CN110409800B - 现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法，该方法包括如下步骤：对风洞结构的下部立柱进行架模施工；对位于两侧的下部立柱向上延伸完成高柱的施工；通过高精度模板架模完成下部主次梁和底板的施工；架模对下部两侧的斜板及次梁进行施工；架模对竖板下半段进行施工；通过高精度模板架模对竖板上半段进行施工；在满堂脚手架支撑的条件下，通过高精度模板架模完成对上部侧斜板和顶板的施工；在满堂脚手架支撑的条件下，通过高精度模板架模对上部主次梁进行施工；完成上部主梁预应力张拉；成型后拆除所有的临时支撑结构，施工完成。通过上述方案，本发明达到了高精度成型的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法
技术领域
本发明属于建筑施工技术领域，具体地讲，是涉及现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法。
背景技术
随着建筑行业的蓬勃发展，越来越多的标志性建筑物采用清水混凝土设计施工。清水混凝土是建筑现代主义的一种表现手法，因其极具装饰效果也称装饰混凝土，在混凝土浇置后，不再有任何涂装、贴瓷砖、贴石材等材料，表现混凝土的一种素颜的手法。目前行业内清水混凝土施工工艺仅满足外观效果要求，对于其精度要求的控制还没有成功的案例。并且在现有技术中尚未出现将清水混泥土应用到风洞施工中。
风洞，简单来说就是一种产生可控气流的装置，建造的最终目标是要在风洞试验段获得均匀、可控、高品质的试验气流。风洞为框架梁结构，截面设计形状有八边形、四边形和圆形等，其中收缩段四周洞壁采用多曲率高次曲面造型。整个洞体截面在三维空间尺度上不断变化，形成超长空间异形薄壁结构，洞体截面最大净高20m，最大净宽24m，全高/全宽范围内平面度偏差不超过3mm。洞体內型面平整度要求为每2米范围内偏差不超过1mm。由于风洞工程结构特殊性及高精度要求，如何实现用清水混泥土浇筑的风洞具有高精度是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法，主要解决现有技术中存在的清水混泥土在浇筑风洞时精度不高的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法，包括如下步骤：
(S1)在测定的架设位置对整个风洞结构的下部立柱使用经处理后的高精度模板进行架模施工；
(S2)对位于两侧的下部立柱通过爬模结构向上延伸完成高柱的施工；
(S3)通过对所有下部立柱架设满堂脚手架并实现连接，使用作为内侧模板的钢框木模结构和作为外侧模板的工字木梁结构架模完成下部主次梁和底板的施工；
(S4)通过使用斜支撑装置对下部两侧的工字木梁结构进行支撑，同时配套使用钢框木模结构对斜板及次梁进行施工；
(S5)通过用钢框木模结构和工字木梁结构进行架模，并在满堂脚手架支撑下对两侧边的竖板下半段进行施工；
(S6)在满堂脚手架的支撑下，通过使用钢框木模结构的内侧模板和工字木梁结构的外侧模板架模对两侧边的竖板上半段进行施工；
(S7)在满堂脚手架的支撑下，通过斜支撑装置支撑工字木梁结构，同时与钢框木模结构进行架模完成对上部侧斜板和顶板的施工；
(S8)在满堂脚手架的支撑下，通过工字木梁结构与钢框木模结构架模对上部主次梁进行施工；
(S9)成型后拆除所有的临时支撑结构，施工完成。
进一步地，所述步骤(S1)中下部立柱数量至少包括六个，并且所有的下部立柱呈两列分布、同时位置相互对应。
进一步地，所述钢框木模结构包括维萨板，均匀设置在维萨板外侧面上的多个钢框背楞，通过连接杆与钢框背楞连接的内板双槽钢，设置在内板双槽钢，一端与圆孔连接的底座丝杆，以及与底座丝杆另一端连接、用于工字木梁结构和内模板高度的底座销子。
进一步地，所述钢框木模结构还包括一端通过插销与内板双槽钢固定连接、另一端通过扣件与满堂架连接的水平伸缩杆。
进一步地，所述工字木梁结构包括胶合板，多个均匀设置在胶合板外侧面上的工字木梁，以及与工字木梁另一端连接的外侧双槽钢。
6.根据权利要求5所述的现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法，其特征在于，所述斜支撑装置包括通过插销与外侧双槽钢固定连接的斜撑杆，以及为斜撑杆提供支撑力且水平设置的底梁。
进一步地，所述步骤中高柱的施工通过爬模结构进行施工，所述爬模结构包括预埋于墙体内的预埋支座，与预埋支座连接的移动导轨，与移动导轨固定连接的架体平台，一端与架体平台相连且另一端通过花篮螺栓与预埋支座连接的钢丝绳，设置于架体平台下端的吊平台系统，设置于架体平台上的后移装置，设置于架体平台上并与后移装置相连的模板系统，设置于模板系统上方并与模板系统相连的操作平台，以及用于整个爬模结构移动的动力系统。
进一步地，所述步骤(S3)中下部主梁同时与所有的下部立柱接触。
具体地，所述步骤(S4)中斜边的两端分别与高柱和下部主梁接触。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明使用经处理后的高精度模板，模板精度高，且模板体系加固措施完善，在架模浇筑的过程中不会出现变形，并且本发明中实用的模板拼装度高，在爬模结构及钢框木模结构中均有极高的拼装度，现场施工难度低，在保证精度的同时大大提高了拼装速度，同时本发明的测量控制手段多样且精度高，对施工全过程进行监测，一旦发现安装偏差可立即做出调整，从而满足了风洞的高精度要求。
(2)本发明采用钢框木模作为洞体结构的内侧模板，在模板制作过程中，对每道工序、每个环节以及所涉及使用的原材及周材的质量进行控制，严格控制原材料的尺寸，避免由于较大误差的累计导致洞体结构质量不符合设计要求，造成工期及成本的损失，使制作出的模板达到精度指标，且具有模板刚度好、尺寸精确度高，且稳定性好的目的。
(3)本发明采用工字木梁作为洞体结构的外侧模板，在模板制作过程中，对材料质量和尺寸进行控制，避免误差累计导致洞体结构质量不符合设计要求，造成工期及成本的损失，使制作出的模板达到精度指标，且在洞体的斜板墙面处的模板上设置斜支撑装置，提高了模板的稳定性，使模板的牢固程度更高；本发明所使用的胶合板刚度好，从而能够有效保证洞体结构的表面平整度。
(4)本发明针对风洞洞体混凝土浇筑精度需求高的特点，对爬模结构进行了适应性的设计与改进，通过对模板系统的主背楞设置活动扣件与调节座，便于调整面板之间的距离，使爬模结构筑模精度高，浇筑后的风洞洞体表面平整度高。
附图说明
图1为本发明的系统结构流程图。
图2为本发明利用钢框木模结构和工字木梁结构架模的示意图。
图3为本发明水平伸缩杆与钢框木模结构的连接结构示意图。
图4为本发明底座销子与内模板的连接结构示意图。
图5为本发明的斜支撑装置使用状态示意图。
图6为本发明的爬模结构示意图。
图7为图6的俯视图。
图8为本发明风洞结构示意图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-维萨板，2-钢框背楞，3-连接杆，4-内板双槽钢，5-底座丝杆，6-底座销子，7-水平伸缩杆，8-满堂架，9-胶合板，10-工字木梁，11-外侧双槽钢，12-斜撑杆，13-底梁，14-预埋支座，15-移动导轨，16-架体平台，17-花篮螺栓，18-钢丝绳，19-吊平台系统，20-后移装置，21-模板系统，22-操作平台，23-钢框木模结构，24-工字木梁结构，25-高强拉杆，26-混泥土，27-风洞，31-三脚支架，32-支撑平台，33-平台立杆，61-吊平台立杆，62-吊平台，71-导轨，72-液压缸，73-支撑杆，80-主背楞销子，81-主背楞，82-槽钢，83-面板，84-活动扣件，85-主背楞斜撑，86-调节座，91-挑架，92-C型钢，93-钢跳板，94-维护网板，95-圆管挑架，96-对拉螺杆，97-三角柱箍，98-阳角斜拉座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1与图8所示，现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法，施工的前提需要对模板进行处理，以到达高精度的要求，具体操作流程为采用BIM技术排版放样，放样完成后对模板进行高精度切割，使所有具有相同用途(竖板、横板、斜板)的模板都保持同一个高度，这样才能更加准确的实现架模，同时对模板的平整度进行调整，使其整个与混泥土接触的内表面处于水平状态。
具体施工时：
第一步：在测定的需要浇筑风洞的位置使用切割好的模板进行架模对整个风洞结构的下部立柱进行浇筑，其中下部立柱的数量至少为六个，并且所有的下部立柱呈两列分布、同时位置相互对应(六个时，即分为两列，分列三个两等分排列)；
第二步：对位于两侧的下部立柱通过钢筋焊接及平整度调整，通过爬模结构向上延伸完成整个高柱的施工；
第三步：通过对所有下部立柱架设满堂脚手架并使所有的满堂脚手架连接为一个整体(通过十字盘扣式脚手架使其成为一个整体)，通过对所有下部立柱架设满堂脚手架并实现连接，使用作为内侧模板的钢框木模结构和作为外侧模板的工字木梁结构架模并调整平整度，通过机器人机械能模板定位，并对高精度模板体系进行加固，校核无误后对架模的下部主次梁和底板的施工；
第四步：通过使用斜支撑装置对下部两侧的工字木梁结构进行支撑，同时配套使用钢框木模结构对斜板及次梁进行施工，模板的具体施工和校核标准与第三步相同；
第五步：通过高精度的钢框木模结构和工字木梁结构进行架模对基于两侧的斜板向上延伸的两侧边的竖板下半段进行施工，施工时需要将使用的模板进行吊装放置，放置到位后采用测量机器人进行模板定位，定位完成后并通过架设满堂脚手架进行支撑加固，然后再进行校核，校核无误后向模板内浇筑混泥土；
第六步：通过与的五步同样的施工方法进行竖板上半段施工，通过高精度的钢框木模结构和工字木梁结构进行架模对基于两侧边的竖板下半段向上延伸的两侧边的竖板上半段进行施工，并通过架设满堂脚手架进行支撑；
第七步：在满堂脚手架支撑的条件下，通过吊装装置将模板进行吊装，同时与第六步的模板进行拼接，然后通过测量机器人对模板的高度、偏度进行定位，定位合格后进行加固校核，完成对上部侧斜板和顶板的施工；
第八步：在满堂脚手架支撑的条件下，通过吊装装置将模板进行吊装，同时与第七步和第第二步的高柱进行模板拼接，然后通过测量机器人对模板的高度、偏度进行定位，定位合格后进行加固校核，完成对上部主次梁进行施工；
第九步：成型后拆除所有的临时支撑结构(模板和满堂脚手架)，施工完成。
本发明的钢框木模结构23和工字木梁结构24均采取的是拼装好再进行吊装的方式，工字木梁结构24吊到合适的位置后，带上穿墙对拉螺杆，用榔头敲打销子使对拉螺杆适当夹紧，然后调整模板的垂直度，再夹紧模板夹具。待墙体加固完成后，采用水平伸缩杆7进行测量定位及校核，所述水平伸缩杆7一端通过插销与外侧双槽钢11连接、另一端通过扣件与满堂架8连接，水平伸缩杆7的调节过程中采用全站仪进行测量，确保墙板的垂直度满足要求，测量完成后在墙板的两侧安装收敛仪，在浇筑混凝土26时进行实时变形监控。在混凝土26的浇筑过程中，维萨板1与胶合板9通过高强拉杆25进行紧固，确保模板不向下产生位移。
本实施例中的洞体结构的下部侧斜板与上部侧斜板的板面为斜面，为保证下斜板的稳定性，本发明通过斜支撑装置对工字木梁结构24进行支撑，所述斜支撑装置包括通过插销与外侧双槽钢11固定连接的斜撑杆12，以及为斜撑杆12提供支撑力且水平设置的底梁13，斜撑杆12的长度可调，用于使工字木梁结构24呈现出不同的倾斜程度，且斜撑杆12固定在底梁或高柱上，提高了模板的稳定性，使模板的牢固程度更高。
对高柱的施工通过爬模结构进行施工，所述爬模结构包括预埋于墙体内的预埋支座14，与预埋支座14连接的移动导轨15，与移动导轨15固定连接的架体平台16，一端与架体平台16相连且另一端通过花篮螺栓17与预埋支座连接的钢丝绳18，设置于架体平台16下端的吊平台系统19，设置于架体平台16上的后移装置20，设置于架体平台16上并与后移装置20相连的模板系统21，设置于模板系统21上方并与模板系统21相连的操作平台22，以及用于整个爬模结构移动的动力系统，动力系统采用常规的爬模动力系统，在此不再赘述。
在使用爬模结构对高柱进行施工中，架体平台可向上搭接扩展，所述架体平台16包括通过与移动导轨连接的三脚支架31，与三脚支架31相连的支撑平台32，以及设置于支撑平台32远离墙体一端的平台立杆33；其中，所述模板系统21安装于支撑平台32靠近墙体一侧，所述后移装置20的一端安装于所述支撑平台32上，所述吊平台系统6与支撑平台32和三脚支架31均相连。所述吊平台系统19包括与支撑平台32相连的两根吊平台立杆61，以及与两根吊平台立杆61下端固定连接的吊平台62。
同时，为了使筑模精度更高，所述模板系统21包括通过主背楞销子80固定安装于支撑平台32上的主背楞81，通过槽钢82与主背楞相连的面板83，用于锁紧槽钢82与主背楞81的活动扣件84，一端与主背楞81连接另一端与槽钢82相连的主背楞斜撑85，以及焊接于槽钢82上用于调节两块面板83之间距离的调节座86；其中，所述操作平台22与面板83顶端固定连接。所述模板清水面面板为18mm厚进口维萨板，规格50×100×2mm方钢管焊接成框，12#双槽钢主龙骨的模板体系。通过采用高精密台锯切割模板，控制模板的尺寸精度。此外，所述后移装置20包括设置于支撑平台上的导轨71，一端与导轨71连接的液压缸72，以及与液压缸72另一端相连的支撑杆73；其中，所述支撑杆73另一端与主背楞81铰接。浇筑完毕后，先将模板系统21上的活动扣件84拆卸，取下主背楞销子80，然后，将模板系统后移，即远离墙体的方向移动，然后，处理模板系统21与混凝土的接触面，便于下次进行混凝土浇筑时，混凝土不与模板系统21粘贴在一起，便于模板系统21的开模。
所述操作平台22包括与面板83连接的多个挑架91，与挑架91垂直相接设置的多根C型钢92，架设于挑架91与C型钢92形成的网格平台上的钢跳板93，与挑架91末端相连并垂直于钢跳板93设置的维护网板94，以及设置于维护网板94内侧面上起加强作用的圆管挑架95。所述操作平台22上安装的维护网板94，便于工人进行钢筋绑扎等工序的操作，同时，保证了工人操作过程中的安全性。
模板结构搭建完成后，需要进行柱模加固，加固时，所述相对的且距离较近的面板83之间设置有用于拉紧面板83的对拉螺杆96，相邻两块面板83之间一端通过三角柱箍97连接、另一端通过阳角斜拉座98连接。
本发明针对风洞洞体混凝土浇筑精度需求高的特点，对爬模结构进行了适应性的设计与改进，通过对模板系统的主背楞设置活动扣件与调节座，便于调整面板之间的距离，使爬模结构筑模精度高，浇筑后的风洞洞体表面平整度高。
本发明高精度钢框木模结构采用模板清水面面板为18mm厚进口维萨板5，采用Q345B材质的特制方钢作为钢框背楞2，规格50×100×2mm方钢管焊接成框，方钢管的间距为300mm，12#内板双槽钢4主龙骨的模板体系，通过采用高精密台锯切割模板，控制模板的尺寸精度。高精度爬模结构采用模板清水面面板为18mm厚进口维萨板5，规格50×100×2mm方钢管焊接成框，使用与钢框木模结构和工字木梁结构相同的双槽钢主龙骨的模板体系，通过采用高精密台锯切割模板，控制模板的尺寸精度。工字木梁结构的主龙骨采用外侧双槽钢11，次龙骨采用20#工字木梁10，模板采用18mm厚优质胶合板9。
为保证维萨板5的切口质量，本发明采用高精度模板切割台锯，通过台锯卡位控制模板的切割精度，使用钨钢头的合金锯片，且采用细齿切割片切割提高切口成型质量，确保维萨板5截面尺寸的精度。在样板制作完成之后，经过对多个样板成型质量的测量，测得实体样板的表面平整度为0.5mm/2m，垂直度全高范围内与理论铅垂面偏差为1mm，以上指标均满足设计要求。
本发明高精度测量方法为控制风洞洞体的测量精度，本工程采用目前世界精度最高的测量机器人莱卡TS60和三维激光扫描仪，在场区建立高精度测量控制网，通过BIM模型抓取坐标点进行过程放样复核和内形面控制。
本发明的具体应用实例：
一：大型低速风洞建筑工程
工程项目由九个厂房和一个风洞洞体组成，共计十个单体。厂房建筑面积共计21300m2，洞体投影面积5677m2。除风洞风扇段和停放大厅屋面为钢结构外，其余结构均为混凝土结构。其中低速风洞的回路中心轴线尺寸为150.86m×45.65m中心标高为11.00m。洞体由扩散段、拐角段、换热段、及稳定段等十部份组成。本工法有效提高了清水混凝土完成质量，大大提高了结构成型精度，结构一次成型，表面观感好，垂直度及平整度好，为以后高精度清水混凝土施工提供了宝贵的经验。
采用本发明方法可有效提高结构精度，符合设计要求，达到国际领先水平，保证一次成型，避免后续返工，如采用常规建筑工程普通模板体系，经有限元软件模拟，返工工程量约占到0.5％，项目工程造价为2.5亿元，节约效益N1＝2.5亿元×0.5％＝1250000元；同时本发明能大大保证一次成型率，避免后期抹光处理，大大节约了后期成本，洞体内型面面积约为20525m2，抹光处理综合单价为30元/m2，节约效益N2＝20525×30＝615750，因此使用本发明施工方法总共节约N＝N1+N2＝125+61.57＝186.57万元。
二：石家庄南二环西延(西二环-南水北调桥)工程
南二环西延(西二环—南水北调桥)工程为2016年河北省石家庄市重点民生市政工程。本工程是规划“两环、三横、四纵、九射”骨架道路系统的一部分，作为贯穿城市西南部东西向的一条城市快速路，实现石铜路、二环路与西延线的快速转换。石铜路高架桥箱梁建造过程中使用本工法，箱梁成型质量效果极好，精度控制高，从桥下看仿佛如镜面一般，受到了业主和社会的高度评价。
三：青岛东方影都大剧院工程
青岛东方影都大剧院是整个东方影都的点睛之笔，采用独特的“碧海银螺”造型，是国内首个采用杜比全景声系统的大剧院，也是世界上首个采用杜比全景音和可变混响声学系统结合的大剧院，大剧院模板采用本工法，对于各种异性截面均有良好效果，混凝土成型精度高，完全满足了大剧院在设计上的高精度和复杂多样形式。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
（S1）在测定的架设位置对整个风洞结构的下部立柱使用经处理后的高精度模板进行架模施工；其中，在施工前采用BIM技术排版放样，然后对模板进行高精度切割，使所有具有相同用途的模板都保持同一个高度，并调整模板平整度，实现高精度模板的处理；
（S2）对位于两侧的下部立柱通过爬模结构向上延伸完成高柱的施工；
（S3）通过对所有下部立柱架设满堂脚手架并实现连接，使用作为内侧模板的钢框木模结构和作为外侧模板的工字木梁结构架模完成下部主次梁和底板的施工；所述钢框木模结构包括维萨板（1），均匀设置在维萨板（1）外侧面上的多个钢框背楞（2），通过连接杆（3）与钢框背楞（2）连接的内板双槽钢（4），设置在内板双槽钢（4）一端与圆孔连接的底座丝杆（5），与底座丝杆（5）另一端连接、用于工字木梁结构和维萨板（1）高度的底座销子（6），以及一端通过插销与内板双槽钢（4）固定连接、另一端通过扣件与满堂架（7）连接的水平伸缩杆（8）；
（S4）通过使用斜支撑装置对下部两侧的工字木梁结构进行支撑，同时配套使用钢框木模结构对斜板及次梁进行施工；所述斜支撑装置包括通过插销与工字木梁结构的外侧双槽钢固定连接的斜撑杆（12），以及为斜撑杆（12）提供支撑力且水平设置的底梁（13）；
（S5）通过用钢框木模结构和工字木梁结构进行架模，并在满堂脚手架支撑下对两侧边的竖板下半段进行施工；
（S6）在满堂脚手架的支撑下，通过使用钢框木模结构的内侧模板和工字木梁结构的外侧模板架模对两侧边的竖板上半段进行施工；
（S7）在满堂脚手架的支撑下，通过斜支撑装置支撑工字木梁结构，同时与钢框木模结构进行架模完成对上部侧斜板和顶板的施工；
（S8）在满堂脚手架的支撑下，通过工字木梁结构与钢框木模结构架模对上部主次梁进行施工；
（S9）成型后拆除所有的临时支撑结构，施工完成。
2.根据权利要求1所述的现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法，其特征在于，所述步骤（S1）中下部立柱数量至少包括六个，并且所有的下部立柱呈两列分布、同时位置相互对应。
3.根据权利要求1所述的现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法，其特征在于，所述工字木梁结构包括胶合板（9），多个均匀设置在胶合板（9）外侧面上的工字木梁（10），以及与工字木梁（10）另一端连接的外侧双槽钢（11）。
4.根据权利要求1所述的现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法，其特征在于，所述步骤（S2）中高柱的施工通过爬模结构进行施工，所述爬模结构包括预埋于墙体内的预埋支座（14），与预埋支座（14）连接的移动导轨（15），与移动导轨（15）固定连接的架体平台（16），一端与架体平台（16）相连且另一端通过花篮螺栓（17）与预埋支座连接的钢丝绳（18），设置于架体平台（16）下端的吊平台系统（19），设置于架体平台（16）上的后移装置（20），设置于架体平台（16）上并与后移装置（20）相连的模板系统（21），设置于模板系统（21）上方并与模板系统（21）相连的操作平台（22），以及用于整个爬模结构移动的动力系统。
5.根据权利要求1所述的现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法，其特征在于，所述步骤（S3）中下部主梁同时与所有的下部立柱接触。
6.根据权利要求1所述的现浇清水混凝土风洞高精度模板施工方法，其特征在于，所述步骤（S4）中斜边的两端分别与高柱和下部主梁接触。
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