論空間異型清水混凝土的施工技術(shù)
摘要:天津博物館的建筑造型如展翅飛翔的白天鵝,是鋼 —混凝土空間組合結(jié)構(gòu)。它的前廳內(nèi)設(shè)置的 10組變截面 v 型混凝土柱,不做任何修飾,以體現(xiàn)混凝土自身的質(zhì)感。普通的模板和混凝土工藝很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求,必須進(jìn)行特殊混凝土的工藝研究。在施工過程中,承建單位進(jìn)行了模板類型的優(yōu)選、鋼模內(nèi)表面的噴塑處理以及混凝土配合比及外加劑的分析和試配,并解決了工程中遇到的一些問題,最終一次成功,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的效果。
接連兩年帶領(lǐng)工業(yè)與民用建筑專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí),參觀了天津博物館的建造和裝修過程,一方面看到了國內(nèi)最為先進(jìn)、現(xiàn)代化的建筑,開闊了眼界,同時(shí)也增長了不少見識(shí),了解了一些新技術(shù)、新工藝,受益匪淺。在此,主要是結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)工程中空間異型清水混凝土柱的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)作一探討。
1 工程概況
天津博物館座落于河西區(qū)友誼路與平江道交口處,毗鄰天津市政治文化中心天津大禮堂國展中心,該館占地 5. 02 公頃,總建筑面積35000m2,建筑造型如展翅飛翔的白天鵝。由陳列展覽區(qū)、藏品庫房區(qū)、圖書資料中心、辦公與技術(shù)用房和設(shè)備用房五大部分組成。該建筑物為鋼—混凝土空間組合結(jié)構(gòu), 地上三層, 檐高33.4m,首層和二層為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),層高分別為 5.6 米和 13. 7 米。頂層為大跨度螺栓球網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),由 64 根鋼柱支撐,覆蓋至首層,屋面為彩色壓型鋼板保溫防水層和鍍瓷鋁板裝飾層組成,屋頂平面呈月牙形如同天鵝展翅,正立面及首層外檐均為鋼結(jié)構(gòu)玻璃幕墻,由正立面中央玻璃幕墻和兩側(cè)玻璃幕墻組成,中央幕墻承重結(jié)構(gòu)為 10 根空間變截面箱型曲梁組成,由傘形鋼支撐向外延伸至室外,兩側(cè)玻璃幕墻承重結(jié)構(gòu)為空間管桁架斜支撐。本館造型如展翅飛翔天鵝,線條簡潔生動(dòng),在突出仿生建筑設(shè)計(jì)理念的同時(shí),充分體現(xiàn)出極強(qiáng)的視覺感染力和獨(dú)特的藝術(shù)生命力。該館建成后能夠充分反映天津特有的城市風(fēng)貌和文化底蘊(yùn),成為天津市標(biāo)志性的建筑和人文景觀。
圖1
2 空間異型清水混凝土柱的設(shè)計(jì)
為了達(dá)到返璞歸真的效果,設(shè)計(jì)在前廳內(nèi)設(shè)置了10 組變截面 v 型混凝土柱,截面由 800 ×
800mm 變至 500 ×500mm,高度為 18m,不做任何修飾,以體現(xiàn)混凝土自身的質(zhì)感。目前國內(nèi)所做的清水混凝土絕大多數(shù)為構(gòu)筑物,本工程作為室內(nèi)露明結(jié)構(gòu)則要求混凝土表面達(dá)到無明顯氣泡,既平整更要光滑,色澤一致的標(biāo)準(zhǔn),普通的模板和混凝土工藝很難做到,必須進(jìn)行特殊混凝土的工藝研究。
3 空間異型混凝土柱的施工工藝及技術(shù)[Page]
3.1 設(shè)計(jì)給異型清水柱體施工帶來的困難
異型柱體空間兩次變截面且各組柱軸與地面傾角均不相等,使得如何保證柱體表面平整度
及無裝飾清水混凝土表面的顏色均勻性成為困擾施工的兩大難題。
圖2
3.2 技術(shù)方案的制定
3.2.1 模板類型選擇
?、龠x用普通鋼模板優(yōu)點(diǎn)在于規(guī)格尺寸一致便于材料的集中管理、使用時(shí)無需編號(hào)分類、周轉(zhuǎn)性強(qiáng)利用率高。但缺點(diǎn)同樣突出,統(tǒng)一的規(guī)格無法實(shí)現(xiàn)第二次變截面后的梯形效果,加之混凝土澆注后板縫較多將嚴(yán)重影響觀感。
②竹模板:考慮到柱矢高為 8~12m 不等,竹膠模板通??捎行p少模板拼縫。但材質(zhì)剛度差,導(dǎo)致柱體對(duì)地傾斜的情況下,模板內(nèi)混凝土自重將全部落于朝向水平面的兩個(gè)面層上,極易漲模。表面紋理分布不均勻,易造成澆筑后表面觀感不佳。
③定型鋼模板:模板尺寸要依 v 型柱幾何模型定型制作。根據(jù)分層澆注須對(duì)鋼模分段加工,模板接縫減少。經(jīng)過對(duì)比分析,實(shí)際工程中選擇了定型鋼模板。
3.2.2 鋼模內(nèi)表面處理方案選擇
?、賹⒗w維隔離層貼于鋼模內(nèi)側(cè),消除混凝土表面氣孔,并有助于脫模如紋理較密,則易造成拆模后混凝土觀感不佳。
?、谕鈱油克⑸?,增強(qiáng)混凝土表面光潔度澆筑時(shí)易將油層掛落,影響混凝土表面顏色均勻性。
?、垆撃?nèi)表面噴塑處理,增加混凝土表面平整度,保證顏色均勻性。經(jīng)過對(duì)比,實(shí)際工程中選定了第三種方案。
3.2.3 混凝土配合比及外加劑摻入量的控制[Page]
施工時(shí),將粗細(xì)骨料清洗、晾干,確保骨料含泥量滿足規(guī)范及清水混凝土施工要求,然后按配
合比過泵稱量。由于此方案配合比要求時(shí)間短、技術(shù)性能高,要求試驗(yàn)中心組織技術(shù)能手進(jìn)行分
析、調(diào)研。在分析多種外加劑的基礎(chǔ)上,認(rèn)為unf - 5 高級(jí)混凝土減水劑最適合本項(xiàng)目清水混凝土柱技術(shù)要求。根據(jù) unf - 5 特點(diǎn),制定了三種配合比方法。采用同摻法,在骨料相同的情況下,對(duì) unf - 5 減水劑加入量進(jìn)行了調(diào)整:
①摻 1 % ②摻 0.75 % ③摻 0.3 %。
試配過程中,嚴(yán)格規(guī)范每道工序,對(duì)每一配合比都成型 3 組,待成型、拆模后,通過對(duì)比綜合
參數(shù),認(rèn)為摻 0. 75 %最適宜,能在確保不損失混凝土強(qiáng)度的前提下,確保無裝飾清水混凝土的表
面觀感。
3.3 工程實(shí)施
3.3.1 腳手架體系配合模板支設(shè)
根據(jù)場地實(shí)際狀況,按柱體傾斜趨勢搭設(shè)施工腳手架,在確保施工安全和施工方便的基礎(chǔ)上
力求省空間、無干涉。
首先,依據(jù)事先彈在墊層上的柱軸和各柱角投影,用塑料泡沫大致還原出異型柱體的空間模型。將塑料泡沫假想為與水平面距離最近的柱體底模,待其固定后,使腳手管緊緊貼于泡沫底側(cè),以支撐模板體系下部。再將鋼模板與塑料泡沫代換,并對(duì)應(yīng)墊層墨線反復(fù)微調(diào),直至線墜與投影點(diǎn)完全重合。依此法對(duì)其他三面進(jìn)行還原定位。架體搭設(shè)過程中,預(yù)留混凝土垂直運(yùn)輸通道和振搗操作平臺(tái)。這樣便在完成腳手架搭設(shè)的同時(shí),高精度完成模板支設(shè)工作。[Page]
3.3.2 冬季施工期改善作業(yè)環(huán)境
柱體澆筑正值冬季施工期,保溫棚的搭設(shè)不允許泵送澆筑。只能依靠施工隊(duì)伍人工完成上料與傾倒過程。從模板配筋的實(shí)際狀況出發(fā),發(fā)現(xiàn)其主筋外徑較大,箍筋“相對(duì)較密”是造成混凝土傾倒過程中發(fā)生離析的最主要原因。因此,只能從下料方式和下料位置方面入手,對(duì)粗細(xì)骨料的離析現(xiàn)象進(jìn)行控制。施工過程中本著“分節(jié)支模、逐層澆筑”的原則并參照相關(guān)施工規(guī)范采取如下措施:
① 搭設(shè)保溫棚
為提高混凝土入模溫度,并為后期養(yǎng)護(hù)工作打好基礎(chǔ),需搭設(shè)保溫棚。搭設(shè)時(shí),既要保證棚內(nèi)溫度滿足澆注及養(yǎng)護(hù)條件又要避免由于占地面積過大而影響其它分項(xiàng)工程的實(shí)施,達(dá)到棚內(nèi)無風(fēng)、恒溫、無結(jié)露。
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預(yù)先對(duì)砂子進(jìn)行熱炒,并用熱水進(jìn)行攪拌做好出盤后的測溫工作,切實(shí)提高混凝土入模溫度。
③對(duì)混凝土離析進(jìn)行控制
為保證混凝土不出現(xiàn)離析情況,采用分節(jié)澆筑的方法:即在澆筑前在模板體系不會(huì)出現(xiàn)位移的情況下,將支好后模板中間部位的某一節(jié)(其位置由模板實(shí)際尺寸和規(guī)范要求確定)取下,準(zhǔn)備澆筑。為保證倒入過程順利,混凝土不離散飛濺,必須在倒入口下串簡。
3.3.3 澆筑過程注意事項(xiàng)
結(jié)合現(xiàn)場施工作業(yè)面的實(shí)際情況以及柱體空間幾何位置,發(fā)現(xiàn)在澆筑和振搗過程中,要集
中精力解決以下幾個(gè)問題:
?、俳鉀Q卡棒問題預(yù)制柱振搗過程中常常遇到振搗棒被箍筋彎鉤卡住的問題。爭得設(shè)計(jì)同意后現(xiàn)將 135°彎鉤變更為 180°彎鉤,避免卡棒其他個(gè)別情況可通過焊接處理。
②杜絕漏振現(xiàn)象
由于柱體為“v”字型,在混凝土振搗過程中易出現(xiàn)漏振現(xiàn)象,則采取確定具體的棒數(shù)及振搗位置的方法,對(duì)易漏振或截面突變的局部位置進(jìn)行內(nèi)外共振。考慮到混凝土中砂、石比重不同,下落過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)微量離析。因此傾倒混凝土前,事先將砂漿倒入模板底部,注意內(nèi)外振搗。
4 結(jié)語
通過對(duì)研究方案的實(shí)施,空間異型清水混凝土柱一次澆筑成功,表面[Page] 平整度控制在 0. 5mm,無任何外裝飾混凝土面的觀感完全達(dá)到可與裝飾石材媲美的效果。而僅以定型鋼模替代以往的竹膠模板這一項(xiàng),就節(jié)約了模板費(fèi)用 18. 47 萬元,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
在各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的支持下,經(jīng)過項(xiàng)目全體工程技術(shù)人員的努力工作,全面完成了天津博物館工程這一難度大,要求高、工藝新的全部施工任務(wù),并通過了天津市科委、建委的科技成果鑒定,達(dá)到了國際先進(jìn)水平,獲得了建設(shè)部鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)頒發(fā)的鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng),以及天津市建筑界的最高榮譽(yù)——海河杯,目前正在申報(bào)“魯班獎(jiǎng)”。
從工程質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)、成本分析目標(biāo)與實(shí)際效果的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),新工藝、新技術(shù)的推廣運(yùn)用是節(jié)約成本、工程創(chuàng)優(yōu)的前提,對(duì)高速優(yōu)質(zhì)完成項(xiàng)目施工起著至關(guān)重要的作用,為工程按期竣工奠定了良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
1 建筑施工手冊編寫組.建筑施工手冊 m . 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.
2 楊嗣信.建筑工程模板施工手冊 m . 北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.
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