摘要:结合北京工业大学体育馆工程复杂的结构形式,按照不同部位不同特点,分别设计模板施工工艺,达到了保证质量又节约成本的目的。
关键词:模板;玻璃钢;浇筑
北京工业大学体育馆是2008年奥运会羽毛球及艺术体操的比赛馆,是国内首个专业室内羽毛球比赛场馆。建筑物平面设计为一大一小的两个不规
则椭圆形,工程总建筑面积24 383 m2,分为比赛馆和热身馆两部分。
本工程为框架结构,结构复杂,柱网密集,跨度较大,结构框架中圆柱、方柱各占一半,且不同直径的圆柱多,大量弧梁穿过圆柱出现了众多圆柱弧
梁的梁柱结点。弧形梁、扇形板占梁、板总数量一半以上;同一层标高变化多样;比赛馆共分4层,各层顶板面积差较大,没有标准层,标准间,给模
板施工带来相当的难度。
1弧线的确定
对于大量的弧型梁,在现场的木料加工场设专门场地,地面用细石混凝土抹面,用来实地弹梁线、放梁大样。根据大样再用多层板加工成弧型梁底
模,直接运至操作面。弹线采用矢高法确定梁的弧线,弧正中所对弧高:b=R-Rcos!;两侧任意一段弧高:c=!R2-na2-Rcos!,n为从中数第n段矢高。
用此种计算简图及公式确定弧梁的弧线,不仅方便而且弧线顺畅,较好地实现了设计意图。
2不同高度柱子的配模
本工程中直径800mm的圆柱共计36根,在比赛馆中心圆弧上均匀分布,从下到上贯穿整个结构体系。为了充分利用玻璃钢模板比钢模板轻便易安装
这一特性,施工时将直径800mm的圆柱各层柱高度逐一统计出来,根据高度进行组拼,使每根圆柱的模板都分为上下两段,大大减少了模板的加工数
量,同时还能保证施工进度不受影响。
首层柱高4.59m,第二层柱高3.17m,第三层柱高3.96m,第四层柱高2.5m,根据不同柱高度,确定以第四层最矮的柱高为基本高度制作柱模,分别为:
首层组拼方式2.5+2.09=4.59 m,第二层组拼方式2.5+0.67=3.17m,第三层组拼方式2.5+1.46=3.96m,第四层组拼方式2.5m。
矩形截面柱的木模板安装通常需要用槽钢、方钢或木方做多道抱箍,并加斜向支撑。玻璃钢圆柱模板由于自身模板内部已经预埋了加强材料,并
且上口设有法兰,安装时仅需要将圆柱子模板上口法兰用钢丝绳与地锚拉接,共拉接4道,拉接处相当于时钟的12点钟、3点钟、6点钟、9点钟位置
。下口用U型托将模板顶紧。经实际操作证实,模板的稳定性、刚度均符合施工要求,浇筑完毕的混凝土柱平整度、垂直度均符合规范要求。
3采用玻璃钢模板
玻璃钢模板的使用,既解决了圆柱需要定型模板的问题,同时由于玻璃钢的可塑性强,也解决了大量圆柱头结点模板处理的问题。并且它的加工成
型时间短,夏秋季节温度适宜时候可以做到当天加工,第二天就运至现场使用。大量柱头模板计算根据进度计划分批进行,边施工边计算、边计算
边出图加工,缓解了柱头模板的计算压力。所有柱头模板中梁高范围内、梁豁之间的部分称为“花瓣”,柱头结点中有几道梁在此汇聚,就有几个
梁豁和花瓣。其需要计算的部分为:梁豁的深度,由梁高减去板厚得到;梁豁的宽度,通常由梁宽确定,但当两道梁在合并过程当中就进入节点时,
梁豁需单独计算;花瓣宽度,由进入节点的两道梁之间的夹角确定。本工程圆柱柱头定型玻璃钢柱头模板共分为5种。
3.1模板的分类
(1)常规的模板,节点处各道梁顶标高一致,梁高一致,各道梁在进入节点前不相交。
(2)花瓣高度不同的模板,由于穿过柱节点的梁、板上表面标高不同,但板厚一致,同时花瓣顶标高由两道梁之间的顶板下皮标高确定的,所以花瓣
的高度是不一致的。
(3)同一节点中梁豁口的下口标高不一致的模板,因为穿柱节点的梁底标高不一致,其中包括两道底标高不一致的梁汇聚过程中进入节点,造成同
一个梁豁中的豁口底边出现错台。
(4)柱头模板中的宽豁口内套窄豁口,并且窄豁口的豁底低于宽豁口,这是由于本工程中有24个节点的梁通过柱头时不穿过柱心而是属于“擦边而
过”的情况,同时垂直于这道不穿过柱心的梁方向上汇聚来的梁穿过柱心,并且梁底低于不穿过柱心者。
(5)柱头变直径的作法:本工程36根直径800mm的圆柱顶标高为16.100m,由于要在每根柱顶部设置一个圆形钢结构埋件,所以要加大柱顶部埋件锚
固筋长度范围内(850 mm)的柱子直径,由800 mm改为950mm,加工制作时需考虑在变径的转折处增加玻璃纤维布以及不饱和树脂的层数,用来加强
此处的抗弯性能。
整个体育馆结构工程中共有此5类节点200余个。均单独计算制图,加工制作。制作时按照花瓣的个数分模,一个柱头模板有几个花瓣,就把柱头模
板做成几个部分模,然后组拼使用,以便安装。
3.2模板的安装工艺
玻璃钢定型柱头模板的安装工艺顺序为:在柱身上弹梁轴线→根据轴线安装柱头模板→安装节点周围梁的底模→校正梁底模使其与柱头模板上梁
豁的企口吻合→固定梁底模并拆下柱头模板→安装梁钢筋→梁筋安装完毕后重新对照梁底模的端头位置将柱头模板安装牢固。
玻璃钢柱头模板的安装固定仍采用圆柱模板的“翻边”连接方式。“翻边”分模的位置均处在梁豁的中点上,即每个模板瓣均由一个整“花瓣”
和两个半个梁豁组成。柱头模板的下半部为高度500mm的整圆,用以和已浇筑的混凝土柱固定。在加工柱头模板时,模板上的梁豁(与梁底及梁侧
模接槎部位)、“花瓣”顶(与顶板模板接槎部位)均按多层板厚度做出15mm高的企口,使其与多层板拼接时能作到接槎严密,不留缝隙。多层板的
梁帮及顶板模板均顶紧企口后,对柱头上的花瓣起到了“抱箍”的作用,避免了花瓣处的胀模问题。在安装的工艺顺序上也有特别之处。因为柱
头模板安装完毕后竖起的花瓣给绑扎梁钢筋带来了一定困难,所以要先绑扎钢筋再安装柱头模板。如果先安装梁底模再绑扎钢筋后安装柱头模板
,各个方向上汇聚到节点的梁底模端头未必会和梁豁口对得很准,但同一个柱头模板上的梁豁的相对位置是不会改变的,就有可能出现梁底模端头
与梁豁对不上的情况。所以要先确定柱头模板中梁豁所在的位置,主要依靠柱身上的梁轴线与分模的“翻边”,将两者对齐后,柱头位置就基本准
确了。这时再安装梁底模板,用模板的端头来对柱头模板的梁豁口。一定要综合同一节点上各道梁的端头位置来确定柱头模板的定位。一旦确定
后,就将梁底模板在此位置上固定牢固,然后拆下柱头模板,这时一个柱头节点上各道梁的梁端位置即为柱头模板上梁豁的准确位置。安装完钢筋
后,再按照梁底模板端头的位置,重新安装玻璃钢定型柱模。故这种定型柱头模板安装过程当中,有一个二次安装的步骤,并且弧形梁端的节点,柱
头模板还有定位、校准的作用。
4看台斜梁及风孔施工缝控制和模板安装
4.1施工缝控制
本体育馆主要看台分布在南、北两侧,看台东西最宽处80m,看台在平面图中呈半圆形向高处收缩,每步看台宽800mm,高500mm,台阶均为16步。如
此大面积的整体看台板均依靠板下斜梁支撑。斜梁南、北侧各8道。低端头处为7.090m(相对标高),最高处为13.050m(相对标高)处。斜梁在上升
过程当中要穿过三、四层之间的混凝土风道夹层,斜梁除在最低点、1/3跨处有支点外,在最高点仍有吊柱,并在高端梁段下有风道板。按照工程
实际尺寸选取南侧看台2m宽的一段看台板的3D模型,风道板分为一高一低两个跨度,高差为900mm。框架柱已经浇筑至顶板下皮。按照常规模板支
设原则,应该先浇筑水平梁及风道板,但这样斜梁就等于在梁端人为制造了施工缝,这对斜梁受力是很不利的。同时,吊柱上部的斜风道板也横贯
整个南侧看台下部,无法和看台混凝土同时浇筑。考虑到高低跨风道板仅为通风设计,将来要封闭,它除了板的自身重量没有其他荷载。高低跨风
道板上的水平梁与斜梁汇聚在结构柱上端,同属主梁;但水平梁属于端部受压、受剪,跨中受梁、板自重产生的很小的弯矩。经过设计计算后,同
意将高低跨风道板中的水平梁施工缝断在高低跨变截面处。这样,风道板与水平梁的高跨板下的部分一同浇筑,再浇筑框架柱上半部与斜柱、吊
柱和斜风道板;最后一次浇筑所有看台板和斜梁。斜梁与斜柱虽分两次浇筑,但考虑到施工进度问题,此处二次浇筑后模板不拆除就立即进行斜梁
及看台板的三次浇筑。所以在支设二次浇筑的构件时,与之相连的第三次浇筑的构件也一同支设完毕,为再次浇筑充分创造条件。
4.2模板安装
比赛馆内坐席下设风孔是本工程一大特点,共计8450余个,是看台板下风道的出风孔。设计直径为135mm,经与设计确认,此孔不需预埋钢套管,只
要求形成混凝土圆孔即可。结合大量看台板这一问题,确定将风孔与看台板吊蹬结合起来处理,并将聚苯棒埋入看台板下的看台梁内。
安装聚苯棒时,先将看台梁内侧模板支设完毕,并绑扎完腰筋、箍筋;然后将聚苯棒推进上下腰筋和左右箍筋形成的空隙当中,但这并不能保证聚
苯棒的安装牢固,在浇筑振捣时聚苯棒有可能发生跑位。所以在安装看台梁外侧模板时,将对拉螺栓的位置定为聚苯棒中心的位置,用螺栓穿过聚
苯棒,这样就完全固定牢固了。聚苯棒需单独加工,但费用远远小于钢套管。加工聚苯棒时其长度比看台梁的宽度长出3~5mm,以便看台梁外侧模
板安装完毕后能将聚苯棒顶牢固。待混凝土浇筑完毕并终凝后,将聚苯剔凿出来即可。
5斜柱模板安装及控制
斜柱与水平倾斜角为80°,从在首层顶板上开始,在三层顶板上结束。由于斜柱向结构外倾斜,在支设三层斜柱模板时,柱子的钢管斜撑。斜柱支
模时候要求现场以吊线的方式检测柱子的倾斜角,从起吊点到线锥端部长度为1m,则80°的倾角时线锥端部与柱距离应为176.33mm。斜柱浇筑至
13.000m标高后,与最外侧环梁相交,环梁外边与斜柱外边相切。说明按此数据控制斜柱角度,斜柱的角度得到了保证。
北京工业大学体育馆工程的结构形式复杂,模板支设靠传统方式难以全部解决。对此利用玻璃钢、聚苯板等非常规材料,采用分析构件的受力关
系,将复杂构件分解,化复杂为简单;或采用倒插工序,先支设部分模板,待浇筑过程中再支设剩余部分的作法。特别是玻璃钢模板具有普遍使用的
意义,它安装方便,便于运输,且浇出的混凝土表面平整度、垂直度完全满足规范要求。
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