【球形屋顶施工技术的应用】 球形屋顶
时间：2019-04-09 03:25:11 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘 要：随着经济的不断发展，建筑作为一座城市带给人们的第一印象，已逐渐由单一的结构功能型向主观装饰型发展。一个造型美观的屋顶建筑，不但美化了建筑形象，甚至成为一幢建筑物的主要标志，钢筋砼球形薄壳屋顶具有结构自重轻，可跨越较大空间，装饰效果多样化的特点，其产生的艺术效果，能给人以感染力和美的享受。本文仅以工程施工实例浅谈球形现浇屋顶建筑施工技术。
关键词：球形结构屋面；模板支撑；砼浇筑
中图分类号：TU745
文献标识码：B
文章编号：1008-0422（2012）06-0147-02
1 工程概况
该工程项目是我这几年考察时见过的，一个造型美观的球形屋顶建筑。现浇框架结构，局部四层。该工程整体外观设计弧形线条形式多样，构思新颖别致，属仿欧式建筑，混凝土半球形结构一共有四个，两个位于三层顶，两个位于四层顶。为半球壳体现浇结构。
该球形壳体设在标高17.55m的环梁上，环梁尺寸为400mm宽*500mm高，环梁下为直径为300的圆形现浇框架柱，底层操作楼面标高为14.04m，球体顶部标高为20.35m，球形外圆直径为6m，混凝土壁厚18cm，C25级，内配φ14@150双层双向钢筋网，球顶距操作层楼板面净高为6.31m。
按要求该球体现浇结构必须一次成型，确保质量优良的要求。
2 施工技术
球形壳体是以球心为对称中心的旋转体对称结构。在高大空间上做半球壳体现浇施工，其主要的施工技术难题是：内底模必须铺设圆整，以满足设计造型要求；操作人员作业时要有安全感，上下方便，搭设支架少占空间，不影响厅内其它专业施工，支架牢固，搭拆容易，支架结构合理，经济适用。
2.1施工技术的选择
内模铺设要控制半球体经、纬两个方向。根据球面造型设计要求，拟定了三种方案：（1）采用吊模工艺；（2）采用传统曲面木桁架龙骨造型制作工艺；（3）采用曲弦梁式钢筋简易桁架造型工艺。经过小组针对三种方案在质量、工期及经济方面进行可行性比较，第一种施工方案即采用吊模操作工艺，虽然在经济上比较节约，工期也短，但通过小组调查其他工程实例证明，该吊模工艺不能保证设计球壳内表面造型要求，拆模后均发现多处砼凹凸不平，变形较大，且较难处理，小组讨论一致否决。第二种方案需要一次投入木材约20m3左右，木桁架制作工艺繁杂，劳动强度大，用工多，工期较长，施工成本高，小组讨论该方案也予以否决。第三种方案采用曲弦梁式钢筋桁架定型工艺，是利用曲弦梁式钢筋桁架作为球壳底模造型经线方向主龙骨，在桁架上弦绑扎钢筋作为球壳底模造型纬线方向次龙骨，然后在次龙骨上铺设固定胶合板底模，此工艺操作相对简单，施工方便，造型容易，工期短，小组经过讨论认为该方案可行。
2.2施工顺序：
弹控制线→框架柱施工→预制曲弦钢筋桁架→搭设脚手架及支架→安装曲弦钢筋桁架→铺设底模→绑扎钢筋网→安装外模→浇筑球体砼→模具拆除→装饰装修→脚手架拆除。
2.3主要施工方法及技术措施
2.3.1 轴线标高的控制
1）轴线引测。在操作层现浇楼面板上弹出球体中心及通过中心点的各道桁架投影控制线。以球心投影点为中点，每隔600mm画一个圆，计算出圆与各道桁架投影点交点的高度。球体顶部标高通过各交点向上引侧。具体计算结果见图1。
2）标高引测：环梁施工及球壳施工的标高均由操作层楼面用长钢卷尺通过内脚手架垂直立杆向上传递，以免产生误差。
2.3.2 模板工程
1）曲弦钢筋简易桁架焊接制作。根据球形尺寸进行放样前内业计算，扣除底模铺贴厚度和次龙骨安装厚度以及球顶顶部预留圆形支架尺寸得出钢筋桁架经线弧长为4712mm。根据计算结果进行放样，焊接简易曲弦钢筋桁架作为球壳底模经线方向定型支撑主龙骨，然后焊接纬线方向次龙骨。
由于钢筋在外力约束作用下最易弯曲且按一定规律自然变形达到设计弧形要求，先采用φ18钢筋焊接制作了一榀桁架，经现场试验，其抗变形能力不能满足要求。为确保桁架在砼浇筑后不变形，采用φ20钢筋制作。焊接时注意适当起拱，经多样拉压试验，其抗变形能力符合球体造型要求。为减少简易钢筋桁架榀数，将球体根部桁架间距拉大，控制桁架间距不大于1m，按间距1m计算，需要19榀简易桁架。
纬线方向次龙骨安装。沿钢筋桁架曲弦画线分档从底向上绑扎环形钢筋次龙骨，利用钢筋弯曲后自然形成的弧形，次龙骨采用φ12钢筋进行绑扎，由于桁架下部1/3范围内次龙骨间距相对较小，桁架上部次龙骨间距可适当放大，本次施工次龙骨钢筋由底向上绑扎间距为400-500mm。绑扎完后在球体顶部利用塔吊吊重物施工外力试验（相同结构及施工荷载）无变形，能满足球体底模弧面造型要求。
桁架焊接完成效果图如图2。
2）钢筋桁架的安装。如图3所示，将制作好的钢筋桁架的上下端分别焊接固定在脚手架和环梁钢筋上，焊接时必须注意两榀桁架先后对称安装，并使桁架正投影与定位控制线重合，确保桁架安装上下垂直。桁架之间上、下弦分别另焊钢筋水平及斜拉条固定，防止晃动变形。桁架就位后拉线通过圆心检查，造型尺寸符合设计要求。
3）球底模铺设。球底模采用5mm厚优质胶合板铺设。铺贴前假设将球体平均分成若干瓣，将其中一瓣展开后得到上窄下宽的梯形，然后将胶合板裁割成类似梯形（注意充分利用胶合板的长边），按照上窄下宽拼装铺贴，确保接缝严密。在胶合板上沿经、纬两个方向按照每30-50cm一点钻两个孔用12#铁丝将胶合板牢牢固定在板底钢筋龙骨上。
4）球体钢筋绑扎。详见2.3.3
5）球体外表面侧模安装。由于球形曲面原因，钢筋笼内空间小，如果外侧模一次性安装过高，振动棒在钢筋笼内活动受到很大限制，很容易造成砼过振胀模或漏振形成蜂窝、露筋严重缺陷。故采用边立外模边浇筑连续施工的方法。具体做法就是先立最下一排环形外模，支撑固定后，砼入仓浇筑至接近模板上边缘，然后模板工接着安装第二排模板，依此类推，连续协调作业，在离球顶1/3弧长距离时，由于此段球面坡度小，砼可以直接入笼浇筑，不必立外侧模板。 2.3.3 钢筋工程
1）按设计要求。球壳配筋为双层双向φ14@150，上、下层经向钢筋用量分别为129根和126根，如果钢筋绑扎时均通过球顶中心点，钢筋重叠高度将达到3.57m高，很显然不符合要求，为了使钢筋绑扎时在球顶部位不发生重叠现象，且钢筋之间能保持一定的间距。方案确定在钢筋绑扎至距球顶中心0.5m处（此处每根钢筋净距为25mm）按间距250mm保留部分经向钢筋伸向球顶作锚固，其余经向钢筋在此处截断，然后按照φ14@150间距与原球体经向钢筋绑扎搭接形成双层双向钢筋网片。球顶0.5m范围内共用经向钢筋26根钢筋，与原255根相比，节约了90%，不但保证了质量，节约了材料，同时解决了施工难点。
钢筋绑扎完成后效果图见图4
2.3.4混凝土工程
球形薄壳结构砼浇筑的难度主要是球体下部坡度较大，且呈双向曲面，振捣棒不易振捣。球体上部接近于平面，砼表面曲面造型难度大。为此，应采取如下措施：
1）球体下部2/3弧长约3.14m长度内采用分层环向浇筑，分层浇筑高度以0.6m为宜,避免单层砼浇筑过高产生偏心压力导致球体变形。该段砼均采用插入式振捣棒振捣，点振间距不超过30cm，振捣时间以每点持续10S-20S为宜。
2）球体上部1/3弧长范围内砼采用平板式振动器振实，一边振实一边用弧形样板尺在砼表面刮整造型，直到砼浇筑全部完成。
3）砼设计强度C25级，均采用商品砼，要求砼坍落度控制在50±10mm范围，掺加少量防水剂。利用塔吊直接吊运到位，砼浇筑后，加强砼表面覆盖养护。
2.3.5脚手架搭设
1）内脚手架，在现浇楼面上围绕球中心轴对称搭设钢管井字架式中心脚手，在环梁上钢支座下面搭设满堂脚手架并用斜拉杆将此外水平杆与中心井架上部连接，使中心井架固定不动，见图5。内脚手架部分立杆可伸出球壳顶部，便于与外部脚手架立杆相连接。
2）外脚手架
由球体外侧四周向内悬挑搭设或将水平杆直接伸入球壳内与内脚手架立杆相连。浇筑砼时，工人在外脚手架上操作，然后逐层向上搭设。
由于外脚手架水平杆一端埋在混凝土中，可在钢管外加一套管，在拆除脚手架时，即可轻易抽出钢管，再用掺膨胀剂的水泥砂浆将孔洞填实抹平。
3 结论
3.1该工艺操作简单，施工速度快。从制作模具到砼浇筑全部完成只用了11天工期，比传统施工方法提前9天，工期缩短45%。
3.2用工少，计划用工185工日，实际用工97工日，节省用工达48%。
3.3经济效益显著，采用传统桁架龙骨支撑需木材20m3，按1350元/m3计算需27000元。采用钢筋简易桁架龙骨需φ12钢筋约2t，φ20钢筋约1.4t，合计3.4t钢筋，按5000元/t，计算仅需17000元，钢筋骨架可重复使用。实际仅需制作一套钢筋桁架。
3.4内壁拆模后未发现露筋、蜂窗等缺陷，砼表面圆整，弧形尺寸符合设计要求，表面不需用水泥砂浆粉刷，质量达到既定目标。
3.5减轻了劳动强度，施工操作安全性高。
参考文献：
[1]现行建筑施工规范大全.中国建筑工业出版社，2009.8.
