1、1玛丝菲尔总部叶片状双曲面混凝土薄壳结构施工技术【摘要】 本文结合玛丝菲尔厂区一期工程实例论述了叶片状双曲面形成原理,应用 Solidworks、Autocad 软件,深化相应的曲面母线网格图、构件截面图、空间坐标定位图，科学合理地选择模板支撑体系布置型式，将曲面外形控制杆件与支撑杆件有机统一起来，受力合理，钢筋绑扎及混凝土浇筑遵循双曲面形成原理，保证双曲面结构成型质量符合设计要求。实践表明此项技术是一种先进科学的新型施工方法，在同类结构施工中值得推广应用。 【关键词】双曲面 叶片 混凝土结构模板 施工技术 中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号： 1 工程概况 玛丝菲尔服装厂房工
2、程位于深圳市宝安区龙华大浪服装集聚基地，该项目分为两期建设，一期工程由两栋对称布置的厂房（1#、2#厂房）及中间交通塔组成，建筑面积 40233?。地下一层、地上六层，高度为23.60m。厂房主体为框架结构，四周由形状似叶子的钢筋砼双曲面薄壳结构围护（1-15#叶片） ，交通塔为双面筒体结构。其中 1-13#叶片板厚120mm，配 12150 双层双向钢筋；14#叶片曲面底板厚 300mm、曲面面板厚 200mm，配 20100、16100 双层双向钢筋；15#叶片板厚200mm，配 14100 双层双向钢筋；交通塔外墙厚 300、800mm，砼强度等级均为 C30。该工程由新西兰设计师设计，
3、根据设计师提供的整个厂房2结构 solidworks 软件模型，运用 solidworks 软件分析空间曲面的特点，将三维曲面转换成若干直线和平面图形，采用普通的胶合木模板钢管支撑体系施工方法完成双曲面结构的施工。该工程外形结构复杂，设计精度要求高、施工难度大，限于篇幅要求本文主要针对该项目一期工程部分双曲面结构的施工进行论述。 图 1 玛丝菲尔厂房一期工程 1#厂房及交通塔效果图 2 曲面形成原理 双曲线绕其对称轴旋转而生成的曲面为双曲面， 绕着虚轴旋转得到单叶双曲面（绕着实轴旋转得到双叶双曲面） ，许多发电厂的冷却塔结构即是单叶双曲面形状（图 2） 。单叶双曲面是一种双重直纹曲面，通过曲面
4、上每一点均有两条直母线（图 3） 。本工程中大部分曲面均具有双直纹曲面的特点，如图 4 中 1-14#叶片板、图 5 中交通塔部分外壁及牛腿；或者通过曲面上的每一点至少有一条直母线（单直纹曲面） ，如图 5 中交通塔部分外壁、图 6 中 15#叶片曲面。 图 2 单叶双曲面示意图图 3 双曲面母线网格示意图 利用 solidworks 三维设计软件，在双曲面结构实体表面生成直线网格线，网格线的间距可根据需要进行调整。模板的主次楞及面板均沿3网格线方向铺设，则实现了双曲面木模板的空间构造体系。 图 41-14#叶片双曲面板网格线示意图 图 5 交通塔曲面网格线示意图 图 6 15#叶片曲面网格线
5、示意图 3 施工工艺 3.1 双（直纹）曲面模板(1-14#叶片) 3.1.1 工艺流程 设计交底编制专项施工方案曲面图纸深化设计双曲面网格投影线测量放线按地面网格线交点搭设钢管排架至曲面底部控制标高曲面边线主楞架设板底钢管主楞、木方次楞铺设面板板条检查验收钢筋绑扎支侧板面模板、加固检查验收浇筑砼。 3.1.2 操作工艺 （1）图纸深化： 利用 solidworks 设计软件三维模型，根据曲面与建筑物轴线之间定位关系建立便于施测的曲面三维坐标原点，根据模板施工方案中要求的4脚手架立杆间距要求，在曲面上生成 3D 草图网格线，作出所有相交点，利用软件记录所有交点的三维坐标、网格线的端点间距等参数
6、（如图 7） 。当曲面曲率较大时，可沿曲面某个方向截取一定间距的截面图用于制作曲线钢管主楞。 图 7 solidworks 软件生成网格线示意图 （2）曲面定位测量： 在地面进行曲面网格线及边线的投影线的放线，利用全站仪进行曲面网格交点及边线交点的空间定位复核，对于边线为曲线的曲面，面板模板铺设完成后在面板上进行曲面边线的测量。 （3）模板支撑架搭设： 根据曲面网格线的交点的坐标（x,y） ，在地面弹出网格线的投影线，并做好交点编号标识。根据网格线交点的坐标值(z)，计算出交点部位立杆顶端至楼地面的高度，对所有立杆高度进行编号统计，将可供使用的钢管在地面进行组合对接预排，尽可能保证搭设时接头满
7、足建筑施工模板安全技术规范(JGJ162-2008)规范 “相邻两立柱的对接接头不得在同步内，且对接接头沿竖向错开的距离不宜小于 500” 的要求。在地面弹出的网格线交点上搭设钢管支撑架，按规范要求设置扫地杆、水平杆、剪刀撑、节点措施。 （4）固定主次楞： 按网格线拉线复核立杆顶部高度，确定钢管主楞高度，沿网格线某5一方向用双扣件将钢管主楞与立杆扣紧，按方案要求间距在 solidworks模型曲面上生成次楞网格线并标注端点间距，在曲面边缘钢管主楞上划分尺寸，对边各点一一对应拉通线并沿网格直线方向铺设方木次楞，用铁丝将方木与钢管绑扎固定（如图 8） 。 图 8 14#叶片双曲面主次楞布置图 （5
8、）铺面板： 沿网格线方向铺钉面板模板，采用 18mm 厚、宽度为 50-150mm 胶合板条铺钉，面板宽度选择视曲面曲率大小确定，曲率越大板条宽度越小，保证曲面模板表面弯曲顺畅(如图 9)。 （6）钢筋加工与安装： 借助 solidworks 三维软件生成网格线，测量网格线的长度进行钢筋放样，钢筋沿网格方向相互间绑扎牢固，钢筋接头采用机械连接或焊接。绑扎时用垫块将底筋垫起，上下层钢筋之间垫马凳筋，确保上层钢筋保护层符合设计要求。 图 91-13#小型大曲率双曲面模板布置图 （7）板面模板： 当板坡度大于 45时，按墙的施工方法支设双面模板,仍按双曲面的6原理沿曲面直纹母线方向铺设面板,设主次楞
9、。 当坡度在 2545时，采取双面支模分层浇筑的方法。每层砼浇筑高度 16002000mm,其中先封模板高度 12001700mm,后封模板(浇筑槽)高度 300400mm 左右（如图 10） 。 图 10 分层浇筑模板支设示意图 板面木方背楞在浇筑槽处断开，钢管（筋）主楞贯通，压紧后封模板用的木方（钢管）在主楞加固前预先埋入，以免无法穿入。在浇筑槽内砼浇筑完后，清理浇筑口周边砼，向浇筑口内放入预制好的后封模板（宽度比浇筑槽小 5-10mm） ，插入木方（钢管）用木楔背紧。 当坡度小于 25时，不支设板面模板。 3.2 单直纹曲面模板(15#叶片) 3.2.1 工艺流程 设计交底编制专项施工方
10、案曲面图纸深化（网格图、截面图）制作曲线钢管主楞曲面定位放线搭设钢管排架至控制标高固定曲线主楞固定板底木方（钢管）次楞铺设面板板条检查验收钢筋绑扎支侧板面模板、加固检查验收浇筑砼。 3.2.2 操作工艺 （1）曲面图纸深化：根据施工方案确定的曲面模板支撑体系中主楞、次楞的间距要求，利用 solidworks 软件生成曲面网格线，在 solidworks模型上沿曲面变化方向截取每个主楞位置的曲面截面图，转换为 Autocad7图形 ，进行钢管主楞、立杆、板底横杆布置，制作钢管主楞的曲线示意如图 11 所示。 图 11 曲面钢管主楞制作示意图 利用 CAD 软件进行曲板板底横向连杆钢管的模拟布置，
11、得到每个立杆顶部横向连杆的精确搭设高度(h）及每个立杆部位板底高度(H)(如图12)。 图 12 曲面支撑架示意图 （2）制作曲线钢管主楞：根据曲线钢管主楞的制作图纸在地面进行放样，利用钢管弯曲机具制作曲线钢管，弯曲过程中注意弯曲移动点间距不宜过大，每弯一小段即与放样曲线进行比对，随时调整，保证钢管与放样曲线基本吻合。曲线钢管主楞上用红漆做好轴线、立杆位置标志，便于搭设时进行定位。 （3）曲面定位放线：曲面定位通过先确定所有钢管主楞的空间位置，再确定木方次楞在主楞上的准确位置来实现。根据图纸设计要求，首先进行曲面定位轴线放线，在地面弹出 15#叶片曲面钢管主楞在地面上的投影线，以及横向排架（与
12、曲面直纹线的投影线平行）立杆位置线，标注好编号及每根排架立杆的高度。 （4）支撑架搭设：搭设前对照立杆高度图纸（表） ，准备相应高度8的钢管进行搭设。根据 h 值（板底横向连杆距地面的高度）在立杆上标出横向连杆位置，每排横向连杆位置点拉通线复核是否在同一坡度直线上。板底横向连杆用双扣件与立杆扣紧，紧靠在其上方设置曲线钢管主楞，用扣件与横向连杆扣紧，并复核每个立杆部位曲线钢管主楞顶面高度是否符合要求(如图 13)。 图 1315#叶片曲线钢管主楞布置图 （5）次楞及面板铺设：利用 solidworks 软件生成曲面次楞方向直母线（如图 14）,可知所有次楞的投影线均相互平行且与钢管曲线主楞的投影
13、线垂直，在曲面纵向两侧的曲线钢管主楞上沿水平方向每隔 200mm间距标出次楞的位置，并一一拉线布置 50100 木方次楞，间距 100mm，木方平放并用 16#扎丝与曲线钢管扎牢固定防止移位。面板为 18mm 厚胶合板条，宽度 100mm，沿纵向（与木方垂直）顺木方表面铺钉（如图 15） 。面板铺设完成后，在面板上弹出曲面边线，沿边线钉高度同板厚（200mm）的侧板模板。 图 14 15#叶片曲面次楞方向直母线示意图 图 15 15#叶片模板布置图 （6）钢筋绑扎：钢筋绑扎前，在模板上沿水平方向每隔 1 米弹出横9向分格线，钢筋沿弹线方向均匀布置。上下层钢筋之间垫 A 形长钢筋马凳，保证板筋有
14、效高度（如图 16） 。 3.3 混凝土浇筑 曲面砼浇筑难度较大，为方便工人操作、保障安全、提高效率，采用汽车泵浇筑，对于坡度在 2545的坡 图 16 15#叶片钢筋布置图 面，为方便在坡面上进行砼浇捣，用钢筋或钢管制作多套可移动式混凝土施工操作架，底部设挂钩附着于坡板上部模板加固的水平钢管上。1）坡度大于 45支设双面模板的曲面，按砼墙浇筑方法。对于板厚120mm 的薄板，因双层钢筋之间净距仅为 50mm，采用细石砼浇筑，并按设计要求提高一个强度等级进行配制,砼坍落度宜控制在 180200mm，采用 30mm 振捣棒进行振捣。板厚 200mm、300mm 时，采用 531.5mm 粒径的碎
15、石，砼坍落度控制在 160180mm，采用 50mm 振捣棒进行振捣。 2）坡度在 2545的曲面，采取支设双面模板、留浇筑槽方法施工时，采用人工振捣和机械振捣相结合的方式，砼坍落度控制在 160-180mm，砼从浇筑槽下料后，采用振捣棒从预留的下料槽斜插入下层混凝土中进行振捣，并配合人工采用“Z”字形钢筋插扦进行检查和人工插捣。同时用木（橡胶）榔头对上部模板进行敲击，辅助振动模板内部砼，并观察判断混凝土的密实情况，如发现有空洞，应立即补充混凝土并进行10内部振捣。为防止上下层砼之间形成施工冷缝，上层砼应在下层砼初凝前浇筑。 3）坡度小于 25的坡面，按一般梁板浇筑，砼浇筑前测量工程师在焊工的
16、配合下，沿坡面按 1.52m 间距拉网格线，在网格线的交点部位的板筋上焊接垂直于坡面的 12 短钢筋头，用红油漆标出距板面 200mm高的控制点，便于砼浇筑找坡时控制板面高度。 因采用汽车泵浇筑，在保证砼的泵送要求条件下应尽量减小砼的坍落度，泵送至坡面后的砼坍落度不宜大于 140mm，为阻止砼沿坡面向下流淌，沿坡面从下至上每隔 1.5m 设置一道钢丝截流网（1515mm 钢丝网，用扎丝固定于曲面板双层钢筋之间） ，对坡面进行分块浇筑振捣，降低砼的重力下坠，便于振捣和收平，从而保证砼的成型质量。 砼面的标高通过坡面钢筋头上的标高标记点拉成的 200mm 高网格线进行多方向控制，先根据标高点进行初步控制，砼面预留 20-30mm，采用30 振动棒垂直坡面进行振捣，然后采用人工向上推压赶砼，进行表面补灰抹压，拉网格线检查曲面成型是否通顺，在砼凝结至人踩上去有脚印但不下陷时，用铁抹子抹压第二遍，第三遍收光在砼终凝前且抹压时没有抹纹时进行（如图 17） 。 图 17 15#叶片混凝土浇筑图 4 结束语玛丝菲尔工业厂区项目一、二期工程所有曲面结构、构件
