双曲面拱壳清水混凝土结构模架施工工法--安徽省工法

1、双曲面拱壳清水混凝土结构模架施工工法编制单位：*编制人：*1.前言随着现代建筑功能的不断增多，建筑造型也随着多样化发展，带有双曲面拱壳结构的建筑日益增多，但由于双曲面壳体结构的受力分析难、空间造型复杂，现场传统分区分段施工已满足不了现场的施工要求，又因为测量放线难度大、工序穿插繁复，导致工程进度缓慢。*的公共连廊采用双曲面拱壳清水混凝土结构，连廊南北走向长约180m，东西约60m宽，拱壳最高8.05m，最大直径22.43m。为满足采光及美学需求，结构造型设计曲折不定，且曲率各不相同最大可达15000；双曲面结构空间定位难度大，造型曲折交错，模板拼接处多，整体成型质量及拼缝质量难以控制；且模板下料与搭设时要求精度高，给施工现场带来了极大的难题。为此项目部技术人员对双曲面拱壳结构模板的搭设展开了技术攻关，通过采用BIM技术深化设计、采用定制模板等方法，解决了双曲面拱壳结构模板搭设的难题，从而方便了施工、节约了工期、保证了安全、经济效益和社会效益显著，并在工程实践中形成了双曲面拱壳清水混凝土结构施工技术，2021年度评为企业级优秀工法，其关键技术经安徽省建筑科技和节能协会组织专家评价达到国内

2、领先水平。2.工法特点2.1采用BIM技术，建立双曲面拱壳清水混凝土结构模型，确定双曲面拱壳结构分段、分模块加工的方式。将双曲面拱壳结构分区段安装，最后合成一个整体。2.2曲面处采用研制的曲面模板的加固组装结构，解决了曲面模板加固的难题，提高了曲面处模板安装的准确性；研制曲面模板安装定位装置，解决了曲面模板安装定位的难题,提高了曲面模板安装定位时的准确度。2.3直形墙与曲形墙交界处采用研制的曲面建筑拐角模板，解决了直形墙与曲形墙交界处模板难以搭设的问题，提高了交界处的模板搭设的准确性以及后期清水混凝土的成型效果。3.适用范围本工法适用于曲面拱壳混凝土结构施工。4.工艺原理通过Rhino软件建立双曲面拱壳结构模型、深化设计，确定双曲面拱壳结构分段、分模块加工方式；对于弧形面、直行墙与弧形墙的交汇处、观景筒等区域采用研制的加固装置与新型定位装置进行模板的搭设，最后将双曲面拱壳结构分不同区段安装最后合成一个整体，以确保其稳定性。5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程图5.1-1 工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 深化设计采用Rhino软件建模技术，针对双曲面拱壳清水混凝土结构分区

3、段施工以及部分特殊节点采用定制模板的处理方式，对弧形板、直行墙弧形墙的每一个连接点绘制节点大样，预先计划将壳体分段、节点纵向钢筋弯折情况和套筒位置。（1） 壳体南北走向长约180m，东西约60m宽。壳体厚度以250mm为主，局部变形略有变化。现场设置4处施工缝，整体拱壳分为5段施工，整体从南向北施工。图5.2.1-1曲面壳体分区示意图（2） 横向定位背楞，根据不同拱壳的曲率形态，在不同标高做剖面，生成该标高处轮廓线，扣除面板、次楞厚度，生成120-150mm宽定位楞。将水平定位背楞投影至平面，在平面上生成800800网格线，然后水平定位楞信息标识在轴线网格线上，生成水平定位楞的定位图图5.2.1-2水平定位楞定位图（3） 模板深化首先将双曲拱壳所有洞口取消，形成一个完整的拱壳；分析拱壳最小半径区域，并进行标记。其次对竖向和水平分缝进行处理，竖直方向根据轮廓线长度，均分为近似10cm等分，做成n个等分点，根部点线长度不大于2.4m作为竖向分缝点，当拱壳在局部变化急剧时根部点线长度不大于1.8m，根据等分线形成竖向分缝。水平方向，水平分缝前先找到拱壳最顶部与拱壳最底部对应连线中最长的线，作

4、为脊线，将脊线均分为若干段，保证每段不超过1.1m，然后形成分割点，沿各个分割点做水平分割线，则形成的分割块高度方向均不会超过1.2m的模板宽度。然后将水平和竖向板缝分割完成进行复核检查，主要是检查一些平行四边形形态的模板，查看是否超出模板模数，最后将通道洞、门口恢复并对面板进行相交切割。分割完成后，将该拱壳面单独提取并进行编组编码。5.2.2 定位楞加工（1）根据深化设计提供的水平定位楞尺寸数据与弧度对水平定位背楞进行编码，分割，转化为木工雕刻机可以识别文件，使用木工雕刻机进行加工。深化设计如下图所示：图5.2.2-1 横向定位楞示意图图5.2.2-2水平定位楞下料图（2）根据深化设计提供的横向定位楞以及竖向背楞间距对竖向背楞进行加工，根据横向定位楞提供的间距确定竖向背楞200mm一道，弧度根据深化设计提供曲面板的弧度确定数值，并扣除底层铺垫版的厚度，生成100mm厚的竖向背楞。竖向背楞深化如下图所示：图5.2.2-3 竖向次楞示意图（3）由深化设计导出的背楞尺寸与弧度进行编码，分割转化为雕刻机可识别的数据并在模板上排布，排布如图所示：图5.2.2-4 次楞拼装图、下料图示意5.2.

5、3定制、曲面模板加工（1）首先根据深化设计对模板进行分割与排版，然后在下料前对每张模板进行挑选，从面层、边框及模板的尺寸均须逐一检查。选用数控雕刻机对面板进行数控裁制。最后将每块完成下料的面板再进行编号，并记录在下料通知单上，并将同类的、一起使用的模板一起存放并进行打包打捆。 图5.2.3-1 弧形板深化设计 图5.2.3-2模板编号示意（2） 将深化设计对特殊模板深化数据导出，并编写成文本交给加工厂，加工厂根据数据对定制模板进行加工，加工完成后根据深化设计提供的编号对模板进行编号，编号完成以后对成品进行覆膜保护。5.2.4 定位点测量放线根据立杆定位深化图，将立杆定位点与轴线坐标关系导出，然后使用全站仪与测量放线机器人对立杆定位点进行投放，弹出示意线并将定位点使用不同颜色的油漆标记在网格线上。定位点与钢管位置示意如下图所示： 图5.2.4-1放线网格示意图 图5.2.4-2定位肋位置标记示意图5.2.5钢管架搭设（1）通过深化设计明确不同高度壳体的钢管高度，并对钢管进行编号，与地上定位线重合，提高钢管搭设准确度。（2）通过深化设计将拱壳曲面墙主梁所在位置标注在钢管排布图中，提前将斜撑

6、钢管、环形背楞临时固定在相应位置。图5.2.5-1 立杆高度标识图5.2.6定位楞安装（1）定位楞安装要点将对应标高的水平定位楞固定在相应标高的钢管上，根据放线定位点，通过吊铅锤的方法前后挪动水平定位楞，让其投影与地面线重合。然后将定位楞与内支模架进行固定。（2）定位楞标高控制方法：水平定位楞通过钢钉固定在水平钢管上，提前扣除水平定位楞一半的厚度，使用研制的一种曲面模板安装定位装置来对定位楞的位置进行确定。将定位楞放置在水平钢管上后再次进行标高复测。水平定位楞固定完成后，进行竖向背楞固定，竖向背楞与水平背楞之间使用角码固定。（3）竖向定位楞标高、位置控制方法：竖楞根部标高为固定值，竖向楞安装前提前在根部进行找平，第一根找平后，其他竖楞与周边保持水平。 图5.2.6-1顶板定位楞示意 图5.2.6-2弧形侧墙定位楞示意5.2.7 背楞安装（1）在水平定位肋固定完成后，进行竖向背楞固定，根据深化设计竖明确背楞间距最远不超过250mm，竖肋与水平定位肋凹槽一一对应放置在水平定位楞的凹槽内。竖向背楞与水平背楞之间使用角码固定。其固定示意图如下图所示：图5.2.7-1 竖向肋安装加固示意图5.2

7、.8定制、曲面模板安装（1）曲形模板安装要点：弧形模板采用双层施工工艺，底层模板安装定位时采用研制曲面模板安装定位装置，提高了曲面模板安装定位时的准确度；底层模板安装时采用研制的一种曲面模板的加固组装结构进行加固组装，提高了曲面模板安装的准确性。面层弧形模板与底层模板采用自攻螺丝链接确保位置正确。（2）定制模板安装要点：直形墙与曲形墙交界处采用研制的曲面建筑拐角模板，提高了交界处的模板搭设的准确性以及后期清水混凝土的成型效果，观景筒分上下两次施工；观景筒下部施工时设置盖模，预留落料及振捣孔；观景筒内侧圆筒与外部方盒子之间设置死模板区域，死模区域与各自内外模板分别设置对拉螺杆，首先对曲面柱子逐个分析：当根部尺寸较小，柱子内部空间较为狭小，短边无法设置对拉螺杆，无法进行有效固定时，根部设置大量地锚，按照单侧支模考虑，通过斜撑来实现最终传力。内侧使用定型整体龙骨固定。浇筑混凝土时，该部位分层浇筑。当截面尺寸逐渐变大，最小截面也有足够空间设置两个对拉螺杆时，进行螺栓孔加固，按照墙体施工。 5.2.8-1曲面柱节点 5.2.8-2直墙与弧墙相交节点6 材料与设备6.1主要材料6.1.1模板的品种

8、、规格、性能应符合设计要求和国家现行有关产品标准的规定；均应具有产品质量合格证明文件。材料进厂后，公司检测中心应及时对模板的表面质量、机械性能进行检验。模板进入车间时，应对其规格、表面质量进行复查合格后方可施工。6.1.2、模板搭设材料包括钢管、模板等；均必须具有产品质量合格证明文件及产品使用说明书等。（1）钢管应符合国家现行标准钢管脚手架扣件式钢管脚手架（GB15831-2006）。（2）模板：多层覆膜胶合板和多层胶合板的各项性能指标，应分别符合建筑施工模板安全技术规程JGJ162-2008、混凝土结构工程施工质量验收规范50204-2015的各项规定。6.1.3配套材料：定制模板（50cm*50cm*50cm）、弧形模板（/4、/3、5/18）对拉螺杆、背楞等。6.1.4焊条应符合国家现行标准碳钢焊条GB/T5117、低合金钢焊条GB/T5118的规定。6.2 施工机具设备施工现场机具配置表序号设备名称规格型号数量用于施工部位备注1.汽车吊50吨1吊装模板、次楞，钢筋吊装2.塔吊60151吊装模板、次楞钢筋吊装3.多层覆膜胶合板1220*2440*4mm3万平面板背楞/面板4.C0

9、2焊机X-500PS8焊接焊接5.直流电焊机ZX7-500-72焊接焊接6.模板雕刻机QT-13252雕刻背楞、定位楞雕刻背楞、定位楞7.手提刨800W5模板修边模板修边8.手电钻450W2钻孔钻孔9.全站仪GTS-211D1检测定位点测量10.经纬仪J2-2（苏-光)1检测定位点测量11.激光铅直仪DZJ3-L11检测定位点测量12.水准仪DZS3-12检测标高测量13.经纬仪弯管目镜DJD2-C2检测标高测量14.塔尺5m4检测标高测量15.激光接收靶100*1004检测标高测量16.大盘尺长城50m5检测测量长度7 质量控制7.1 质量标准：本工法除严格遵循以下标准和规范外，还应执行项目所在地行政主管部门和相关行业的文件及要求：钢筋混凝土薄壳结构设计规程JGJ22-2012混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2015混凝土结构工程施工规范GB50666-2011建筑工程施工质量验收统一标准GB50300-2013建筑结构荷载规范GB50009-2012混凝土结构设计规范GB50010-2010建筑施工安全检查标准JGJ59-2011建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范JGJ130-2

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