浅谈双曲面壳体屋盖施工

浅谈双曲面壳体屋盖施工

摘 要 本文结合工程实例,系统阐述了双曲抛物面扭壳屋面的具体施工过程及施工质量控制要点。

关键词 双曲抛物面;结构体系

随着建筑结构设计理论、设计手段及施工水平的不断提高,各种各样的建筑型式不断涌现。特别是薄壳结构的出现,为建筑艺术的完美发挥提供了广阔的前景。壳体结构是表面呈曲面,厚度与其他尺寸相比甚小的一种薄壁空间结构。它和杆件结构中的拱与梁相类似,壳体由于存在原始曲度,它和主要承受弯曲的薄板相比,是两种受力性能完全不同的结构类型。壳体结构的强度和刚度主要是利用了合理的几何体形状,使其处于最佳受力状态。因而,壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省,既经济又合理的结构型式,且造型新颖、美观,适用于跨度较大的屋面结构。

1工程实例

某大学体育馆为钢筋混凝土框架结构,其屋盖采用预应力混凝土大斜柱和无粘结预应力混凝土双曲抛物面组合扭壳相结合的新型结构体系,每块扭壳水平投影均为平行四边形。四根大斜柱顶在屋顶中央处与大横梁连接,每根大斜柱组成人字架,柱脚采用预应力混凝土拉杆,以承受水平推力。两组大斜柱将屋盖划分为4片扭壳,四块扭壳通过顶部的拔风构件连接,8根大斜柱底部由纵横双向钢筋混凝土预应力拉杆连接。双曲抛物面扭壳屋面、大斜柱、预应力拉杆三者组成整个结构体系。

2结构体系施工

2.1 脚手架及壳面支撑

施工定位放线按照设计提供的水平投影的平行四边形及坐标、标高点以及四边形水平投影面上格网点的坐标和标高,在地面上用空间三维坐标控制技术进行定位放线测量。

脚手架支模高度6～27m,壳体结构不但高度高、面积大,而且壳面上各点高度都有变化,体形复杂,浇筑时各部分承受的重量不均,除会对支撑产生竖向压力外,还可能对支撑有斜向推力,因此在制定支撑方案时,除了要保证支撑的竖向承载力,更应特别重视支撑的整体稳定性问题,以保证在浇混凝土期间遇上大风时的整体安全。

2.2 壳体底面模板制作安装

本工程的支模工艺采取传统的全面钉装模板的方法。由于壳面上各点高度不

同,钉模后会使模板产生扭曲,故选用扭曲性能较好的1830mm×915mm×18mm木胶合板做底模。

在钉模后,由指定的检测单位对模板的高度进行检测。检测方法是将建筑标高投引到四周剪力墙、斜梁等边缘构件上。然后在壳面上架设高精度水准仪,根据边缘构件上固定的标高点对壳底模板进行定点和抽点的检测。根据设计要求,底模安装的标高偏差不得超过±10mm,实测数据表明施工控制良好。

2.3 钢筋定位与绑扎

壳底模板安装、验收完毕后,即进行壳体钢筋绑扎。在壳面板中,钢筋为双层双向Ф10Ⅲ级钢和无粘结预应力筋Фs15.2@600,均为双向布置。铺设顺序:底层双向钢筋→双向预应力筋→面层双向钢筋。双向预应力筋铺设时,底层筋上表面位于板的中截面。在预应力筋下,每隔1.2～1.5m安放一个定位马凳,用铁丝拉牢。壳体底面钢筋采取混凝土保护层塑料垫圈,距离面层钢筋30mm上焊接钢筋条带,作为壳体厚度的控制措施。预应力筋绑扎必须满足顺直和标高的要求,经过现场检测满足施工质量要求。

2.4 壳体混凝土施工

预应力混凝土双曲抛物面组合扭壳属于大跨度空间结构。其壳面厚度薄,曲率变化大,外形准确与否对结构受力性能影响大,因此,对混凝土的均匀性、密实性和整体性都严格要求。

考虑到扭壳屋面倾斜角度较大,必须配制坍落度小、初凝时间较长、低收缩的C45高性能混凝土。经试验,初凝时间控制在5h左右,采用连续浇筑,保证不出现施工冷缝,必要时,也可在混凝土强度达到C15后将无粘结预应力筋提前张拉25%设计值,以防止混凝土早期开裂。

屋面后浇部分采用设置在现场的两台臂长为50m的塔吊运送混凝土,其余部分采用泵送混凝土来完成整个扭壳屋面的混凝土浇筑施工。浇筑时按照由低到高的原则施工,即安排两组工人分别从标高较低的两角起对称施工,按1m宽的带状浇筑,从两边同时向中间壳顶靠拢汇合。混凝土施工带约垂直于两边斜梁,当两边混凝土在中间汇合后,再一同向上推进到壳顶,用30h连续浇筑完。

2.5 混凝土养护

由于壳面散热面大,而混凝土厚度不大,水化热过高引起裂缝的可能性小,混凝土产生裂缝主要是混凝土的收缩,因此着重加强对混凝土配合比的控制和浇筑后的养护工作。在新浇混凝土初凝后立即进行养护,采取前期盖湿麻袋,后期淋水的方法。湿麻袋覆盖时间不少于10d,淋水养护时间则为28d。在施工缝面上盖双层湿麻袋,养护时间28d。

2.6 壳体的预应力筋施工

混凝土强度达到设计强度的90%以上且混凝土龄期不小于10d时,方可进行预应力筋的张拉,预应力钢筋张拉采用单端张拉,张拉控制应力0.7fptk=1302N/mm2,张拉力为183kN。钢束张拉采用张拉力、伸长量双控,张拉前计算出理论伸长量,预应力钢筋张拉步骤:0→20%σcon→60%σcon→100%σcon(持荷1min)锚固,每级量出具体伸长值。

壳体内除上下两层普通钢筋外,在两层筋中间设一层纵横双向的无粘结预应力筋。预应力筋水平投影间距500mm,纵横方向上各91根,为Фs15的1860级高强低松弛钢绞线,按设计要求,在壳体混凝土达到100%强度后才能进行张拉。

无粘结预应力筋张拉顺序,应遵循对称张拉原则。采用两台前卡式千斤顶同时分别在纵向和横向从中部向两侧推进。预应力筋锚固并切割完毕后,应在3d内封锚。无粘结筋端头和锚具夹片应涂防腐蚀油脂,并套上塑料帽,然后用C45微膨胀细石混凝土填实。屋面扭壳无粘结预应力筋共计494根,张拉伸长值实际偏差全部小于允许偏差±6%,其中实际偏差在±3%以内的占96.2%,达到优等水平。

2.7 模板拆除

架体拆除顺序为:先松弛各区域中部的钢顶托,各区均由中间向四边逐层松弛,直至所有顶托全部松弛后,再进行大面拆除。经过有限元计算分析,在2～2.5m见方范围内拆除架管屋面结构受力最为合理,因此拆模从壳体中点开始,以均匀、同步逐步向四周扩散的方式,调低支撑上部的可调顶托,使支撑与模板脱开。作法为内架从壳体中点开始,四边与壳体周边平行,呈“回”字形由里向外逐步拆除支撑。架体拆除时,应先横向水平杆、纵向水平杆,再连墙杆,最后立杆,连墙杆应随外架逐层拆除。当脚手架拆至下部最后一根立杆的高度时(约6m),应先在适当位置搭临时支撑加固后,再进行下一步拆除。

3结语

通过采用空间三维坐标控制技术,合理的支撑体系,对钢筋绑扎及预应力筋的精确定位、优化混凝土配合比及符合实际的浇筑方法,从而达到了设计要求,实测表明,组合扭壳屋面无质量通病,表面曲线顺滑,实现了设计意图并满足功能及质量要求。

参考文献

[1]张树明.单层双曲扁组合网壳设计[J].山西建筑,2003,9.

[2]齐志刚,张希黔.双曲抛物面组合扭壳屋盖施工技术[J].建筑技术,2008,7.

[3]杨宗放,吴京.大跨度斜柱人字架和双曲扭壳组合屋盖结构预应力施工[J].建筑技术,2008,12..