本項目對結構表面平整度及線形的高要求。但出于本工程異形結構的特點考慮，模板為一次性投入，成本太高，因此，仍采用傳統的木模板形式[5-8]。

為規避木模板可塑性差的弊端，研究利用有限元思想的以直代曲，將整片大木模板分割成細小條狀，變面為塊，再組合成建筑外表面弧狀。模板使用1 830 mm×915 mm×18 mm覆膜膠多層板，采用工具式手提電鋸，分割橫向間距為100 mm、豎向間距為500 mm，分割深度為7 mm，保留11 mm，使模板在彎曲時，仍能維持連接狀態，同時保證內澆面模板的平順度，不產生折痕。在使用前一天澆水濕潤，以提高木模板的可塑性，防止折斷。模板施工順序為內模安裝—鋼筋綁扎—外模安裝，混凝土澆筑完成后，以相同的步驟搭設上面剩余幾層模板。

4 支模體系設計與施工關鍵技術

木模支撐體系用來固定模板位置，保證模板在混凝土澆筑過程中不發生滑移及過度變形，以此保證施工質量。支模體系需要通過計算確認模板橫、豎向定位構件間距，以及斜撐、腳手架等支撐體系的可靠性。由于特殊的曲立面結構，本工程采用符合結構曲面線形的弧形鋼圍楞取代傳統橫木肋，在內模板內側安置豎向方木次楞后，與模板以止水螺栓固定，在定位木模板的同時提供線形引導作用，進一步提升內模板固定后的線形精準度。

內模板支模體系安裝完成后進行鋼筋綁扎，采用與上述內模支撐體系相同的方法完成外模安裝。內模板內側用斜撐作為定位和受力體系，模板上、下口采用螺桿固定。

5 結構定位設計與施工關鍵技術

本工程為無標準層變曲率空間異形曲面結構，傳統放線定位方法無法滿足所需數據要求，考慮采用Revit三維建模，根據實際情況將變曲率結構分解，進行深化設計，將設計曲率轉化為可以在施工中人為操作的微小直線段。

根據模型對結構進行有限元劃分，分割為每段高度為1 m的半圓組合體，劃分空間為面。以每米半圓截面的中心為固定點，做扇形網格形狀放樣，放樣時以每米半圓截面圓弧外徑500 mm長為一格，根據放樣點對中心點相對位置進行定位。通過加密過后的放設點位定位墻板邊緣，可以吸收消化因對結構體系進行有限元分割而造成的點位誤差。

TCA智能全站儀為先進的定位裝置，內置與望遠鏡同軸的自動目標識別（ATR）技術，不再需要操作人員精確對準和調焦。本工程在吊線復核過程中，采用智能全站儀，GPS（全球定位系統）同步采點成圖，對照樓層板邊深化設計圖并有效發現錯誤點位，在混凝土澆筑前進行整改，保證混凝土澆筑位置與設計相符，確保了施工精度。在內外模板、弧形鋼圍楞及豎楞等安裝時，均需進行定位校準并及時調整，確保每一施工步驟的標準化，避免誤差累積影響施工質量。

6 結語

本工程將整塊覆膜多層膠合面板分割為小段，以直代曲，輔以鋼筋、鋼管圍楞控制模板曲面形狀，搭配內部支撐，經濟且便于操作，解決了傾斜模板支搭以及異形曲面結構模板配置的難題，實現了較好的混凝土外觀質量。通過Revit模型及現場數據實時反饋，采用化整為零、化繁為簡的科學測量手段和計算方法，解決了曲線測量放線工作計算量大、施工精度要求高的難題，對異形曲面結構工程的測量放線技術具有指導意義，可供其他類似工程借鑒。