双曲屋面钢筋混凝土空心楼盖设计与施工分析

陈云平

（厦门市海沧区建设与交通工程质量安全站，福建 厦门 361000）

0 引言

在当前的建筑工程建设中，现浇混凝土空心楼盖施工技术的应用并不罕见，其技术水平的高低直接关系着工程建设的整体质量。实践证明，现浇混凝土空心楼盖施工技术中，双曲屋面钢筋混凝土空心楼盖结构的施工难度较大，尤其是双曲空心屋面，多采用散拼模板及管桩芯模形式进行模板工程的制作、安装和施工。本文从设计和施工两个层面对该技术进行总结，仅供参考。

1 工程概况

金沙书院项目是国际普利兹克建筑奖获得者王澍大师的作品，南北主楼一进院、三进院、四进院及南北附楼屋面为双曲钢筋混凝土空心楼盖，屋面板厚为350mm/450mm/800mm，项目总建筑面积24450.12m2，其中北主楼双曲屋面顶标高为21.840m，X轴方向曲率半径为119.469m，Y轴方向的曲率半径为40.175 m，双曲屋面效果如图1。

图1 双曲屋面效果图

2 设计方案

该工程的设计原理是:曲线为无数段直线构成的原理，再结合支模架方案立杆间距要求，以直线代曲线进行模板的施工安装[1]。本文以该工程南附楼为例对设计方案进行介绍。

设计方案:双曲屋面的成型控制采用立杆间距网格法，立杆间距大小为不大于专家论证高支模立杆间距1.2m×1.2m，沿网格线方向设计X、Y两个方向，具体设计如下:

（1）绘制立杆间距网格图，同时编制轴号，根据每段不同双曲半径计算每个网格点的施工高程，同时采用Revit BIM软件绘制双曲屋面和方格网，并在建筑物的8个方向设置同网格点高程一样的高程控制点。每个网格交点即为模板支撑立杆位置，根据每个网格点处屋面施工高程确定立杆高度（混凝土屋面板底下242mm位置即为立杆顶托顶)。

（2）模板下主楞沿X向布置，主楞采用50mm×50mm×3.2mm方钢，所有方钢根据双曲面的位置及弧度摆放成型；模板下次楞沿Y向布置，采用40mm×90mm木方（由于市场材料50mm×100mm规格不统一，为了形成统一模数经过刨铣后规格为40mm×90mm）；曲线梁底沿Y向布置采用4CΦ22钢筋均匀布置，梁底模设置90mm×40mm方木@300的次楞，见图2。由于沿Y向的曲率半径较大，采用“以直线代曲线”的方式进行木方安装，每段的直线长度为1个网格跨距，木方与方钢采用铁丝绑扎牢固。木方沿X向间距为200mm。屋面XY方向剖面如图3，模板选用15mm厚模板进行铺设，同时在模板上每隔450切割5mm的变形缝，方便模板的弯曲成型。

图2 沿Y方向屋面曲线梁模板剖面示意图

图3 沿XY方向屋面模板剖面示意图

（3）双曲空心楼盖的每根立杆根据屋面网格高程图进行布置，在屋面底模完成后，再对各个梁、芯模、预埋件等进行定位[2]。由于屋盖曲率过大，防止钢筋滑移及芯模上浮，经过计算需对暗梁及板钢筋进行固定，采用14#铁丝将底模穿孔将钢筋绑扎固定在底部方钢上，芯模采用12#镀锌铁丝固定在板底钢筋的底部钢筋上。

（4）在浇筑双曲屋面混凝土时，从檐口开始逐步向屋脊方向“S型”顺序推进浇筑，按照网格点控制屋面混凝土的完成面高度，针对曲面屋盖坡度较大处待梁板钢筋绑扎成型后，先垂直坡向水平设置步距2.5m一道的15mm×15mm钢丝截留网（高度延伸与面筋），钢丝截留网采用扎丝固定于成型钢筋上，混凝土浇筑时进行分块浇筑、振捣、刮平。

3 设计方案的实施

3.1 施工工艺

BIM建模→高程计算→材料的选择与加工→实体放样→支撑盘扣架搭设→模板主楞安装→模板次楞安装→模板安装→芯模及预埋件定位→钢筋绑扎→芯模安装→验收→混凝土浇筑。

3.2 施工难点

（1）双曲屋面竖向支撑体系的成型；

（2）双曲屋面模板下主龙骨、次龙骨的成型；

（3）双曲屋面模板安装完成后双曲曲率造型的凸显；

（4）双曲屋面各点的高程控制；

（5）浇筑混凝土时芯模上浮；

（6）曲线屋盖坡度较大处混凝土阻溜。

3.3 BIM建模及高程计算

根据设计方案要求绘制立杆网格图，形成屋面支撑架标高平面图，如图4，同时采用Revit BIM软件绘制双曲屋面，进行三维高程的计算，形成三维高程示意图。

图4 BIM模型双曲屋面支撑架标高平面图

3.4 材料的选择与加工

选料:模板支撑体系采用48.3m×3.2mm B型盘扣脚手架，模板采用915mm×1830mm×15mm木胶合板，木方采用40mm×90mm木方，方钢规格为50mm×50mm×3.5mm，对拉螺杆采用直径为M14的三段式对拉螺杆，顶托采用可调顶托B-ST-500，铁丝采用12#、14#镀锌铁丝，管式芯模采用氧化镁+氯化钠结合双层5mm×5mm纤维网聚苯乙烯珠粒芯模。

严禁使用弯曲、锈蚀、有裂缝、端口不平的盘扣钢管；严禁使用弯曲、腐朽的木枋；模板需平整、无破损，当模板出现破损及时修补、截边，不能修补的要更新模板。模板加工必须统一弹线切割。

下料：模板按设计要求进行切缝，方钢根据深化设计图纸进行放样切割成型，木方裁切时需保证裁切部位平直，不崩边；材料尺寸符合要求。对加工好的立杆、模板、主次楞进行编号处理。

3.5 实体放样

（1）根据方案要求在现场制作8个高程、坐标控制点，按立杆方格网做好控制网；

（2）楼板上弹线确定为每根立杆位置，做好标记；

（3）曲线梁采取地面1∶1放样加工；

（4）支模架每部水平杆安装及模板主楞都必须进行标高控制，采用吊线及经纬仪等测量方式控制每根立杆的垂直度。

3.6 支撑架体搭设

盘扣架扫地杆距地面为250mm，立杆下垫板200mm×200mm×15mm，水平横杆步距为1.5m，立杆间距不大于1.2m×1.2m，沿网格交点布置，立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度不应超过550mm，顶托的伸出长度不宜超过300mm，且在顶托250mm以下范围内必须设置连杆。每6m设置水平和竖向剪刀撑及盘扣斜杆。支撑架体搭设如图5～图7所示。

图5 曲线梁支撑架搭设示意图

图6 双曲屋面横向支撑架搭设示意图

图7 双曲屋面纵向支撑架搭设示意图

3.7 模板主、次楞安装

主楞安装：顶部主楞方钢与顶托采用木楔塞紧防滑。

次楞安装：模板次楞材料为40mm×90mm木方，间距200mm布置；与主楞采用直径4mm的扎丝连接，防止滑动。

3.8 模板安装

施工缝及后浇带模板的安装:由于双曲屋面长度较长，无法一次浇筑成型，需采取分段分块浇筑，根据设计要求在相应位置设置后浇带及施工缝，模板安装时，在施工缝及后浇带位置设置一道双层的15mm×15mm钢丝网以及一道止水钢板，钢丝网采用Φ16做斜撑，斜撑高度为300mm，水平夹角60°，布置间距500mm。

梁模板安装:梁高700mm，梁宽300mm，梁底模板下设置垂直梁方向的木方，间距200mm布置，后采取步步紧加固，间距600mm。

板模板安装：模板预先按设计方案要求进行弹线切缝，然后按照加工编号进行安装，模板与木方采用铁钉连接，模板切缝位置采用玻璃胶填缝。模板施工时，先支设预留洞口、临边模板，安装顺序如下：

（1）根据网格大小选取合适长、宽的面板；

（2）沿网格线方向布置主次楞；

（3）将选好的模板吊装入位，并调到合适位置，后初步定位主次楞龙骨；

（4）调整模板的平整度及拼缝，固定龙骨；

（5）检查模板支设情况，根据节点要求对局部进行加强、加固。

3.9 钢筋及芯模的安装

双曲空心楼盖大部分均为暗梁，在细纹肌理饰面铺设完成后，应在板面上放出轴线及暗梁、肋梁、柱帽的位置，再开始绑扎暗梁的钢筋与下翼缘板筋的铺设，下翼缘板筋采用14#镀锌铁丝穿孔固定在方钢上，待下翼缘板筋绑扎完成后开始芯模的安装，待芯模加固完毕后才开始安装各管线及预埋件，最终进行上翼缘板筋的绑扎。

3.10 混凝土浇筑

该工程屋盖内设有芯模，上下翼缘板的板厚为7.5～10cm，其中针对空心楼盖下翼缘板钢筋较为密集，对混凝土的流动性要求较高，空心楼盖采用细石混凝土“S型”浇筑[3]。

4 结束语

总结该工程双曲屋面钢筋混凝土空心楼盖的施工，可得出以下经验：

（1）将复杂的双曲空心楼盖屋面平面化、直线化、简单化，降低了施工难度，保证了屋面成型后的效果及观感质量，达到设计大师的要求；

（2）采用主体拆除后散拼模板，在保证屋面成型质量及效果的前提下，缩短了施工工期，少于铝模、玻璃钢等材质双曲面模板的生产周期；

（3）采用普通木模取得了较好的经济效益，相比铝模、玻璃钢模板平均造价节省700～800元/m2；

（4）该工程为厦门市重点国际大师工程，采用现浇混凝土完成双曲屋面的施工，改变了常规混凝土的方正结构印象，受到了各参建单位的一致好评，取得了较好的社会效益。