浅谈空间双曲面混凝土结构的施工

摘要 本文结合工程实例，系统阐述了空间双曲面混凝土结构的具体施工过程及施工质量、安全的控制要点。

关键词 空间异形结构、双曲面结构、双曲面结构的施工、质量及安全管理

Abstract：In this paper, combined with the engineering practice, this paper expounds the concrete structure of the hypoid space concrete construction process and construction quality, safety of control points.

Key words space alien structure, hypoid structure, the structure of the hypoid construction, quality and safety management

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

随着社会的不断进步发展，建筑结构的设计理论及设计手段也日新月异，各式各样的建筑造型也随之不断涌现，特别是近些年大批国外建筑设计的引入，对中国传统的施工方法及施工工艺产生不小的挑战。在土建结构施工过程中，异形及曲面结构的施工是难点，下面我结合工程实例简单阐述一下空间异形双曲面混凝土结构的施工。

1. 工程实例

北京某别墅住宅项目为空间异形双曲面混凝土结构形式，该项目位于北京市密云县经济开发区，建设用地面积为22000平方米，总建筑面积为27000平方米，共计为56栋独栋或双拼的别墅，每栋别墅均为地上3层地下1层，地下一层层高3米，首层层高4米，2～3层层高为3米，室内外高差0.3米，檐口高度11米，结构形式为多层框架剪力墙结构，基础为板式筏型基础；抗震设防烈度为7度，抗震等级4级，其外立面维护构造为空间异形双曲面混凝土结构，见附图一。

附图一

2. 空间双曲面结构的设计由来

该别墅项目的原结构形式简单，为增强项目品质委托荷兰UNStudio设计事务所在原结构的基础上对项目外立面方案进行重新设计。新立面方案设计理念是“森林中的石头，每一栋别墅都是独立的，反映着每一个独特的住户”，建筑形式是由A、B、C、D四种外立面组合衍生出16种户型。由于钢筋混凝土结构的造价相对较低，结构的耐久性、整体性及抗震性能好，且便于后期的二次结构及精装施工，因此UNStudio将曲面外维护结构设计成钢筋混凝土结构。

3. 空间异型双曲面混凝土结构的施工

对于普通造型的结构施工，传统的施工工艺均可以满足要求，但对于双曲面混凝土结构的施工，国内现阶段的先例很少，所以在结构施工方面还是一个摸索的过程。根据构造特点双曲面混凝土结构的施工重点及难点主要体现在模板工程、钢筋工程及混凝土工程方面。下面详细介绍模板、钢筋及混凝土工程的施工方法、施工工艺及关键把控环节。

模板工程

空间双曲面结构定型模板的加工，首先用多层覆膜板按照双曲面的空间三围尺寸制作双

曲面的定位模型，然后用高密度聚苯板块（规格：1000×1000×600毫米）按照覆膜板的模型用电热丝切割机将聚苯板块进行加工（见附图二），最后将加工好的聚苯板块按照顺序进行组装，拼接成定型模板。

附图二

组装好的定型模板需要编号运至现场进行安装。定型模板的加固，板底采用15mm厚多层覆膜板作为面板，板底次龙骨采用50×100毫米木方，间距150毫米，主龙骨选用Φ48×3.5毫米钢管，间距为450毫米；侧板采用15毫米厚多层覆膜板作为面板，侧板次龙骨采用50×100毫米木方，间距250毫米，主龙骨选用Φ48×3.5毫米短钢管，间距为500毫米。当定型模板与梁相交时采用Φ14穿墙螺栓间距400毫米进行加固。安装好的定型模板外表面采用Φ2.5＠200X200毫米钢筋网片和10毫米厚的聚合物砂浆进行固化处理，找平后外表面涂刷两遍脱模剂。至此定型模板已安装完毕，便可以进行下道施工工序。安装好的定型模板见附图三。

附图三

模板施工是整个整个空间异形双曲结构施工中的重中之重，同时也是质量控制的关键环节，关系到双曲面结构的定型、定位及整体的观感效果，所以在模板施工中要格外注意并做好成品保护工作。

钢筋工程

本工程双曲面结构的钢筋均为HRB400螺纹带肋钢筋，由于曲面复杂变化多样，为保证施工质量减少返工量，钢筋的翻样及加工工作都安排在施工现场进行。钢筋的翻样要根据现场的实际尺寸进行计算，然后制作出钢筋加工单并进行编号，经项目技术负责人审核通过后由专业钢筋加工员进行加工，加工好的钢筋要编号并分类码放。

钢筋的安装步骤是：弹钢筋定位线绑扎双曲面结构短方向下层钢筋双曲面结构长方向下层钢筋双曲面结构长方向上层钢筋双曲面结构短方向上层钢筋，钢筋在绑扎过程中还需格外注意的是不要破坏聚苯板定型模板。上下层钢筋之间用二级钢Φ18的钢筋加工制作成“工”字型马镫铁支撑，纵向连续布置，横向间距0.5米布置。“工”字型马镫铁的高度要随双曲面的变化严格控制，避免超高。钢筋绑扎前要对钢筋进行除锈、除尘处理。钢筋的连接均采用搭接连接，搭接长度及锚固长度满足规范要求，钢筋的连接严禁焊接连接以免将聚苯板块点燃引发火灾。双曲面钢筋绑扎完成后，要安排专人看管，严禁施工人员踩踏钢筋。钢筋安装完成面见附图四。

附图四

双曲面结构钢筋工程在施工中主要是控制钢筋的翻样、加工及安装过程，钢筋安装完成后在浇筑混凝土前还要注重成品保护工作。

混凝土工程

本工程双曲面结构的混凝土标号为C30，与板梁的混凝土标号相同，所以双曲面结构的混凝土可以和梁板一同浇筑。在混凝土浇筑前，首先检测控制线，复核一下双曲面结构的空间位置及尺寸，无误后方可进行混凝土的浇筑施工。

双曲面部位处的混凝土要优选缓凝时间短，适当添加早强剂的混凝土，混凝土的塌落度最好控制在120～140厘米之间，严禁大于160厘米，否则混凝土过稀不容易在双曲面表面粘固。

双曲面部位处的混凝土振捣优选直径为30毫米的振捣棒，并随时用木锤敲击侧壁检查是否振捣密实，禁止使用大于50毫米的振捣棒，50毫米的振捣棒对双曲面结构的扰动过大且容易破坏聚苯板定型模板。混凝土振捣中要注意快插慢拔，插点均匀排列，逐点移动，顺序进行，不得遗漏，并做到均匀振实。

双曲面部位处的混凝土要一次性浇筑不能产生施工缝，在混凝土浇筑过程中要安排专门的看模板、看钢筋人员对出现的问题及时处理，混凝土浇筑完成后按照双曲面的造型进行压光收面处理。待混凝土终凝后（12小时之内）及时覆盖一层塑料布，气温过高时洒水保持湿润，连续养护不得少于7天。双曲面部位的混凝土浇筑完成后，要注重混凝土构件的成品保护工作，在混凝土未达到临界强度前禁止上人作业，待混凝土强度达到100%后方可进行模板的拆除作业，拆模时对聚苯板定型模板要轻拆轻放，注意钢管和翘棍不要划伤双曲面混凝土的表面及楞角，模板拆除后还要按照规定进行混凝土养护工作及对涨模的混凝土表面进行打磨处理。

4. 质量及安全控制要点

本工程双曲面混凝土结构施工质量及安全把控是关键，其中需要格外注重的部位包括：空间控制线的精准、定型模版尺寸的准确定位、定型模版的安装及加固、钢筋的翻样工作、钢筋的加工、钢筋安装的过程控制、混凝土施工时的必要措施、成品保护工作及电气焊施工中的防火安全等方面。在施工过程中，要安排专业专人对关键环节时时进行跟踪控制并做好验收记录，在确保施工安全及质量的情况下完成双曲面造型的效果，把握住这些方面，双曲面混凝土结构就能够顺利实现。

诚然以上方法可以解决空间双曲面混凝土结构的施工，但在施工中仍然存在诸如施工难度大、施工成本偏高、双曲面结构的造型各异、聚苯板模板加工周期长、定型模板无法周转使用、曲面模板安装及加固难度大、钢筋及混凝土施工要求高、存在防火及其他安全隐患等缺点。相信随着科学的进步及新工艺新材料的发展这些难题都将一一迎刃而解。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。