混凝土球形薄壳建筑的施工技术

陈穗茵

(广东建邦兴业集团有限公司，广东广州510000)

1 工程概况

该标志性建筑始建于1958年的大跃进时代。该建筑是全国第一个砖拱薄壳建筑，大胆采用了砖拱，面积700 m2左右的大厅完全没有使用一根柱子支撑。继它之后暨南大学、广州体育学院、星海音乐学院均先后建造起这种建筑。唐山大地震之后，因为安全原因，其它三所学校的薄壳建筑都被拆除。然而该建筑并未拆除，经建筑专家论证，这种独特的建筑被称为“广东壳”。原来的建筑是采用了砖砌结构，屋面也是采用砌体建成。据说当时屋面的修建，是将屋面在地面建成后提升至屋面高度固定的方法建成。2009年该大学迎来校庆，作为迎校庆项目之一，华农历史文化符号、该标志性建筑复建工程在当年10月校庆前建成。

本次复建工程，外形基本完全按照当年的原建筑。复建后该工程分两层，地上一层，建筑面积736 m2，设计为多功能活动场所，主要作为学校高端学术会议的专用场所;地下一层，建筑面积462 m2，设计为配电用房、洗手间、化妆室、茶水房和桌椅存放仓库。

本工程时间紧，任务重，薄壳屋面跨度大，施工方案需通过多方论证才得以施行。复建采用混凝土结构，薄壳屋面跨度为20 m，高度为2.68 m，厚度仅为60 cm，非常薄。

2 施工方法

由于结构设计及施工技术上的原因，球壳不可能一次性浇筑成型，必须分段施工。壳体厚度薄，如何使每一分段施工的球带体符合设计与施工要求，使球壳完工后呈圆球状，绑扎钢筋顺利规范，整个屋面保持同一厚度，是本工程施工的重点及难点。

2.1 脚手架搭设

为屋面施工的方便和安全，使用满堂红脚手架，从地面一直搭至屋面，建筑外围一圈及内部的脚手架均有连接。模板支撑系统采用内部满堂脚手架，与复合式脚手架紧靠外墙一周的双排架子及屋内中间的井字架用呈放射状折架连接相比，虽然大量占用钢管及扣件，但施工难度降低，安全性、整体性好，并且因为是高空作业，拆模过程较后者安全容易，综合来看施工工期大致相同。并且它不仅仅作为仓顶现浇混凝土支撑系统，还保证在模板施工完毕拆除工作台后，拆除模板等施工作业更加安全方便。模板支撑系统筒屋内环梁部分以及施工平台不采用紧靠屋内墙外部双排脚手架，采用在屋顶环梁下设置上下两排Φ57 mm预留孔洞，环向间距和纵向间距均为1 m，作为屋内满堂脚手架与墙面连接内外加固点，并用作支护下环梁外模和底模用，同时搭设操作架，作为安全防护架，挂好安全网、立网。

(1)立杆:纵横向立杆间距＜2 m，步距＜1.8 m，地面应整平夯实，立杆埋入地上30～50 cm。不能埋地时，立杆下应垫枕木并加设扫地杆。

(2)横杆:纵横向水平拉杆步距＜1.8 m，操作层大横杆间距＜40 cm。

(3)剪刀撑:四角应设抱角斜撑，四边设剪刀撑，中间每隔四排立杆沿纵向设一道剪刀撑，斜撑和剪刀撑均应由下而上连续设置。

(4)架板铺设:架高在4 m以内，架板间隙＜20 cm，架高大于4 m，架板必须满铺。

(5)辅助设施:上料通道四周应设1 m高的防护栏杆，上下架应设斜道或扶梯，不准攀登脚手架杆上下。

纵向立杆按(90+4×60+20+4×60+90)cm布置，横向间距均为60 cm，在高度方向横杆步距120 cm，使所有立杆联成整体。支架搭设好后，用可调顶托来调整支架高度或拆除模板用。

2.2 支模方法

(1)将球壳沿竖向分为八个施工阶段按由下到上的顺序分段施工，每一施工阶段的球带体混凝土一次性浇筑成型。

(2)每一施工阶段的球带体内外模板预先分块加工，每一分块模板大小宽高尺寸不超过500 mm×500 mm，模板用松杂板加工成型，使球壳圆球状得以总体保证。

球壳内外模板分块加工成型后，只能用于本球壳施工，不可能再周转到另外的工程项目上，模板的损耗量较大，因此模板加工之前必须进行施工放样，算好加工尺寸，尽量减少材料的浪费。

(3)每一施工阶段的球带体模板内外楞木预先加工成型，楞木长度1 m，加工成弧形。

(4)拼装模板时，纵横向楞木拼装成梅花形状，使成型模板纵横向随楞木的夹角自然形成圆弧状。

(5)模板内放置Φ14限位钢筋，长度150 mm与球壳壁厚相同，纵横向间距0.45 m，绑扎钢筋时与球壳钢筋焊牢，固定内外模板相对位置与钢筋相对位置。

(6)模板内面放置3 mm厚夹板，确保球带体表面的光滑度。

(7)用全站仪和固定球心垂线再用钢尺拉半径距离的方法，控制模板与球心垂线的相对距离，控制球带体圆弧度符合设计要求，使每段球带体之间施工完毕后不相互错位，每段球带体之间连接点保持光滑。

模板采用小块模板拼接，达到弧形的要求，既要保证弧度，又要保证标高。根据下部结构测出的圆心，作出环梁的边线，用垂球将圆心移至架上，以钢尺校核半径后搭设上部模板。屋面模板采用铺木模板，每节模板数根据上、下层周长确定，模板铺设初步完成后，用计算坐标校验斜面位置。

2.3 钢筋绑扎

本工程屋面采用双向Φ6@150的钢筋。因为屋面仅厚60 cm，绑扎一定不能超出高度。步骤如下:

(1)球壳水平向钢筋按每一施工阶段、施工进度进行绑扎。钢筋搭接长度和错开长度按设计与施工规范要求施工。

(2)利用计算机设计辅助软件AutoCAD对钢筋进行下料放样，确定每一段竖向钢筋和水平钢筋的长度，现场按竖向钢筋和水平钢筋的下料长度进行钢筋加工制作，并按施工顺序分段编号。

(3)竖向钢筋分四段错位搭接后，由于球壳半径较大，钢筋直径小，钢筋长度较长，钢筋需弯曲的弧度较小，钢筋几乎无法加工成弧形，因此，采用现场绑扎成型的方式，绑扎球壳钢筋。

每一施工阶段绑扎球壳钢筋前，竖向钢筋底部已埋入混凝土中，并排列成圆形，绑扎水平钢筋前，确定绑扎高度，计算好最上部两条水平筋的长度，首先将最上部两条水平钢筋绑扎成型，固定好竖向钢筋的上口，使竖向钢筋的上口圆形周长满足设计要求。

最上部两条水平钢筋绑扎好后，然后绑扎中部两条水平筋，并使中部水平圆形周长满足设计要求。中部两条水平钢筋绑扎好后，逐条将其它水平钢筋绑扎成型。

(4)每一施工阶段的钢筋绑扎完毕后，在球壳钢筋网内放置Φ14限位筋，水平与竖向间距均450 mm，长度与球壳厚度相同，梅花点状布置，并与球壳竖向与水平向钢筋焊牢。当模板安装时，由于限位钢筋的作用，钢筋网将随模板的曲度而弯曲成型，钢筋网相对位置与钢筋保护层厚度等将满足设计与施工要求。

(5)主梁的纵向主筋预先弯曲成型，钢筋接头采用直螺纹接头。

(6)在球壳脚手架上用斜撑临时固定竖向钢筋未能绑扎的部分，避免发生偏倒和散乱，影响已绑扎好的钢筋相对位置。

2.4 混凝土浇筑

通过对比和分析，确定圆形薄壳屋面混凝土工程施工采用如下方案:

(1)为防止混凝土在浇筑中流淌、不容易尽快成型，混凝土的坍落度控制在18～16 cm范围内。

(2)混凝土浇筑采用自下而上，分段分层绕圈浇筑的方法，每段浇筑宽度不大于1 000 mm，第一层浇筑到钢筋下皮，第二层浇筑到设计厚度。

(3)混凝土设计厚度为60 cm，为保证弧形薄壳屋面确实达到薄壳效果，控制混凝土的浇筑厚度采用的方法即在混凝土没浇筑前，将测得的屋面板的厚度标记在钢筋上，然后在钢筋的标记位置绑钢丝线，横、纵向分别拉通长线，用来控制屋面板混凝土的厚度。

(4)由于薄壳屋面混凝土比较薄，混凝土密实度的控制是保证混凝土施工质量的关键。混凝土的振捣均采用插入式HZ6X235及平板式HZ225振捣器。下部1 000 mm高度采用插入式HZ6X235振捣器，每次移动位置的距离不应大于振动棒作用半径的1.5倍。1 000 mm以上采用平板式HZ225振捣器，振动时间不得少于35 s，并以混凝土表面均匀的泛出浆液为准。平板式振动器移动时要前后、左右相互搭接3～5 cm为宜。

2.5 养护

因当地气候条件为多雨潮湿及干燥交替的地方，因此浇筑完毕的混凝土要加以覆盖。混凝土养护时间不得少于7 d，浇水次数要保证混凝土处于湿润状态。

3 结束语

(1)在工期要求紧的情况下，采用满堂红脚手架，虽然好像材料用多了，但对之后的支模和拆模都有明显的好处和便利。

(2)用木模板而不采用钢模板，节省了开支。在如此紧迫的工期下，也节省了确定钢模板尺寸、施工技术的时间。比起同样的工程，如果使用钢模板，制作钢模板需时甚长，而且使用率不高，本工程结束后，则钢模板将丢弃。如果采用气压模板法，需采用特殊的施工方案，将施工场所形成负压，这样技术含量太高，所需的专业施工人员和专业的施工工具，在短时间内难以完成施工。这样比较后木模板更有优势。

本工程完成后，恰逢该校的校庆，施工期间未发生任何意外事故，施工质量获得一致好评，成为该大学校内的又一标志性建筑。

［1］王怀宇.Ф26 m×7.5 m现浇锥形钢筋混凝土薄壳屋顶施工［J］.石家庄铁道学院学报，2006(增刊)

［2］齐晓力，刘熙蔚，张申锋.椭圆形混凝土薄壳屋面施工技术与经济分析［J］.山西建筑，2005(11):126

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