雙曲屋面鋼筋混凝土空心樓蓋設計與施工分析

陳云平

（廈門市海滄區建設與交通工程質量安全站，福建 廈門 361000）

0 引言

在當前的建筑工程建設中，現澆混凝土空心樓蓋施工技術的應用并不罕見，其技術水平的高低直接關系著工程建設的整體質量。實踐證明，現澆混凝土空心樓蓋施工技術中，雙曲屋面鋼筋混凝土空心樓蓋結構的施工難度較大，尤其是雙曲空心屋面，多采用散拼模板及管樁芯模形式進行模板工程的制作、安裝和施工。本文從設計和施工兩個層面對該技術進行總結，僅供參考。

1 工程概況

金沙書院項目是國際普利茲克建筑獎獲得者王澍大師的作品，南北主樓一進院、三進院、四進院及南北附樓屋面為雙曲鋼筋混凝土空心樓蓋，屋面板厚為350mm/450mm/800mm，項目總建筑面積24450.12m2，其中北主樓雙曲屋面頂標高為21.840m，X軸方向曲率半徑為119.469m，Y軸方向的曲率半徑為40.175 m，雙曲屋面效果如圖1。

圖1 雙曲屋面效果圖

2 設計方案

該工程的設計原理是:曲線為無數段直線構成的原理，再結合支模架方案立桿間距要求，以直線代曲線進行模板的施工安裝[1]。本文以該工程南附樓為例對設計方案進行介紹。

設計方案:雙曲屋面的成型控制采用立桿間距網格法，立桿間距大小為不大于專家論證高支模立桿間距1.2m×1.2m，沿網格線方向設計X、Y兩個方向，具體設計如下:

（1）繪制立桿間距網格圖，同時編制軸號，根據每段不同雙曲半徑計算每個網格點的施工高程，同時采用Revit BIM軟件繪制雙曲屋面和方格網，并在建筑物的8個方向設置同網格點高程一樣的高程控制點。每個網格交點即為模板支撐立桿位置，根據每個網格點處屋面施工高程確定立桿高度（混凝土屋面板底下242mm位置即為立桿頂托頂)。

（2）模板下主楞沿X向布置，主楞采用50mm×50mm×3.2mm方鋼，所有方鋼根據雙曲面的位置及弧度擺放成型；模板下次楞沿Y向布置，采用40mm×90mm木方（由于市場材料50mm×100mm規格不統一，為了形成統一模數經過刨銑后規格為40mm×90mm）；曲線梁底沿Y向布置采用4CΦ22鋼筋均勻布置，梁底模設置90mm×40mm方木@300的次楞，見圖2。由于沿Y向的曲率半徑較大，采用“以直線代曲線”的方式進行木方安裝，每段的直線長度為1個網格跨距，木方與方鋼采用鐵絲綁扎牢固。木方沿X向間距為200mm。屋面XY方向剖面如圖3，模板選用15mm厚模板進行鋪設，同時在模板上每隔450切割5mm的變形縫，方便模板的彎曲成型。

圖2 沿Y方向屋面曲線梁模板剖面示意圖

圖3 沿XY方向屋面模板剖面示意圖

（3）雙曲空心樓蓋的每根立桿根據屋面網格高程圖進行布置，在屋面底模完成后，再對各個梁、芯模、預埋件等進行定位[2]。由于屋蓋曲率過大，防止鋼筋滑移及芯模上浮，經過計算需對暗梁及板鋼筋進行固定，采用14#鐵絲將底模穿孔將鋼筋綁扎固定在底部方鋼上，芯模采用12#鍍鋅鐵絲固定在板底鋼筋的底部鋼筋上。

（4）在澆筑雙曲屋面混凝土時，從檐口開始逐步向屋脊方向“S型”順序推進澆筑，按照網格點控制屋面混凝土的完成面高度，針對曲面屋蓋坡度較大處待梁板鋼筋綁扎成型后，先垂直坡向水平設置步距2.5m一道的15mm×15mm鋼絲截留網（高度延伸與面筋），鋼絲截留網采用扎絲固定于成型鋼筋上，混凝土澆筑時進行分塊澆筑、振搗、刮平。

3 設計方案的實施

3.1 施工工藝

BIM建模→高程計算→材料的選擇與加工→實體放樣→支撐盤扣架搭設→模板主楞安裝→模板次楞安裝→模板安裝→芯模及預埋件定位→鋼筋綁扎→芯模安裝→驗收→混凝土澆筑。

3.2 施工難點

（1）雙曲屋面豎向支撐體系的成型；

（2）雙曲屋面模板下主龍骨、次龍骨的成型；

（3）雙曲屋面模板安裝完成后雙曲曲率造型的凸顯；

（4）雙曲屋面各點的高程控制；

（5）澆筑混凝土時芯模上浮；

（6）曲線屋蓋坡度較大處混凝土阻溜。

3.3 BIM建模及高程計算

根據設計方案要求繪制立桿網格圖，形成屋面支撐架標高平面圖，如圖4，同時采用Revit BIM軟件繪制雙曲屋面，進行三維高程的計算，形成三維高程示意圖。

圖4 BIM模型雙曲屋面支撐架標高平面圖

3.4 材料的選擇與加工

選料:模板支撐體系采用48.3m×3.2mm B型盤扣腳手架，模板采用915mm×1830mm×15mm木膠合板，木方采用40mm×90mm木方，方鋼規格為50mm×50mm×3.5mm，對拉螺桿采用直徑為M14的三段式對拉螺桿，頂托采用可調頂托B-ST-500，鐵絲采用12#、14#鍍鋅鐵絲，管式芯模采用氧化鎂+氯化鈉結合雙層5mm×5mm纖維網聚苯乙烯珠粒芯模。

嚴禁使用彎曲、銹蝕、有裂縫、端口不平的盤扣鋼管；嚴禁使用彎曲、腐朽的木枋；模板需平整、無破損，當模板出現破損及時修補、截邊，不能修補的要更新模板。模板加工必須統一彈線切割。

下料：模板按設計要求進行切縫，方鋼根據深化設計圖紙進行放樣切割成型，木方裁切時需保證裁切部位平直，不崩邊；材料尺寸符合要求。對加工好的立桿、模板、主次楞進行編號處理。

3.5 實體放樣

（1）根據方案要求在現場制作8個高程、坐標控制點，按立桿方格網做好控制網；

（2）樓板上彈線確定為每根立桿位置，做好標記；

（3）曲線梁采取地面1∶1放樣加工；

（4）支模架每部水平桿安裝及模板主楞都必須進行標高控制，采用吊線及經緯儀等測量方式控制每根立桿的垂直度。

3.6 支撐架體搭設

盤扣架掃地桿距地面為250mm，立桿下墊板200mm×200mm×15mm，水平橫桿步距為1.5m，立桿間距不大于1.2m×1.2m，沿網格交點布置，立桿伸出頂層水平桿中心線至支撐點的長度不應超過550mm，頂托的伸出長度不宜超過300mm，且在頂托250mm以下范圍內必須設置連桿。每6m設置水平和豎向剪刀撐及盤扣斜桿。支撐架體搭設如圖5～圖7所示。

圖5 曲線梁支撐架搭設示意圖

圖6 雙曲屋面橫向支撐架搭設示意圖

圖7 雙曲屋面縱向支撐架搭設示意圖

3.7 模板主、次楞安裝

主楞安裝：頂部主楞方鋼與頂托采用木楔塞緊防滑。

次楞安裝：模板次楞材料為40mm×90mm木方，間距200mm布置；與主楞采用直徑4mm的扎絲連接，防止滑動。

3.8 模板安裝

施工縫及后澆帶模板的安裝:由于雙曲屋面長度較長，無法一次澆筑成型，需采取分段分塊澆筑，根據設計要求在相應位置設置后澆帶及施工縫，模板安裝時，在施工縫及后澆帶位置設置一道雙層的15mm×15mm鋼絲網以及一道止水鋼板，鋼絲網采用Φ16做斜撐，斜撐高度為300mm，水平夾角60°，布置間距500mm。

梁模板安裝:梁高700mm，梁寬300mm，梁底模板下設置垂直梁方向的木方，間距200mm布置，后采取步步緊加固，間距600mm。

板模板安裝：模板預先按設計方案要求進行彈線切縫，然后按照加工編號進行安裝，模板與木方采用鐵釘連接，模板切縫位置采用玻璃膠填縫。模板施工時，先支設預留洞口、臨邊模板，安裝順序如下：

（1）根據網格大小選取合適長、寬的面板；

（2）沿網格線方向布置主次楞；

（3）將選好的模板吊裝入位，并調到合適位置，后初步定位主次楞龍骨；

（4）調整模板的平整度及拼縫，固定龍骨；

（5）檢查模板支設情況，根據節點要求對局部進行加強、加固。

3.9 鋼筋及芯模的安裝

雙曲空心樓蓋大部分均為暗梁，在細紋肌理飾面鋪設完成后，應在板面上放出軸線及暗梁、肋梁、柱帽的位置，再開始綁扎暗梁的鋼筋與下翼緣板筋的鋪設，下翼緣板筋采用14#鍍鋅鐵絲穿孔固定在方鋼上，待下翼緣板筋綁扎完成后開始芯模的安裝，待芯模加固完畢后才開始安裝各管線及預埋件，最終進行上翼緣板筋的綁扎。

3.10 混凝土澆筑

該工程屋蓋內設有芯模，上下翼緣板的板厚為7.5～10cm，其中針對空心樓蓋下翼緣板鋼筋較為密集，對混凝土的流動性要求較高，空心樓蓋采用細石混凝土“S型”澆筑[3]。

4 結束語

總結該工程雙曲屋面鋼筋混凝土空心樓蓋的施工，可得出以下經驗：

（1）將復雜的雙曲空心樓蓋屋面平面化、直線化、簡單化，降低了施工難度，保證了屋面成型后的效果及觀感質量，達到設計大師的要求；

（2）采用主體拆除后散拼模板，在保證屋面成型質量及效果的前提下，縮短了施工工期，少于鋁模、玻璃鋼等材質雙曲面模板的生產周期；

（3）采用普通木模取得了較好的經濟效益，相比鋁模、玻璃鋼模板平均造價節省700～800元/m2；

（4）該工程為廈門市重點國際大師工程，采用現澆混凝土完成雙曲屋面的施工，改變了常規混凝土的方正結構印象，受到了各參建單位的一致好評，取得了較好的社會效益。