鋼筋混凝土異形曲面現(xiàn)澆屋面弧度的精確控制

崔炯輝 丁永潔 楊永杰 賈鋅博

（中建七局安裝工程有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

異形曲面現(xiàn)澆屋面是將屋面澆筑成不規(guī)則的曲面，既可以增加美觀效果，又可以解決室內(nèi)施工的難點(diǎn)[1]。由于異形曲面具有不規(guī)則性，很難進(jìn)行預(yù)制，不能大規(guī)模生產(chǎn)，只能在現(xiàn)場進(jìn)行澆筑施工。因此，異形曲面現(xiàn)澆屋面的弧度控制需要精準(zhǔn)把控。在現(xiàn)澆屋面的工程中，屋面弧度如果出現(xiàn)較大誤差，將會埋下屋面漏水的隱患[2]。因此，本文研究了鋼筋混凝土異形曲面現(xiàn)澆屋面弧度精確控制的方法，并利用仿真試驗(yàn)進(jìn)行模擬，以期為現(xiàn)澆屋面弧度的精準(zhǔn)控制提供幫助。

1 異形曲面現(xiàn)澆屋面弧度精確控制方法的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土異形曲面現(xiàn)澆屋面弧度的精確控制，首先劃分出異形曲面現(xiàn)澆屋面的結(jié)構(gòu)，將其劃分為結(jié)構(gòu)層、防水層、隔熱層、保溫層以及隔汽層，便于現(xiàn)場澆筑；其次，調(diào)整鋼筋混凝土的下料長度，將弧度控制方法設(shè)計(jì)得更加靈活；最后，利用先進(jìn)技術(shù)對屋面軸線弧度作出精準(zhǔn)定位，定位每一層的軸線弧度，不僅可以減少鋼筋混凝土的用量，還可以提高弧度控制的效果。

1.1 異形曲面現(xiàn)澆屋面結(jié)構(gòu)劃分

對異形曲面現(xiàn)澆屋面而言，防水性至關(guān)重要。異形曲面本身具有不規(guī)則性，現(xiàn)澆的方式又存在較多的不確定性因素，因此，在劃分異形曲面現(xiàn)澆屋面結(jié)構(gòu)時(shí)，需要特別考慮防水性能[3]。同時(shí)，現(xiàn)澆屋面的材料也需要融合隔熱材料，隔離室外溫度的影響[4]。因此，異形曲面現(xiàn)澆屋面結(jié)構(gòu)應(yīng)劃分為結(jié)構(gòu)層—防水層—隔熱層—保溫層—隔汽層。通過劃分出異形曲面現(xiàn)澆屋面結(jié)構(gòu)，可以對屋面弧度施工情況作出具體分析。異形曲面現(xiàn)澆屋面結(jié)構(gòu)施工圖如圖1所示。

圖1 異形曲面現(xiàn)澆屋面結(jié)構(gòu)施工圖

1.2 調(diào)整鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋下料長度

在實(shí)際施工過程中，一般會按照建筑圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，通過等高線標(biāo)高圖，將曲面劃分成若干個單元，以調(diào)整屋面的建筑細(xì)節(jié)。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋下料長度，需要根據(jù)支撐架頂托上的鋼管龍骨進(jìn)行調(diào)整：現(xiàn)澆面弧度較為平滑可以將下料長度減少2m；現(xiàn)澆面橫向弧度較大，則需要將下料長度增加1m[5]。考慮到異形曲面的不規(guī)則特性，鋼筋下料長度誤差不能超過±10mm。在保證屋面表面弧度與厚度適宜的前提下，鋼筋混凝土需要按照1000mm×1000mm的間距進(jìn)行設(shè)置，減少屋面弧度施工隱患。

1.3 定位曲面現(xiàn)澆屋面軸線弧度

鋼筋混凝土異形曲面現(xiàn)澆屋面在定位過程中，需要采用水平投影法進(jìn)行施工。考慮到實(shí)際施工的難點(diǎn)，本文利用立體投影與水平投影相結(jié)合的方式，進(jìn)行異形曲面現(xiàn)澆屋面的軸線弧度定位。結(jié)合現(xiàn)場施工情況，異形曲面現(xiàn)澆屋面的弧度需要從結(jié)構(gòu)層開始定位，然后依次是防水層、隔熱層、保溫層、隔汽層[6]。將各個結(jié)構(gòu)的軸線弧度定位完成之后，以此作為軸線控制的標(biāo)準(zhǔn)，對屋面橫向與縱向的曲面進(jìn)行弧度定位。屋面的澆筑會采用厚度150mm±10mm的混凝土，更容易提高曲面現(xiàn)澆屋面的軸線控制效果，減少偏差。由于鋼筋混凝土保護(hù)層厚度在25mm左右，在軸線控制時(shí)需要以分層定位的形式進(jìn)行控制，鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)混凝土宜間隔500mm 分段分層澆筑，提高弧度控制效果。

2 異形曲面弧度精確控制方法操作要點(diǎn)

異形曲面現(xiàn)澆屋面成型過程也需要實(shí)時(shí)把控，提高流體表面連續(xù)性與光滑性，進(jìn)一步保證曲線的精準(zhǔn)弧度。具體操作要點(diǎn)如下：

（1）通過軟件計(jì)算支撐架體的參數(shù)。

（2）通過CAD 繪制屋面下曲面截面，然后結(jié)合施工需要向圓心方向移動模板厚度，得到模板底面曲線。設(shè)計(jì)立桿位置和水平桿位置。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)好的支撐架和頂層水平鋼管位置，搭設(shè)整個架體。

（4）安裝倒置水平管，再安裝倒置鋼管。

（5）為了實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土異形曲面現(xiàn)澆屋面設(shè)計(jì)要求的曲線和弧度，確保底模板過渡圓滑，支設(shè)底模時(shí)，模板間交接處，應(yīng)設(shè)置在木方上，利用鐵錠進(jìn)行固定。

（6）按照鋼筋混凝土異形曲面現(xiàn)澆屋面繪制出鋼筋弧度。采用鋼筋彎曲機(jī)進(jìn)行弧度操作，吊至施工部位安裝。

（7）嚴(yán)格按照工程規(guī)范綁扎梁板鋼筋，控制板支座負(fù)筋的保護(hù)層厚度。

（8）在對現(xiàn)澆屋面主筋進(jìn)行捆綁時(shí)，要注意在屋脊處彎曲錨固到屋脊梁并延伸到坡面的長度。在弧形屋面板上，除樓板兩端設(shè)置負(fù)彎矩配筋外，中間設(shè)置結(jié)構(gòu)框架豎向配筋，主要用于抵抗混凝土終凝前自重引起的拉裂。

（9）采用PKPM 計(jì)算軟件對支撐架的安全進(jìn)行演算。在鋪設(shè)模板時(shí)，先放樣，以保證安全和使用。

（10）混凝土須從坡腳自下而上澆筑。振動施工時(shí)，應(yīng)采用振桿振動，操作時(shí)要振點(diǎn)均勻，快插慢拉。為保證混凝土澆筑和振動的密實(shí)度，應(yīng)使用微型板式振動器自下而上按1/3重疊振動，直至表面不明顯下沉，無氣泡和砂漿。

（11）在澆筑混凝土的坡屋頂上，應(yīng)使用麻袋或麻墊澆水養(yǎng)護(hù)，以保持混凝土表面的濕潤，養(yǎng)護(hù)過程中嚴(yán)禁上車作業(yè)。

（12）梁板模板不宜過早拆除。只有當(dāng)實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范允許的拆模強(qiáng)度時(shí)，才能拆卸底部模板。拆除模板的順序是按照先支后拆、后支后拆、先拆非承重構(gòu)件、再拆下承重部件的原則。拆除模板時(shí)，不得使用撬棍撬動邊緣，并對已澆筑的混凝土構(gòu)件進(jìn)行保護(hù)。拆除模板后，應(yīng)及時(shí)完成預(yù)埋件和預(yù)留孔洞的完工測量(復(fù)核)。如果孔洞尺寸和孔壁垂直度誤差超過規(guī)格要求，應(yīng)盡快修復(fù)。

3 異形曲面弧度精確控制方法的仿真試驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的精確控制方法是否具有實(shí)用效果，結(jié)合使用Revit 和Dynamo 的優(yōu)點(diǎn)，通過可視化編程，建立了異形曲面造型的參數(shù)化模型，并通過鏈接Revit 自動排列面板構(gòu)件，進(jìn)而提取加工和施工所需的數(shù)據(jù)，對上述方法進(jìn)行仿真試驗(yàn)分析。在仿真平臺中，以1:1 的比例還原出工程的實(shí)際情況，既可以節(jié)省成本，又可以提升試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性。試驗(yàn)結(jié)果將與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對比。

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

在實(shí)際工程的基礎(chǔ)上，于仿真試驗(yàn)平臺上模擬出鋼筋混凝土異形曲面現(xiàn)澆屋面弧度控制工程，首先對現(xiàn)澆屋面進(jìn)行劃分，找出屋面中需要控制的細(xì)節(jié)；其次，對鋼筋混凝土下料長度作出調(diào)整，提高弧度控制效果；最后，在平臺中計(jì)算出軸線弧度的結(jié)構(gòu)定位，進(jìn)一步提高屋面弧度澆筑控制效果。考慮到實(shí)際施工中可能出現(xiàn)的自然因素與人為因素，本文在實(shí)際施工的前提下，提升仿真工程的規(guī)范性。在保證與實(shí)際工程一致的基礎(chǔ)上，計(jì)算此時(shí)弧度控制的精準(zhǔn)度指標(biāo)，公式如下：

式中：Pindex——弧度控制的精準(zhǔn)度指標(biāo)；

Ain——相關(guān)控制參數(shù)；

Tzsa——現(xiàn)澆屋面弧度控制變量；

Kxctor——精準(zhǔn)控制系數(shù)。

計(jì)算出弧度控制的精準(zhǔn)度指標(biāo)后，即可開始試驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

在上述試驗(yàn)條件下，隨機(jī)選取出鋼筋混凝土異形曲面現(xiàn)澆屋面弧度控制分項(xiàng)工程，并以MIIKL-11、MIIKL-22、MIIKL-33、MIIKL-44、MIIKL-55、MIIKL-66、MIIKL-77、MIIKL-88 進(jìn)行編號，區(qū)分每個工程的實(shí)際條件，利用公式（1）計(jì)算出該控制方法的精準(zhǔn)度指標(biāo)，并將其與傳統(tǒng)控制方法的精準(zhǔn)度指標(biāo)進(jìn)行對比，見表1。

表1 傳統(tǒng)方法與設(shè)計(jì)方法的試驗(yàn)結(jié)果比較

從表 1 所示可知，在 MIIKL-11～MIIKL-88 個工程中，精準(zhǔn)度指標(biāo)均有一個定值1.000，其中，精準(zhǔn)度指標(biāo)超過0.900，即可保證控制方法的控制效果；精準(zhǔn)度指標(biāo)低于0.900，則不能保證控制方法的控制效果。在相同條件下，傳統(tǒng)控制方法的精準(zhǔn)度指標(biāo)較低，僅有3個工程的精準(zhǔn)度指標(biāo)超過0.900，異形曲面現(xiàn)澆屋面弧度控制效果較好；5個工程的精準(zhǔn)度指標(biāo)均低于0.900，異形曲面現(xiàn)澆屋面弧度控制效果不佳。因此，傳統(tǒng)控制方法具有較大的局限性，很難推廣。而本文設(shè)計(jì)的控制方法的精準(zhǔn)度指標(biāo)均超過0.995，甚至MIIKL-88 工程的精準(zhǔn)度指標(biāo)達(dá)到了1.000，現(xiàn)澆屋面弧度控制效果較好，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)束語

綜上所述，鋼筋混凝土異形曲面現(xiàn)澆屋面弧度的精確控制，必須從三個環(huán)節(jié)得以實(shí)現(xiàn)：一是要通過加強(qiáng)屋面功能的劃分，把控弧度控制的細(xì)節(jié)；二是要控制鋼筋混凝土的下料，保證弧度控制的實(shí)際效果；三是利用先進(jìn)技術(shù)對屋面軸線弧度作出精準(zhǔn)定位。利用仿真試驗(yàn)進(jìn)行模擬，結(jié)果表明：精準(zhǔn)度指標(biāo)均超過0.995，甚至MIIKL-88 工程的精準(zhǔn)度指標(biāo)達(dá)到了1.000，現(xiàn)澆屋面弧度控制效果較好，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該方法極具推廣價(jià)值。