建造混凝土結構的異形薄殼的模架結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了建造混凝土結構的異形薄殼的模架結構，包括：下部的支撐架，所述支撐架采用十字盤腳手架，所述十字盤腳手架的每個立桿的上端均設有頂托，根據所述異形薄殼的殼體頂面的弧度調整每個頂托相對于水平面的角度；分別架設于所述頂托上的多根主龍骨；在主龍骨上沿與所述主龍骨相交的方向架設的多根次龍骨，并采用小料將所述次龍骨支墊到設計高度；在所述次龍骨上并沿著所述次龍骨的方向鋪設的模板。本實用新型通過采用造型木，搭建完成形成異形薄殼的模板，從而完成混凝土結構的異形薄殼的施工，成形的混凝土結構的異形薄殼的形狀與受力情況滿足設計要求。
【專利說明】建造混凝土結構的異形薄殼的模架結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及異形薄殼施工【技術領域】，具體涉及一建造混凝土結構的異形薄殼的模架結構。
【背景技術】
[0002]隨著時代發(fā)展，越來越多的公共建筑物，例如劇院、車站、博物館采用獨特的外形設計，以達到美觀、標新立異的效果。例如中國的中央電視臺的大樓、鳥巢等。與常見的長方體、球形等規(guī)則的形狀相比，這些建筑統稱為異形建筑。很多異形建筑采用異形薄殼結構，而異形薄殼結構一直以鋼結構施工為主，即由鋼材組成薄殼結構。而針對異形薄殼的混凝土結構的施工，則缺少相關的理論與實踐經驗。實用新型人為解決混凝土結構的異形薄殼施工的難題，經過探索試驗得到本實用新型的技術方案。
實用新型內容
[0003]本實用新型要解決的技術問題是，提供一種用于建造混凝土結構的異形薄殼的模架結構，以完成混凝土結構的異形薄殼的施工。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種建造混凝土結構的異形薄殼的模架結構，包括:下部的支撐架，所述支撐架采用十字盤腳手架，所述十字盤腳手架的每個立桿的上端均設有頂托，根據所述異形薄殼的殼體頂面的弧度調整每個頂托相對于水平面的角度；分別架設于所述頂托上的多根主龍骨；在主龍骨上沿與所述主龍骨相交的方向架設的多根次龍骨，并采用小料將所述次龍骨支墊到設計高度；在所述次龍骨上并沿著所述次龍骨的方向鋪設的模板。
[0005]作為優(yōu)選，所述主龍骨包括最大弦高大于或等于8cm的第一類主龍骨和最大弦高小于8cm的第二類主龍骨；其中，所述第一類主龍骨包括與所述頂托接觸的第一主方木，粘結于所述第一主方木的上表面并沿著所述第一主方木的長度方向設置的第一造型木，以及夾在所述第一造型木兩側并與所述第一主方木和第一造型木粘結的以增加強度的條木；所述第二類主龍骨包括與所述頂托接觸的第二主方木，位于所述第二主方木上方并沿著第二主方木的長度方向設置的第二造型木，所述第二造型木與第二主方木之間設置有多個支撐木。
[0006]作為優(yōu)選，所述次龍骨采用三層方木交錯疊加設置而形成。
[0007]作為優(yōu)選，還包括外模，所述外模設置在所述異形薄殼的坡度大于30°的區(qū)域，所述外模采用鋼板網。
[0008]本實用新型的建造混凝土結構的異形薄殼的模架結構具有如下有益效果:本實用新型通過采用造型木，搭建完成形成異形薄殼的模板，從而完成混凝土結構的異形薄殼的施工，成形的混凝土結構的異形薄殼的形狀與受力情況滿足設計要求。
【專利附圖】

【附圖說明】[0009]圖1為本實用新型的一個實施例中的混凝土結構的異形薄殼的立體模型圖。
[0010]圖2為對圖1所示的異形薄殼的三維模型進行空間定位過程示意圖。
[0011]圖3示出了其中一個切片以及支撐架的結構。
[0012]圖4示出了一根立桿和其頂端的頂托的結構。
[0013]圖5為圖3中的部分切片以及設置的主龍骨的放大示意圖。
[0014]圖6為第一主龍骨的結構示意圖。
[0015]圖7為圖6的B-B向示意圖。
[0016]圖8為第二主龍骨的結構示意圖。
[0017]圖9為圖8的C-C向示意圖。
[0018]圖10為本實施例所采用的次龍骨在未彎曲時的結構示意圖(只示出其中一段)。【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細描述，但不作為對本實用新型的限定。
[0020]以下，以圖1所示的混凝土結構的異形薄殼為例說明本實用新型的施工方法。其中圖1所示的三維立體模型是某劇院的BIM模型。以下參照【專利附圖】

【附圖說明】本實用新型的施工方法。BIM軟件是建筑領域常用的軟件。字母軸和數字軸也是建筑領域的定位的兩個相互垂直的軸線。
[0021]本實施例的混凝土結構的異形薄殼的施工方法，依次進行如下步驟:
[0022](I)空間定位，空間定位分為兩個步驟:首先為虛擬建模步驟，根據設計方案，建立如圖1所示的異形薄殼的立體模型。根據然后采用BIM軟件，選取字母軸和數字軸方向上的相互平行的多個剖切面分別將異形薄殼的立體模型進行剖切，相鄰兩個剖切面形成一切片，切片厚度在100mm-300mm之間，在異形薄殼的曲率變化較大的區(qū)域，減少該切片的厚度，導出每一個切片的DWG格式的圖紙，建立所有切片的坐標數據庫。需要說明的是，沿著字母軸方向所得到的切片可稱為第一切片，對應于設置主龍骨，根據第一切片的形狀確定主龍骨的形狀和數量。沿著數字軸方向所得到的切片可稱為第二切片，用于確定次龍骨的彎曲程度。所謂的切片厚度也就是相鄰兩個剖切面之間的距離是可調整的，本實施例中選取為300mm，實際上就是按照300mmX 300mm在地面畫參考線，垂直于地面并通過每條參考線的平面即為剖切面。以上所述的參考線包括橫向參考線和縱向參考線。本實施例中分別沿著選取字母軸或數字軸方向進行剖切，實際上選取任何相互垂直的方向上進行剖切都是可行的，根據所要建造的異形薄殼的形狀進行靈活選取。
[0023]在圖2中，橫向參考線和縱向參考線均以附圖標記15表示。這些橫向參考線和縱向參考線的交點(參考點)作為觀察點，從而確定異形薄殼I內部上的每個控制點Pi的坐標。異形薄殼I上的控制線和控制點是這樣選擇的，從地面開始，以一定步長高度，例如300mm，設置一水平截面，該水平截面與異形薄殼I上的相交點連起來即為控制線，該控制線與剖切面相交的點即為控制點，圖2中僅標出其中一個控制點，即Pl點。首先需要在虛擬模型中，確定這些控制點的三維坐標值，在施工時，只要控制這些控制點的坐標，便能控制異形薄殼I的形狀。在異形薄殼I的曲率變化較大的部分，如果采用300mmX300mm的間距不能很好地控制其形狀，則采用加密的方式，即采用IOOmmX IOOmm的間距設置控制點和控制線。
[0024]其次進行測量放線步驟:在首層地面放出參考線，對于預設高度以下的部分利用首層地面進行定位放線，本實施例中預設高度選為4.2m，該高度根據施工需要而確定。位于地面上的縱橫垂直交叉的參考線形成參考點，在實際測量時，以這些參考點作為觀察點，根據從上述三維模型得到的控制點的坐標，通過設在首層地面的參考點上的全站儀來確定這些控制點在施工時的實際位置。并在后續(xù)過程中持續(xù)進行監(jiān)測，保證施工得到的異形薄殼I與設計形狀一致。
[0025]為了便于觀測，以及從有利于施工的角度出發(fā)。對于預設高度以上部分則在通過設置測量放線平臺再進行定位放線，即搭設測量放線平臺，通過設在測量放線平臺上的全站儀，根據控制點坐標數據庫確定異形薄殼I的內表面上的控制點，從而進一步確定控制線。搭設測量放線平臺好處是，相當于將觀測點向上平移，從而降低觀測難度。
[0026]在上述步驟中，空間定位是通過三維模型而確定控制點的坐標，并在后續(xù)施工中確?？刂泣c的位置正確。而測量放線則是根據空間定位情況在工地上進行實際的操作，為施工提供依據，測量放線是根據空間定位的數據為依據的。
[0027](2)模架架設:模架包括內部的支撐架、設置于支撐架上的主龍骨、設置于主龍骨上的次龍骨以及覆蓋于次龍骨上的模板四個部分，根據步驟(I)中所得到的切片圖確定主龍骨和次龍骨的形狀；按照BIM軟件計算出的切片圖，地面上測設出與殼體同軸線、等精度的1500_X1500_的方格網，支撐架按照現場的方格網搭設，測量人員隨時對支撐架的位置準確性和垂直度進行檢查，發(fā)現問題及時調整。
[0028](3)鋼筋工程:沿著面板外側設置鋼筋，形成鋼筋網，鋼筋接頭全部采用搭接，提前將部分鋼筋截斷，提前考慮鋼筋的搭接位置，避開鋼筋較密的位置；
[0029](4)混凝土施工:現場分區(qū)分段澆筑混凝土形成薄殼；
[0030]( 5 )殼體卸荷并同時進行監(jiān)測，殼體卸荷步驟即是逐步拆除模板和支撐架，監(jiān)測步驟的內容包括應力監(jiān)測和變形監(jiān)測，其中，
[0031]應力監(jiān)測:根據BM軟件進行施工過程模擬分析，確定需要監(jiān)測內力的桿件，在桿件上設置應變計，定時讀取每個應變計的數值并與設計值進行比較；
[0032]變形監(jiān)測:根據BM軟件進行施工過程模擬分析，確定需要監(jiān)測位移的監(jiān)測點，采用全站儀定時掃描每個監(jiān)測點的三維坐標并與設計值進行比較。其中，全站儀設置于步驟
(I)放線時確定的參考點(觀測點)上。
[0033]如圖3所示，本實施例中，步驟(2)的模架架設具體包括:
[0034](21):支撐架搭設，如圖3所示，支撐架采用十字盤腳手架6，如圖4所示，每個立桿61的上端設有頂托62，根據異形薄殼I的殼體頂面的弧度調整每個頂托62相對于水平面的角度，并且頂托62的高度也可進行調整；
[0035](22):架設主龍骨，確定主龍骨的形狀:利用BIM軟件導出字母軸方向上每個切片的平面、立體、以及每個切片的多個剖面的DWG格式圖紙，如圖3所示，根據切片的形狀確定組成每一個切片的主龍骨數量和形狀，從而精確繪制每一根主龍骨的形狀并進行編號，然后加工出主龍骨，分別架設于頂托上。其基本方法是采取化曲為直的方式，多個主龍骨拼接成一個切片的形狀。從切片的側面看，每個主龍骨相當于其一條弦，采用造型木形成所設計的切片的形狀。[0036](23):在主龍骨上沿與主龍骨相交的方向架設次龍骨，并采用小料將次龍骨支墊到設計高度，其中次龍骨的形狀確定:利用BIM軟件導出數字軸方向上的切片圖，并確定每根次龍骨的弦高。如圖10所示，次龍骨7采用三層方木71交錯疊加放置，以滿足現場曲率的變化，制作次龍骨7的方木71為條形木，具有較大的彈性，圖10所示出的次龍骨處于還未彎曲的狀態(tài)，在施工時，逐層設置彎曲的方木71，組成次龍骨。為了保證圖紙上薄殼結構曲率的變化，次龍骨方向平行于數字軸線方向，通過計算確定次龍骨間距為300_，高度不小于82mm。根據數字軸方向切片圖，繪制出每根次龍骨弦高，次龍骨全部采用35mmX80mm的方木，次龍骨的弦高根據實際情況采用方木、模板小料支墊到相應高度。
[0037](24):在次龍骨上并沿著次龍骨的方向鋪設模板。模板的底板全部采用15mm優(yōu)質木膠合板，全部加工成300X600 (mm)尺寸，沿著次龍骨的方向鋪設。模板鋪設完畢，即為異形薄殼的內表面的形狀，為確保施工質量，在鋪設主龍骨、次龍骨以及模板的過程中，要不斷進行測量，要確保每個頂托中心的三維坐標與設計的三維坐標一致。為了確保與設計的模型的形狀一致，根據在步驟(I)確定的控制點的坐標進行控制，只要控制點的坐標與設計的坐標一致，基本就保證了異形薄殼的形狀與設計的形狀一致。
[0038]以下結合圖4-圖9說明主龍骨的設置情況，在本實施例中，為了制作和施工方便考慮，根據最大弦高而確定選擇不同種類的主龍骨。
[0039]主龍骨包括兩種類型:最大弦高大于或等于8cm的主龍骨為第一類主龍骨；最大弦高小于8cm的主龍骨為第二類主龍骨。其中，如圖6和圖7所示，第一類主龍骨5包括沿剖切面設置并與頂托接觸的第一主方木51，粘結于第一主方木51的上表面并沿著第一主方木51的長度方向設置的第一造型木52，第一造型木52的上表面521與其對應的切片的形狀相同，以及夾在第一造型木52兩側并與第一主方木51和第一造型木52粘結的以增加強度的條木53。第一造型木52與第一主方木51也可以為一體的結構，通過采用截鋸和推臺鋸進行截面加工，采用平刨、壓刨將加工面刨平刨光，然后用電刨劃線進行曲面切割，最后用太爾膠粘結成型。如果從節(jié)省材料以及制作方便方面考慮，第一造型木52也可以單獨加工成型后再與第一主方木51粘結,第一造型木52的上表面521的形狀一般為弧形,其具體形狀根據切片的形狀而確定，并且第一造型木52的上表面521的形狀，在第一造型木52的長度方向上并不是相同的，而是根據切片的形狀而確定，也就是說，在切片的多個剖面，根據剖面的形狀而確定第一造型木52的上表面521的不同部位的形狀，也就是通過確定第一造型木52的上表面521上的若干個截面的形狀，相鄰的截面之間部分平滑過渡，達到與設計曲面近似的目的。選取的截面越多，制成的第一造型木52的形狀就與設計圖越接近。
[0040]由于第二類主龍骨的最大弦高小于8cm，故第二類主龍骨采取另一一種結構。如圖8和圖9所示，第二類主龍骨4包括沿剖切面設置并與頂托接觸的第二主方木41，位于第二主方木41上方并沿著第二主方木41的長度方向設置的第二造型木42，第二造型木42的上表面421與其對應的切片的形狀相同，第二造型木42與第二主方木41之間設置有多個支撐木43。多個支撐木43使第二造型木42在第二主方木41的長度方向上保持預定的弧度。同理，第二造型木42的上表面421在垂直于第二造型木42的長度方向上的弧度根據切片的截面的形狀加工而成。
[0041]作為優(yōu)選方案，本實施例中，步驟(2)模架架設的步驟中還包括架設外模的步驟:根據異形薄殼的坡度將其分為兩部分，坡度大于30°的區(qū)域設置外模，外模采用鋼板網，每段外模的支設高度為900mm，形成一道流水施工段。坡度大于30°的區(qū)域，混凝土不容易成型，故增加外模，使其容易成型凝固，并保證成型后的形狀與設計形狀相同。
[0042]具體地，步驟(4)混凝土施工中，根據異形薄殼的坡度將其分為兩種區(qū)域，坡度小于30°的區(qū)域和坡度大于30°的區(qū)域，采用全站儀將分界線定位在模板上。其中，坡度小于30°的區(qū)域一次性澆筑；坡度大于30°的區(qū)域按照豎向殼體施工方法(這是比較常規(guī)的施工方法)施工:每900_高分為一段，澆筑一次，每段混凝土澆筑時應對稱進行，盡量使其模板、成型后的薄殼內部受力一致、均勻。為保證混凝土的成型質量，混凝土中添加膨脹纖維抗裂劑，其中膨脹纖維抗裂劑占水泥用量的8%—12% (重量百分比)。
[0043]為了保證在卸荷過程，異形薄殼的變形符合設計要求，其中步驟(5)中的殼體卸荷過程具體為:沿主龍骨的方向選定若干軸線，相鄰的兩個軸線之間間隔有多排主龍骨；先將位于軸線上的支撐立桿的頂托下降一定距離a，然后將位于相鄰的兩個軸線之間的支撐立桿上的頂托下降一定距離b，其中b大于a，即頂托對模板的支撐由面支撐改為線支撐；并且根據變形和應力監(jiān)測數據調整卸荷順序。在本實施例中，選擇相鄰的兩個軸線之間間隔五排主龍骨，b選擇為10mm, a選擇為5mm。這樣,逐步由面支撐改成線支撐,然后在間隔卸荷，直到模板全部拆除。
[0044]當拆除模板及支撐系統時，由于支撐逐漸拆除，結構內力將重新分布，同時結構位形也發(fā)生變化，卸載階段是一個結構應力重分布的過程，結構的內力不斷地發(fā)生變化，殼體在卸載過程中，諸多復雜因素對其施工過程及結構性態(tài)的影響事先難以精確估計，通過實時監(jiān)測已布置應變計的殼體的內力，可直觀了解結構的內力是否處于安全范圍內，以便及時采取應對措施。針對結構在施工過程中可能出現過大變形或異常狀況，采用全站儀定時掃描結構支撐點的三維坐標，觀察是否出現位移值異常偏大的點，若出現應采取措施及時補救。例如采取增加支護，改變拆卸模板的順序等。
[0045]復雜大跨度的混凝土異形薄殼結構在國內首次出現，設計及施工均無任何參考資料，我們在施工方案編制階段遇到了極大困難，最終經研究決定走一條BM建模并且現場實體模型指導施工來不斷完善的工藝技術路線，通過設計單位提供切片圖和BIM軟件建模來獲得結構的平面位置、空間坐標、模板位置，鋼筋加工與安裝、混凝土施工技術都得到很好地保證。
[0046]以下結合【專利附圖】

【附圖說明】本實施例中所采用用于建造混凝土結構的異形薄殼的模架結構。如圖3-圖10所示，本實施例中，建造混凝土結構的異形薄殼I的模架結構，包括:下部的支撐架6，支撐架6采用十字盤腳手架，十字盤腳手架的每個立桿61的上端均設有頂托62，根據異形薄殼I的殼體頂面的弧度調整每個頂托62相對于水平面的角度；分別架設于頂托62上的多根主龍骨；在所述主龍骨上沿與主龍骨相交的方向架設的多根次龍骨，并采用小料將所述次龍骨支墊到設計高度；在所述次龍骨上并沿著所述次龍骨的方向鋪設的模板，形成如圖1所示的形狀。
[0047]作為優(yōu)選方案，本實施例中，所述主龍骨包括最大弦高大于或等于8cm的第一類主龍骨5和最大弦高小于8cm的第二類主龍骨4 ;如圖6和7所示，其中，第一類主龍骨5包括沿剖切面設置并與頂托接觸的第一主方木51，粘結于所述第一主方木51的上表面并沿著所述第一主方木51的長度方向設置的第一造型木52,第一造型木52的上表面與其對應的切片的形狀相同，以及夾在所述第一造型木52兩側并與所述第一主方木51和第一造型木52粘結的以增加強度的條木53 ;如圖8和9所示，第二類主龍骨4包括沿剖切面設置并與所述頂托接觸的第二主方木41，位于所述第二主方木41上方并沿著第二主方木41的長度方向設置的第二造型木42，所述第二造型木42的上表面與其對應的切片的形狀相同，所述第二造型木42與第二主方木41之間設置有多個支撐木43。
[0048]如圖10所示，所述次龍骨7采用三層方木71交錯疊加設置而形成，圖10中示出的是三層方木71未彎曲時的狀態(tài)，當把其安裝在主龍骨上時，需根據需要而彎曲，設置成三層的狀態(tài)，便于將每一層方木71進行彎曲。
[0049]作為優(yōu)選方案，在坡度比較大的區(qū)域，還包括外模，所述外模設置在所述異形薄殼的坡度大于30°的區(qū)域，所述外模采用鋼板網。這而后現有技術是類似的，不再贅述。
[0050]當然，以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.建造混凝土結構的異形薄殼的模架結構，其特征在于，包括: 下部的支撐架，所述支撐架采用十字盤腳手架，所述十字盤腳手架的每個立桿的上端均設有頂托，根據所述異形薄殼的殼體頂面的弧度調整每個頂托相對于水平面的角度； 分別架設于所述頂托上的多根主龍骨； 在主龍骨上沿與所述主龍骨相交的方向架設的多根次龍骨，并采用小料將所述次龍骨支墊到設計高度； 在所述次龍骨上并沿著所述次龍骨的方向鋪設的模板。
2.如權利要求1所述的建造混凝土結構的異形薄殼的模架結構，其特征在于，所述主龍骨包括最大弦高大于或等于8cm的第一類主龍骨和最大弦高小于8cm的第二類主龍骨；其中， 所述第一類主龍骨包括與所述頂托接觸的第一主方木，粘結于所述第一主方木的上表面并沿著所述第一主方木的長度方向設置的第一造型木，以及夾在所述第一造型木兩側并與所述第一主方木和第一造型木粘結的以增加強度的條木； 所述第二類主龍骨包括與所述頂托接觸的第二主方木，位于所述第二主方木上方并沿著第二主方木的長度方向設置的第二造型木，所述第二造型木與第二主方木之間設置有多個支撐木。
3.如權利要求1或2所述的建造混凝土結構的異形薄殼的模架結構，其特征在于，所述次龍骨采用三層方木交錯疊加設置而形成。
4.如權利要求1或2所述的建造混凝土結構的異形薄殼的模架結構，其特征在于，還包括外模，所述外模設置在所述異形薄殼的坡度大于30°的區(qū)域，所述外模采用鋼板網。
【文檔編號】E04G11/04GK203742153SQ201420016763
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權日:2014年1月10日
【發(fā)明者】陳曉瑋, 蒙爭杰, 沃海燕, 張方, 金奕, 王運卿, 先麗娜, 段勁松 申請人:北京城建十建設工程有限公司