超高钢筋混凝土半球形穹顶屋面模板施工工法(修改2011.6.20)

'青建集团股份公司企业工法CNQC-GF超高钢筋混凝土半球形穹顶屋面模板施工工法ConstructionMethodforSuperelevationFormworkof ReinforcedConcreteDomicalVault Roof2010年12月7日发布2010年12月10日实施青建集团股份公司发布9 目次1前言22工法特点23适用范围24工艺原理25工艺流程及操作要点36材料与设备57质量控制68安全措施79环保措施710效益分析711工程实例89 1前言图1.0.1奥兰大清真寺效果图半球形穹顶屋面在阿尔及利亚属于比较典型的伊斯兰建筑风格，清真寺及其它公共建筑屋面多采用此类造型。在施工过程中，此类结构从定位放线、钢筋绑扎、模板支设、混凝土浇筑等各工序施工难度均大于普通混凝土结构。为了加快施工进度、保证施工质量、节约成本，阿分公司工程技术人员在总结奥兰大清真寺（见图1.0.1）、铁木森省政府办公楼、奥兰38套住宅等项目施工实践基础上，编制本工法，用于指导后续同类结构施工。本工法以奥兰大清真寺为例进行阐述。2工法特点2.0.1操作简单易行，模板体系采用常用的周转材料，施工方法与普通坡屋面基本类似；2.0.2节约工程成本，模板背楞安装可使用木方小料及胶合板下脚料进行拼接（见图5.2.1、图5.2.2），模板可周转使用；2.0.3加快施工进度，半球模板采用现场组拼，缩短施工时间；2.0.4保证成型质量，半球分段施工（见图4.0.2），模板分段拼装，混凝土分段浇筑，保证混凝土成型质量。3适用范围本工法主要适用于钢筋混凝土结构半球形穹顶屋面的施工，其它如坡屋面等造型的钢筋混凝土结构也可借鉴。4工艺原理图4.0.1穹顶结构剖面图4.0.1支模方图4.0.1奥兰大清真寺效果图案选择图4.0.1奥兰大清真寺效果图图4.0.1奥兰大清真寺效果图以奥兰大清真寺为例说明，该项目穹顶位于标高为+18.00m的屋面上，穹顶天窗上标高+23.00m处为穹顶半球，半球为钢筋混凝土结构，内径为33.48m，薄厚为225mm，见图4.0.1、图11.1.2。选择模板工程方案时，由于半球尺寸较大，需分段施工，分段组拼，薄壳下部第一段至第三段球环结构沿经线方向弦倾角较大，采用类似墙体的双侧支模方案，第四段球环及上部球冠部分圆弧的弦倾角较小，采用类似坡屋面的单侧支模。以半球内模为例进行说明，模板拼装分段图见图4.0.2，外模与内模类似。内外模板均采用放大样方式现场预制、分段组拼，为了便于施工，内模一次组拼安装到顶，外模与混凝土分段施工，模板周转使用。4.0.2水平施工缝的设置由于模板及混凝土浇筑需分段施工，分段的高度根据胶合板的规格（1220mm×2440mm×9 12mm），胶合板应整张直接使用，尽量减少随意锯截，造成胶合板浪费，本项目模板预制组拼，安装时沿半球经线方向每4480mm弧长分段一次，见图4.0.2，混凝土水平缝施工缝留置同穹顶半球外模高度，见图5.2.3。图4.0.2穹顶半球内模拼装分段图5工艺流程及操作要点5.1工艺流程5.1.1模板组拼配制模板背楞木方→搭设组拼操作架→铺放背楞木方→铺放面层胶合板→将胶合板与背楞用钉子钉牢→钻穿螺栓孔→安装吊钩→模板编号→合格后吊至存放架内存放。5.1.2模板安装半球内模施工工艺如下：定位放线→搭设模板满堂支撑架→用塔吊吊运对应编号模板至半球壁处设计位置→根据墙体控制线将模板下口调整到位→加设墙体斜撑→校正圆弧横肋钢筋的位置及加固与支撑架的连接。半球外模施工工艺如下：半球钢筋绑扎→用塔吊吊运对应编号模板至半球壁处设计位置→插放穿墙螺栓及塑料套管→根据套管长度紧固螺栓→验收→浇筑第一段混凝土→第二、三段模板安装、混凝土浇筑。5.1.3拆模松开模板支撑→抽出穿墙螺栓→拆除模板横肋→塔吊整块吊离或人工搬运→模板表面清理并整平。5.2操作要点图5.2.1穹顶结构剖面图5.2.1配制模板背楞与弧形面板内模、外模的背楞与弧形面板配制方法相同，仅以奥兰大清真寺半球穹顶内模为例说明配制技术要点。1配制模板背楞按设计图纸尺寸在完工屋面按照1：1的比例放大样配制背楞。以第一段球环模板为例说明，在屋面放出半径R为16.74m、弧长为4880m的线，背楞选用锯割成规格50mm×100mm×600mm短木方沿弧线拼接，接头两侧用规格90mm×9 200mm×12mm的胶合板小条钉牢连成整体，见图5.2.1。2配制弧形面板图5.2.2模板分片拼装图在屋面搭设组拼操作架，在操作架侧沿经线方向铺放背楞木方，以球环第一段为例说明，面板先用整板拼接，然后按设计图纸计算出的尺寸用旧板小条拼接斜角，拼装的模板展开图见图5.2.2。为保证每片模板的弧度、强度和整体性，在模板背面用Φ20螺纹钢筋预弯成模板放样的弧度，用铁丝固定在背楞和模板上，组拼完成后吊至存放架内存放。5.2.2模板安装在半球每段模板整体安装前，先找出每段模板上下两边的圆心，在满堂架上加固好，圆心不能移动，然后将按照实际放样组拼好的分片模板先后进行组装，模板安装见图5.2.3，Φ20的钢筋作模板横肋，与模板背楞连接，根据每道对拉螺栓的所在的纬线圆半径进行校正、固定，确保第段模板弧度的准确性。内模模板配制一次完成，一次安装到顶。外模模板周转使用，每段模板弧线相同，但弦倾角不同，第一施工段每片模板间的三角空隙大小也不同，每片模板之间的三角空隙在半球现场用旧板锯割拼缝。外模下部第一、二、三段需安装模板，第四段及球冠部分由于弦倾角较小，仅为32°和12°，此部分采用单侧支模。图5.2.3模板加固及施工缝留置图模板满堂架纵横间距均为1000mm，步高1500mm。模板背楞为50×100mm木方拼接，背楞间距25-30cm；直径20mm的钢筋沿半球纬线方向弯成圆弧作为横肋，间距为600mm，用斜撑与满堂支撑架固定。对拉螺栓直径14mm，内孔高于外孔50mm，纵横间距均为600mm，最底一道对拉螺栓距地面25cm。放置50×100mm的木方留置施工缝，混凝土表面内外高差50mm。外模与内模通过对拉螺栓连接，在钻对拉螺栓孔时，为防止雨水渗漏，内模上的开孔要比外模上的孔高5cm，并且在每一段混凝土浇筑时，放置50×100mm的木方留置施工缝，施工缝留置应遵循内高外低的原则，内侧混凝土表面高于外侧50mm，见图5.2.3。5.2.3模板支架构造要求1支架设计及构造要求（1）立杆的纵、横间距均为1.00m，步高采用下小上大的方案进行搭设，按照自下而上的顺序，下部12步间距为1.00m，中部12步间距为1.20m，上部8步间距为1.50m，见图5.2.4。（2）支撑架按照图5.2.4、图5.2.5所示设置竖向剪刀撑，纵横向各设置四道，竖向剪刀撑由底到顶连续设置，剪刀撑杆件底端与地面顶紧，夹角为45°。在竖向剪刀撑的顶部及扫地杆处设置水平剪刀撑（见图5.2.5），与立杆连接，从而形成整体性的水平加强层，使之成为具有较大刚度和变形约束力的空间结构层。（3）立杆底部垫50mm9 厚的垫板，立杆采用对接扣件连接，严禁搭接，相邻两立杆接头错开距离不少于500mm，且各接头中心距主节点不大于步距的1/3。（4）每步均设置纵横向水平杆，连接方式采用对接，穹顶半球下部纵横向水平杆与建筑物结构顶紧，屋面下部纵横向水平杆与8根圆柱连接牢固，增加架体结构稳定性。扫地杆距地面的距离为200mm。图5.2.4穹顶模板满堂支撑架剖面图图5.2.5穹顶模板满堂支架平面布置图竖向剪刀撑竖向剪刀撑水平剪刀撑（5）满堂架体搭设时，严禁将上段钢管立柱与下段钢管立柱错开固定于水平拉杆上。2架体验算模板支撑体系中面板、对拉螺栓及主次楞梁属于常规做法，验算略去。由于本模板支撑体系球冠最高处达39.74m，属于高大模板支撑体系，仅验算最高处立杆稳定性。球冠部位是单侧支模，立杆承受竖向荷载最大，模板支架最高，故验算支撑球冠部位的立杆不同步距最底一步的稳定性。计算过程如下：（1）轴力计算模板支架是敞开式满堂架，奥兰地区基本风压小于0.35kN/m2，验算立杆的稳定性，不考虑风荷载作用。轴力设计值恒载NG1k为施工结构架自重标准值产生的轴向力，包括模板及支架自重标准值产生的轴向力；NG2k为构配件自重产生的轴向力，包括新浇混凝土自重及钢筋自重标准值产生的轴向力。活载（NQk）为施工荷载标准值产生的轴向力总和，包括施工人员及设备荷载、振捣混凝土时产生的荷载、倾倒混凝土时产生的荷载。由于立杆纵横间距均按1m均匀布置，故选取穹顶中心支撑杆所支撑的1m2面积为计算单元，经计算，NGk=NG1k+NG2k=5.96+6.6=12.56kN，NQk=3kN。（2）稳定性验算查表得满足要求。其它步高如1.2m、1.5m验算最底一步的立杆稳定性，验算方法类同，经验算满足要求。6材料与设备6.1材料9 6.1.1周转材料使用的主要周转材料包括：Φ48mm×3.5mm钢管、1220mm×2440mm×12mm的胶合板、截面50mm×1000mm的小木方、Φ20钢筋、50mm厚木板、各类扣件、Φ14对拉螺栓、Φ18塑料套管等。6.2机具设备6.2.1机具设备采用的机具设备主要包括：塔吊，圆盘锯，电动手钻，电动手锯，手锤，扳手等。7质量控制7.1主要标准及规范7.1.1本工法采用《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）。7.1.2质量验收内容及标准见表7.1.2。表7.1.2构件施工尺寸误差范围项目部位允许偏差（mm）检查方法轴线位置薄壳内侧5钢尺检查标高全高±30水准仪或拉线、钢尺检查截面尺寸薄壳壁厚+8,-5钢尺检查混凝土表面观感薄壳内外表面无目测注:检查轴线、中心线位置时，应沿纵、横两个方向量测，并取其中的较大值。7.2质量控制措施7.2.1项目部成立质量控制小组，项目技术负责人为小组组长，包括质量员以及各个工种工长，并明确责任，严把质量关。7.2.2模板背楞制作时，要严格按照施工现场1：1比例进行放样配制。7.2.3半球内侧模板安装时，每道Φ20横肋都要现场放控制线校核，保证半球弧线的准确性；7.2.4半球外模通过对拉螺栓与内模连接，通过对拉螺栓套管的长度控制半球的壁厚，不同高度的模板的对拉螺栓套管长度要根据图纸计算下料，安装时对拉螺栓要从下至上逐道拧紧。不得采用放置钢筋头的办法控制壁厚，防止雨水渗漏。7.2.5对拉螺栓内孔高于外孔5cm，对拉螺栓拆卸完后用膨胀水泥砂浆将螺栓孔封堵密实，防止半球渗漏。7.2.6留置混凝土施工缝时，要保证施工缝内侧高度高于外侧高度5cm，防止雨水渗漏。7.2.7组拼好的模板整片吊用时，要做好加固措施，防止模板翘曲变形。7.2.8球冠部位混凝土浇筑时，要适当控制混凝土的坍落度，同时采用点振法振捣，保证混凝土密实度，减少混凝土流淌。7.2.9为了保证混凝土强度，球环部位外模在混凝土浇筑完39 天后拆除，内侧模板在混凝土试块强度达到设计强度100%后拆除。8安全措施8.0.1钢管及扣件要符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》（GB15831）的规定；木材要选用质量好的木方，不得使用腐朽、霉变、折裂、枯节的木材；胶合板厚度不得小于12mm，并应符合国家现行标准《混凝土模板用胶合板》（ZBB70006）的规定。8.0.2模板施工方案要严格编审程序，施工过程中要严格按施工方案执行，防止出现坍塌事故。8.0.3模板支架搭设时，要与下部结构构件联成整体，纵横剪刀撑要随立杆与水平杆同时搭设，不得搭设完立杆与水平杆后再加设剪刀撑。8.0.4模板支撑体系半球内铺设操作平台，特种作业人员要持证上岗，系好安全带，防止高空坠落。8.0.5塔吊吊用材料时要轻吊轻放，防止吊斗碰撞模板及支架。8.0.6球环部位混凝土浇筑时要分层浇筑，每2米高浇筑一次，保证架体荷载均匀，防止局部失稳；球冠部位倾倒混凝土时不要堆放过高，随时耙平，防止局部荷载过大。8.0.7遇有六级以上大风等恶劣天气停止作业。9环保措施9.0.1浇筑混凝土时，要进行作业前交底，尽量避免散落模板外侧，提高环境保护的意识和能力；9.0.2合理地安排施工时间，尽量减少夜间作业时间，以减少夜间的噪音污染；9.0.3机具及材料必须放在指定的地点，建筑垃圾应清理至指定地点，并及时运走，达到“工完料尽现场清”。10效益分析10.1经济效益分析10.1.1本工法所用模板背楞均可使用了其他工程剩余的的短木方小料拼接，模板横肋所用钢筋使用完毕后可用到工程实体上，节约了材料成本。10.1.2本工法模板的弧形面板绝大部分采用整张胶合板弯曲成圆弧，周转使用，斜角拼缝模板使用其它工程剩余的旧料锯割，减少了材料损耗。10.1.3本工法模板施工，采用在屋面分片组拼、用塔吊吊用组装的方式，加快了施工进度。10.2社会和环保效益10.2.1本工法能够保证工程质量，穹顶半球成型较好。10.2.2本工法使用大量木方小料和胶合板废料，可废物利用。10.2.2本工法可加快工程施工速度。奥兰大清真寺位于奥兰市中心，本工程的施工速度和施工质量给当地人留下了深刻的印象，穹顶及各种圆拱造型尺寸统一，观感质量较好，受到当地政府与人民的称赞。9 11工程实例11.1奥兰大清真寺工程11.1.1工程概况奥兰大清真寺由祈祷大厅和宣礼塔组成，祈祷大厅总建筑面积为6100m2，分为9个区，其中中心区F区为祈祷大厅中心，±0.00以下是两层地下车库，±0.00以上第一层为祈祷大厅，大厅高10.60m，第二层为装饰性半圆拱门，层高为7.40m，祈祷大厅总高为18.00m，大厅顶板以上是外径33.93m的半球穹顶，穹顶顶部标高为39.965m，穹顶混凝土半球壁厚为22.5cm，见图11.2.1、图11.2.2。整个穹顶是由8根直径900mm的混凝土圆柱支撑，8根圆柱在屋面由一道800mm×600mm的圆弧梁连成整体，圆弧梁上部是高度为5.00m的带天窗的圆弧墙，圆弧墙上是一道700mm×500mm的圆弧梁，本工法所要研究的对象即为圆弧梁上的半球穹顶。图11.1.2穹顶混凝土结构完工图图11.1.1奥兰大清真寺主体结构完工图11.1.2应用效果该工法解决了半球型模板制作、拼装和高大模板支撑系统的施工难题，达到了保证工程质量、安全、工期等要求的目的，同时降低了工程成本，此前并无同类工程的成熟经验可以借鉴，在采用本工法施工的混凝土半球穹顶，接槎平顺，结构密实，无渗漏现象，观感质量较好。11.2铁木森省政府办公楼图11.2.1铁木森省政府办公楼11.2.1工程概况铁木森省政府办公楼项目业主为铁木森省行政局(DAL)，工程位于铁木森省政府院内，建筑面积3600m2，由省长办公室和其它100个办公室组成，工程的结构形式为框架剪力墙结构。地上四层，建筑最高处为29.98米，首层和二层层高为5.95米，三层和四层层高为4.42米，目前该工程已竣工。屋顶有两个大圆球造型结构较为复杂，一个直径为9米，另一个直径为5米，大圆球半圆底部设有拱形天窗，见图11.2.1。11.2.2应用效果采用本工法施工，工程进展顺利，质量较好，受到铁木森省政府的好评。9 11.3奥兰CNEP38套项目11.3.1工程概况图11.3.1奥兰CNEP38套该工程位于奥兰省，由CNEP银行投资，建筑面积为9900m2，建筑层数为17层，建筑高度为55米，目前该工程已竣工。楼梯屋顶有一个半球造型，半球直径为7米，见图11.3.1。11.3.2应用效果应用本工法施工，工程进展顺利，质量观感较好。编制：张明禄审核：陈永辉批准：9'