空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构施工工法

'空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构施工工法1、前言随着我国建筑行业的不断发展，钢—混凝土混合结构不仅在公共建筑物的适用性、合理性以及技术先进性和经济优越性都体现的较为突出，而且可以完成各种新颖独特的建筑空间造型，其复杂的外装饰面必须结合建筑材料特性分层设置，采用多层复合构造围护结构来满足保温、隔热、隔声、防水防潮、耐火以及耐久等多种使用功能的要求。本工法是利用现浇混凝土良好的和易性以及与其它材料成熟的结合工艺，采用一种薄壁型现浇混凝土墙体来完成建筑物围护结构成型面呈空间多折面的造型。为此我公司成立了科技攻关小组，通过试验研究、探索实践和创新总结，形成了一套涵盖不同节点构造、成熟、快捷和经济的施工技术，解决了模板及支撑系统的空间精确定位、混凝土与钢结构柔性连接施工以及薄墙体的混凝土浇筑等问题，并在辛亥革命博物馆新建工程得到了成功应用。我公司结合该工程实践编制本工法，以指导今后类似工程的施工。2、工法特点2.1精确三维定位采用钢绞线和多个立面或弯折角控制点进行空间精确定位，完成空间多折面的造型。2.2保证现浇围护结构成型质量结合设计特点，重点解决空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构与钢结构连接的问题，同时在施工中采用先安装墙体定位模板以及非定位模板逐步成型的方式，确保了现浇围护结构成型质量。2.3工艺简洁实用在进行混凝土浇筑、振捣、拍实及养护等方面的采用帆布袋等简洁而实用的施工工艺和技术措施，解决了因多个倾斜折面存在而导致薄壁型墙体在混凝土振捣过程中易产生混凝土滑落、离析等混凝土振捣密实性问题及后期处理结构渗、漏隐患等难题。3、适用范围本工法适用于大型公共建筑中外围护结构空间呈不规则几何体的薄壁型现浇混凝土围护结构的施工。4、工艺原理通过对围护结构的模板及支撑系统空间精确控制，混凝土与钢结构柔性节点的特殊处理，以及在外造型围护结构的钢筋铺设、绑扎、安装中采取的特殊稳固措施，同时对混凝土工程采取有效的措施等方法达到提高工程质量、减少工程成本投入、缩短工期的目的。5、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程11 施工准备完成面未成形完成面已成形搭设外围护架体测量放线定位成型面外幕墙龙骨安装成型面柔性节点钢板焊接面（安装岩棉板）架体模板定位放样型面搭设支撑架体并安装定位模板绑扎钢筋（柔性节点钢筋焊接）逐步安装墙体非定位模板并加固模架体系浇筑混凝土模板拆除图5.1施工工艺流程5.2操作要点根据空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构完成面主结构是否成型将围护结构的节点构造施工分为两大类，一是薄壁型现浇混凝土围护结构完成面主结构已成型，二是薄壁型现浇混凝土围护结构完成面主结构未成型。前者相对简单，主要完成主结构形成各个面的填充即可，而后者需要对空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构成型面重新进行空间精确定位。5.2.1.施工前的准备工作（1）熟悉图纸，研究外挂板围护结构的构造，完成计算书，并编制施工方案。（2）安装幕墙的主龙骨（钢结构、钢筋混凝土结构工程等）已完成，并通过验收。（3）对现场安装作业人员进行培训和安全技术交底，清理场地，为下一步的工作提供平台。11 5.2.2.空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构的定位对于主结构完成面已成型的空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构，参照围护结构与钢结构柔性节点施工，无须空间定位；而对主结构完成面未成型的空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构，这里以多折面倒倾斜几何体为例（其它几何体只是角度不同，施工方法类似）：依据设计结构外模型控制面结合外装饰幕墙内龙骨控制面投影完成围护结构空间分割面关键控制点的测量定位和固定，防止空间中幕墙内龙骨与结构外边重叠，然后采用Φ8的钢绞线连接多个空间关键控制点完成其空间的控制面，还原其现浇混凝土围护结构的设计空间模型。（其定位方法如图5.2.2所示）。图5.2.2空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构定位图5.2.3.空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构与钢结构柔性节点对于主结构完成面已成型的现浇混凝土围护结构，参照柔性连接大样图（解决因混凝土（10×10-6/℃（20℃））与钢结构随温度变化线膨胀系数相差较大，控制混凝土裂缝）进行止水钢板、钢筋和岩棉板安装工程操作，依据设计多层复合构造围护结构的区域结合主钢结构空间模型，找出与之对应的钢结构区域。其为薄壁型现浇混凝土围护结构的填充区域，随着主钢结构完成面进行施工（主钢结构与混凝土围护墙体柔性连接如图5.2.3）。11 图5.2.3主钢结构与薄壁型现浇混凝土围护结构柔性连接大样图主钢结构与混凝土围护结构间柔性连接大样在进行止水钢板、钢筋和岩棉板安装等关键工序的操作要点如下：①止水钢板必须参照柔性连接大样图与钢结构进行满焊，禁止出现断点焊，以满足钢板止水作用。钢板与钢板交接处也要满焊，钢板的焊接工艺必须满足设计要求，钢板处的混凝土保护层厚度不小于15mm。②混凝土与钢结构的柔性隔断采用人工将岩棉板（不燃）在止水钢板内外进行粘接填充。③由于围护结构空间多折面的造型，导致其钢筋在铺设、绑扎和安装的过程中采取防止变形、倾覆和滑移的稳固措施，用粗铁钉（≥20mm）按照钢筋排距每10cm间距与模板固定，对于无法固定的局部板面采取反十字扣双股扎牢钢筋。为确保钢筋受力性能的发挥，最后钢筋与止水钢板进行焊接，焊接长度为10d(d为钢筋直径)。5.2.4.空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构模板及支撑系统操作要点（1）首先，搭设支撑架体安装围护结构定位模板到与由钢绞线形成的围护结构空间控制面水平距离最近的位置；待其固定后，然后不断调整模板和架体，使外支撑模板体系紧贴于钢绞线控制面外边，与钢绞线无缝代换，并对外模板成型面反复微调，直至完全重合。依此法对其他面进行还原定位。支撑架体搭设过程中，预留混凝土垂直运输通道和振捣操作平台。（围护墙体支撑架体剖面图如图5.2.4）。（2）模板支撑系统须有足够的稳定性，故先采用sap2000进行支撑体系模拟工况计算，确定支撑体系的稳定性要求。然后方案模拟结果对支撑体系中立杆和水平拉杆集中受力的部位进行加强，选用满足要求的材料，使用对拉螺栓加强模板刚度。11 图5.2.4薄壁型现浇混凝土围护结构支撑架体剖面图对于围护结构不同倾斜面模板支撑体系无法通过常规计算得到的水平推力（钢筋混凝土倾斜构件在自重及施工荷载的作用下，除产生向下的压力外，还产生较大的水平推力，而且随着倾斜角度的增大而增大），采取以下技术措施：①首先在施工工序上进行调整，先完成外挂幕墙主龙骨施工，将外模板填充到幕墙主龙骨的区域，形成外模板搁置与幕墙主龙骨之上，并且外模板支撑钢管锁住主龙骨，从而在浇筑混凝土时形成外模板支撑体系与幕墙主龙骨和主结构整体受力的工况。②将模板支撑架体与主体结构相连：柱子附近的支撑架体按照计算书和构造要求的间距双扣件抱柱，边钢梁水平方向外的支撑架体大横杆全部与其边钢梁焊接(单面焊10d)，焊接长度满足计算书和构造要求。③由于模板支撑架体随高度增加，其抵抗倾斜围护结构水平推力也随之下降，其围护结构外模板支撑架体按照计算书和构造要求的间距与主结构内支撑架体水平大横杆穿越围护结构进行通长连接。④最后在浇筑混凝土时，一次浇筑高度不能超过18m；通过以上四种方式确保围护结构在进行混凝土浇筑时，其水平推力不会造成外模板支撑架体的变形、位移和倾覆。⑤11 施工中采用的胶合模板，应具有足够刚度，保证模板平整、接触混凝土面光洁并涂刷隔离剂。因围护结构的混凝土振捣是施工过程中的难点，应特别注意外幕墙内龙骨和外面钢梁与外模板拼缝质量，以避免漏浆。5.2.5.空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构钢筋安装工程操作要点（1）围护结构的钢筋铺设、绑扎、安装除采取柔性连接大样中的稳固措施外，应确保钢筋受力性能，其垫块纵向间距控制在1m内。（2）外造型围护结构的上、下层钢筋受到人为踩踏和重力影响后易弯曲、变形、下垂，可加设并焊接Φ8铁马凳，防止其下陷和踩踏变形，铁马凳纵模向间距不大于700mm，与上、下层钢筋接触点采用焊接，以加强钢筋网整体稳定性。（3）钢筋安装后须注意保护，严禁浇筑混凝土时直接将施工机具安置在钢筋上，以注意避免施工机具直接冲击钢筋造成其变形。5.2.6.空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构混凝土施工操作要点（1）现浇混凝土围护结构应在长度方向设置伸缩缝，其间距≤30m；同时宜采用聚丙烯纤维膨胀细石混凝土，满足混凝土的抗渗和抗裂要求。（2）对混凝土粗骨料应严格限制，必须采用粒径为5~10mm的瓜米石保证混凝土流畅入模，同时对于现场的混凝土水灰比也要控制，其塌落度≥22cm且≤25cm为宜。（3）混凝土浇筑：浇筑前先放同等强度的砂浆→细振捣棒插入外造型围护结构底→放混凝土浇筑（少量放混凝土，随振捣随提棒，每上升1.8m时暂停浇筑混凝土）→振捣棒再次插入振捣→再放混凝土振捣。施工时由于围护结构混凝土分层浇筑、分层振捣，一次浇筑的高度不能超过1.8m，计算好浇筑时间，保证围护结构每一个混凝土浇筑点在初凝前完成下一次混凝土浇筑，避免混凝土搭接前产生冷缝。（4）现浇混凝土围护结构混凝土浇筑的留置口与混凝土随重力作用下自然流动的方向成一定的夹角，所以由吊斗装载的混凝土进入模板留置口时，应通过一定长度的双层帆布带（直径=留置口宽度）完成混凝土入模，帆布带内设Φ10@1000龙骨与模板支撑架体固定（双层帆布袋浇筑混凝土如图5.2.6所示）方便其转换角度。浇筑高度采用尺杆配手电灯加以控制。振捣棒不得直接触动钢筋和幕墙龙骨，模板外侧应有人随时敲打模板检查是否漏振。11 图5.2.6双层帆布袋浇筑混凝土示意图（5）混凝土浇筑完成后要做好养护，外造型围护结构浇水养护过程使用湿水养护，以防止混凝土因暴晒而碳化和缩水龟裂，浇水养护应超过14d。（6）操作平台应提前搭设，宽度采用300~500mm竹条板，长度宜选用4m左右。操作平台有两种作用：一方面便于操作人员站在平台上浇筑和振捣；另一方面防止混凝土在浇筑施工中未入模就滑落出去。（7）浇筑混凝土时应经常观察模板、钢筋、预留孔洞、插筋等位置有无移动变形。5.3劳动力组织每班配置人数如下：现场指挥2人、混凝土工10人、值班电工2人、看模木工5人、振捣手4人、照看钢筋5人、混凝土验收1人、其他人员12人(按照2班倒配置)。6、材料与设备（1）模板预制安装设备：锯木机、电刨机、锤子、板手、墨斗。（2）钢筋加工、安装设备：切断机、弯曲机、切割机、电焊机、弯曲机。（3）混凝土浇筑设备：铁铲、小锤、小型插入式振式器4套(备用4套)、计量器具、试件制作器具。（4）运输及起吊设备：混凝土运输用小翻斗车、塔吊、混凝土吊斗、双层帆布袋。11 （5）塔吊操作平台靠近楼座侧设立4个5kw的镝灯，随着混凝土浇筑每个浇筑段还配置一个1000W的碘钨灯，供夜间照明。（6）各种质量检测工具。7、质量控制空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构质量应遵照国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204—2002)、《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）、《工程测量规范》（GB50026-2007）、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009）、《混凝土耐久性检验评定标准》（JGJ/T193-2009）及其它有关规范。7.1主控项目（1）围护结构所用材料的品种、规格、性能和等级，应符合设计要求及国家现行标准和工程技术规范的规定。（2）围护结构在进行混凝土浇筑时，其抵抗水平推力的技术措施严格按照上述方案执行。（3）围护结构与钢结构及各构造之间必须无缝联结，无脱层、空鼓及裂缝。（4）围护结构的钢板必须参照柔性连接大样图与钢结构进行满焊，禁止出现断点焊。（5）围护结构混凝土分层浇筑、分层振捣，一次浇筑的高度不能超过1.8m。（6）振捣棒不得直接触动钢筋和幕墙龙骨，模板内外侧应有工人随时敲打模板检查是否漏振。（7）围护结构拆模以后，混凝土外观应平整、光滑、无明显裂缝。（8）支撑系统及附件应安装牢固，模板应安装严密，保证不变形、不漏浆。（9）模板要刷涂脱模剂，以保护模板增加周转次数。（10）拆模控制时间应以同条件养护试块强度等级为依据，并符合规范及相关规定。7.2一般项目（1）浇筑混凝土时应经常观察模板、钢筋、预留孔洞、插筋等位置有无移动变形，发现问题立即处理，并应在混凝土初凝前修整完毕。（2）应根据策划要求，做好混凝土的保湿养护，以提供保证混凝土强度和抗裂缝性能所需要的环境条件。（3）拆模应小心谨慎，对构件要认真清理、修复、保养。（4）质量控制标准及检验方法见表1。表7.2-1薄壁型现浇混凝土围护结构操作几何尺寸和安装尺寸允许偏差及检验方法序号检验项目标准（mm）检验方法1高（≤8m）±3钢尺检查2厚（150mm）±2钢尺检查3折线偏差2钢尺检查4翘曲L/1000调平尺在两端测量11 5侧向弯曲3拉线、钢尺量最大侧向弯曲部位6表面平整32m靠尺配合塞尺检查7空间定位预埋件中心偏移2钢尺检查8饰面样板标准目测9伸缩缝接缝高差32m靠尺配合塞尺检查10各层基准线与围护结构距离±5拉通线配合钢尺检查11总高垂直度小于10m10经纬仪大于10m、不大于30m15经纬仪大于30m、不大于60m20经纬仪大于60m25经纬仪12外观符合设计要求目测8、安全措施认真贯彻落实安全第一、预防为主的方针，遵守国家和行业安全标准规范。采用定量评价（LEC法），对现场危险源进行分析和评价，制定对策。（1）对模板支架体系进行设计，报相关部门及监理单位审核，经专家论证后实施；（2）操作班组就位前，针对本分项工程施工操作特点，进行安全和技术交底，施工中加强安全巡检，着重检查配件牢固情况，特别应做好外架的封闭及防护工作；（3）现场使用的钢管扣件材料有材质合格证件。在脚手架施工过程，应随时对脚手架杆件间距、步距、垂直度、扣件拧紧程度进行检查；高处作业所用的物料应堆入平稳，不可置放在临边或洞口附近。在作业中的走道中不得将物件任意乱扔或向下丢弃。（4）在模架施工过程中，模板堆高小于设计的施工荷载，并按要求同步搭设剪刀撑;在混凝土施工过程中组织专人对模架进行观测，并在现场安排5-8人架子工对模架进行维护，同时根据监测结果对模架进行补强；（5）遇有6级以上大风、浓雾灯恶劣天气，不得进行露天攀登与悬空高处作业。模板支撑拆下后，应及时进行清理，并分类堆放整齐。（6）模板拆除前应有砼强度报告，并报监理同意方可拆除，拆除模板时应设置警戒线，悬挂警戒标志，专职安全员应现场监督看护。严格执行“三级动火审批制度”，模板工程作业面动焊施工，要配备金属隔板及灭火器。（7）木工车间严禁烟火，张挂禁烟、禁火安全标志牌，按每25m2配10升灭火器。施工现场动火作业，需在木工车间下风处，且保持10m以上安全距离。11 9、环保措施9.1合理安排施工时间，使用低噪声的振动棒，减少对周边居民生活环境的干扰。9.2由于空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构是空间不规则几何体，因此在浇筑及养护的过程中做好对废渣废水的合理处理及排放。10、效益分析10.1多层复合构造围护结构中采用钢筋混凝土现浇墙体是发挥了混凝土相对于建筑幕墙在隔热、隔声、防水防潮、耐火耐久等优异材料性能，而薄壁型现浇混凝土围护结构采用本工法的技术措施，增加了混凝土的抗拉强度，控制围护墙体的裂缝能确保工程的防水防潮要求，满足了本工程钢筋混凝土耐久性100年以及一级耐火等级的要求，同时加之其良好的热阻系数与传统外装饰做法相比可提高15%，结合55mm的岩棉板（导热系数≤0.045W/mk），使其防火保温隔热特性更佳，达到了节能减排的要求，所以具有很好的绿色环保效益。10.2采用本工法，成功的解决了空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构的空间定位以及与钢结构柔性连接的问题。避免了围护结构施工时混凝土滑落、离析、振捣密实性以及后期结构渗、漏隐患等问题，避免了日后投入大量渗漏修补费用。10.3本工法相比采用其它围护结构（预制混凝土板、铝镁合金板以及氟碳板等）综合单价相比节约30%以上，总造价节约了252万元。10.3该工法成功应用于辛亥革命博物馆新建工程，首次实现了在国内系统的应用和总结薄壁型现浇混凝土围护结构，自主研发了多项技术专利，为同类型工程及其它相似工程的施工提供了技术支持和技术保障，从而可产生巨大的经济效益和社会效益。11、应用举例由武汉建工股份有限公司承建的辛亥革命博物馆工程是为迎接辛亥革命爆发100周年盛典而新建的，位于湖北省武汉市武昌区阅马场首义文化区的中心位置。总建筑面积22138m2。博物馆共分四层，建筑总高度为22.5m。其设计融合了中国传统建筑和现代手法，在正面看,高台加大屋顶的架构，传承了中国建筑“双坡屋顶”和飞檐翘角的特质；从侧面看，三块几何形拼出“破土而出”的意象，颂扬了敢为人先的首义精神。该工程从二层到屋面外装饰面的多层复合构造围护结构内有约7000m2的混凝土结构墙体，该薄壁型现浇混凝土围护结构外立面呈空间异型多折面的造型，立面标高从7.15m—21.4m，由于墙体厚度为120mm，直线长度超过100m，为了控制混凝土早期裂缝，采用改性聚丙烯纤维膨胀混凝土，强度等级C25（P6）。11 本工程分二个施工段施工，首先完成东西两面混凝土围护结构的施工，再完成折板部分的施工。由于东西两侧混凝土围护结构的完成面并非与钢结构成型面一致，需要重新进行6个空间折面的三维定位。（见图11.1）；图11.1东西两侧现浇混凝土围护结构而折板部分采用柔性连接大样共完成25个空间折面薄壁型现浇混凝土围护结构的填充见图11.2。采用空间多折面薄壁型现浇混凝土围护结构施工工法进行了施工，保证了外围护结构在一个月浇筑完成，施工质量也达到了较高的水平，基本未出现漏浆、空浆现象。通过结构实体检测，混凝土结构密实，外观美观，无任何质量通病，达到了预期的效果。图11.2折板部分现浇混凝土围护结构11'