CN112035915A - 用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤SS1：建立索塔模型，以索塔外轮廓线作为模板体系内表面，设计模板体系；步骤SS2：将索塔模型的三维模板设计图按照等分原则划分为多块单块整拼模板设计图并编号绘制完成模板加工图；步骤SS3：在模板体系中成双曲面形体的“造型木”采用BIM模型与CAD三维设计方法出图。本发明通过开展索塔结构的模板体系分析、选型和设计的课题，阐述了一种空间三维曲面结构模板体系设计方法，该模板体系使用BIM技术及CAD三维设计，尺寸精确，拼缝无错台，表面平整，加工精度好，满足了复杂异形结构的清水效果，模板弧度能够满足双曲面的效果。
Description
技术领域
本发明涉及用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，属于曲面设计技术领域。
背景技术
索塔结构特点包括：1.造型复杂，组成索塔的双肢对称布置，每肢轮廓由5个大倾斜空间曲面组成，其中D、E为两个弧度形成的不同曲面组成外曲面，A、B、C为直线形成的倾斜曲面为。索塔截面自下而上逐渐缩减，截面面积由385㎡随高度逐步递减为12㎡，塔身中空，各面均为不同弧线向上旋转形成的空间曲面。2.饰面清水混凝土，索塔混凝土结构的质量要求高，设计为清水混凝土，确保饰面清水混凝土的效果。
几种模板体系的分析，具体包括如下三个体系。
1.全钢大模板体系，应用全钢拼装式大模板体系，全钢大模板根据索塔形体在工厂加工成多块曲面钢模板，现场拼装。利用其刚度大，模板平整度好，成型的混凝土表面光洁，颜色一致，整体观感效果较好的特点，实现较好的饰面清水混凝土效果。但全钢大模板一次性投入成本较高，无周转利用的价值，模板自身重量较大，施工过程中对垂直运输设备依赖性较大。
2.塑料复合模板体系，塑料复合模板具有较大刚度，易弯曲成型的特点，应用此模板体系可实现索塔结构形体和较好的混凝土外观质量，且塑料模板装拆灵活，接缝严密，便于多次周转使用。但其形成的结构形体拼缝多，不易整体控制外观形体，实际拼装过程中，拼缝不严和错台现象较多，且模板不透气，不利于混凝土的质量控制。
3.木模板体系，应用木模板易弯曲成型的特点，木模板根据索塔形体现场加工成整拼大模板，对预留预埋位置可进行局部散拼。利用其表面平整、光洁、质地坚硬，可灵活地根据设计意图进行排版，易于现场加工的特点，实现结构截面复杂和异形的结构形体。但其刚度小，实际现场操作模板的平整度和垂直度不好控制，且在湿热多雨天气影响下，模板面易变形、翘曲和出现面层裂纹的情况，清水混凝土效果不好保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，综合考虑全钢大模板体系、塑料模板体系和木模板体系的优缺点，设计一种空间三维模板体系，以木模板为面板，槽钢和工字木梁做背楞提升模板的整体刚度，形体采用脚手板加工而成的造型木，间距加密，以直代曲，实现较好的结构形体和外观质量，具体提供用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，以解决如下目的：实现索塔混凝土的整体形体；达到饰面清水混凝土的效果；能够在成本控制上减少投入；高空作业安全风险降到最低。
为解决上述技术问题，本发明提供用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤SS1：建立索塔模型，以索塔外轮廓线作为模板体系内表面，设计模板体系；
步骤SS2：将索塔模型的三维模板设计图按照等分原则划分为多块单块整拼模板设计图并编号绘制完成模板加工图；
步骤SS3：在模板体系中成双曲面形体的“造型木”采用BIM模型与CAD三维设计方法出图。
作为一种较佳的实施例，所述索塔模型包括吊塔钢骨、面板、次梁、背楞，所述面板包裹在所述吊塔钢骨的外侧，所述面板的外侧安装有次梁，所述次梁通过所述背楞与所述面板固定连接。
作为一种较佳的实施例，所述面板为清水木模板。
作为一种较佳的实施例，所述次梁为造型木。
作为一种较佳的实施例，所述背楞采用工字木梁与双槽钢通过螺栓紧固。
作为一种较佳的实施例，所述模板体系为“木模板+造型木+工字木梁+槽钢背楞”体系。
作为一种较佳的实施例，所述空间三维曲面模板体系设计方法还包括：SS4：实施步骤，具体包括：索塔模型的模板体系实施前制作1:1实例模型，选取一段索塔结构，进行模板外模和内模的试拼装样板试验；通过BIM模型与CAD三维设计方法，加工制作完成造型木，按照所述模板加工图拼装完成。
作为一种较佳的实施例，所述内模为传统的模板体系。
作为一种较佳的实施例，曲面不同弧线连接采用增加万向节的钢制芯带，阳角位置采用模板一侧设置的阳角拉杆、铸造斜拉座、蝶形螺母和另一侧设置的U型螺栓、竖向钢管紧固在一起。
本发明所达到的有益效果：第一，本发明通过开展索塔结构的模板体系分析、选型和设计的课题，阐述了一种空间三维曲面结构模板体系设计方法，该模板体系使用BIM技术及 CAD三维设计，尺寸精确，拼缝无错台，表面平整，加工精度好，满足了复杂异形结构的清水效果，模板弧度能够满足双曲面的效果。同时通过工程实例，对桥梁工程、基础建设等设计的复杂异形曲面混凝土结构类别工程提供实用参考价值。
第二，本发明通过样板实施和工程实例，此模板体系在解决空间曲面实现混凝土结构形体上有很大的实用价值，且在模板设计过程中形成了造型木设计方法和现场加工制作工艺，一次性投入成本较小，同时解决了空间曲面定型模板整拼在遇到结构预留预埋时的模板支设和加固难题，实现空间曲面散拼，灵活方便，可操行好。
附图说明
图1为索塔三维模型的结构示意图；
图2为索塔截面轮廓示意图；
图3为索塔控制截面轮廓投影图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
体育场南、北对称设置99m高人字形双向倾斜空间三维曲面清水混凝索塔，索塔标高 78m以下双肢对称布置，每肢由5个大倾斜空间曲面组成，双肢外侧为两个弧度不同的曲面连成的双圆弧曲面，塔身整体沿多曲率弧线向上倾斜攀升，截面自下而上由385㎡逐步递减为12㎡。索塔标高78m以上合拢为单肢，吊塔与地面夹角约为60°，外形在标高72m处平面外偏移33m，72m至99m随高度塔身回倾1.7m。
索塔作为斜拉索结构罩棚体系的主要支承结构，塔身外侧设8根背索，内侧设18根斜拉索，索塔塔身中空，内设13道混凝土水平隔板，其中最厚隔板达4.2m，塔身角部位置为劲性钢骨柱钢筋混凝土结构，钢板最厚为40mm，钢筋最大直径达40mm。如图1所示为索塔Revit三维模型的结构示意图，如图2所示为索塔单肢及双肢的典型截面图，如图3所示为索塔截面轮廓示意图。
本发明提供用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤SS1：建立索塔模型，以索塔外轮廓线作为模板体系内表面，设计模板体系；
步骤SS2：将索塔模型的三维模板设计图按照等分原则划分为多块单块整拼模板设计图并编号绘制完成模板加工图；
步骤SS3：在模板体系中成双曲面形体的“造型木”采用BIM模型与CAD三维设计方法出图。
作为一种较佳的实施例，所述索塔模型包括吊塔钢骨、面板、次梁、背楞，所述面板包裹在所述吊塔钢骨的外侧，所述面板的外侧安装有次梁，所述次梁通过所述背楞与所述面板固定连接。
作为一种较佳的实施例，所述面板为清水木模板。
作为一种较佳的实施例，所述次梁为造型木。
作为一种较佳的实施例，所述背楞采用工字木梁与双槽钢通过螺栓紧固。
作为一种较佳的实施例，所述模板体系为“木模板+造型木+工字木梁+槽钢背楞”体系。
模板体系组成如下表1。
表1模板体系组成
其中槽钢背楞、工字木梁在工厂定制加工，造型木和面板在现场加工拼装。模板加工与拼装均实现了专业化生产，形成了流水线施工，模板吊装方便快捷，提高了施工效率，满足现场施工要求。
作为一种较佳的实施例，所述空间三维曲面模板体系设计方法还包括：SS4：实施步骤，具体包括：索塔结构模板体系实施前制作1:1实例模型，选取一段索塔结构，进行模板外模和内模(内模为传统的模板体系)的试拼装样板试验；通过BIM模型与CAD三维设计方法，加工制作完成造型木，按照工艺流程拼装完成，曲面不同弧线连接采用增加万向节的钢制芯带，阳角位置采用模板一侧设置的阳角拉杆、铸造斜拉座、蝶形螺母和另一侧设置的 U型螺栓、竖向钢管紧固在一起。
通过样板实施和工程实例，此模板体系在解决空间曲面实现混凝土结构形体上有很大的实用价值，且在模板设计过程中形成了造型木设计方法和现场加工制作工艺，一次性投入成本较小，同时解决了空间曲面定型模板整拼在遇到结构预留预埋时的模板支设和加固难题，实现空间曲面散拼，灵活方便，可操行好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤SS1：建立索塔模型，以索塔外轮廓线作为模板体系内表面，设计模板体系；
步骤SS2：将索塔模型的三维模板设计图按照等分原则划分为多块单块整拼模板设计图并编号绘制完成模板加工图；
步骤SS3：在模板体系中成双曲面形体的“造型木”采用BIM模型与CAD三维设计方法出图。
2.根据权利要求1所述的用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，其特征在于，所述索塔模型包括吊塔钢骨、面板、次梁、背楞，所述面板包裹在所述吊塔钢骨的外侧，所述面板的外侧安装有次梁，所述次梁通过所述背楞与所述面板固定连接。
3.根据权利要求2所述的用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，其特征在于，所述面板为清水木模板。
4.根据权利要求2所述的用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，其特征在于，所述次梁为造型木。
5.根据权利要求2所述的用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，其特征在于，所述背楞采用工字木梁与双槽钢通过螺栓紧固。
6.根据权利要求1所述的用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，其特征在于，所述模板体系为“木模板+造型木+工字木梁+槽钢背楞”体系。
7.权利要求1所述的用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，其特征在于，所述空间三维曲面模板体系设计方法还包括：SS4：实施步骤，具体包括：索塔模型的模板体系实施前制作1:1实例模型，选取一段索塔结构，进行模板外模和内模的试拼装样板试验；通过BIM模型与CAD三维设计方法，加工制作完成造型木，按照所述模板加工图拼装完成。
8.权利要求7所述的用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，其特征在于，所述内模为传统的模板体系。
9.权利要求7所述的用于索塔混凝土结构的空间三维曲面模板体系设计方法，其特征在于，曲面不同弧线连接采用增加万向节的钢制芯带，阳角位置采用模板一侧设置的阳角拉杆、铸造斜拉座、蝶形螺母和另一侧设置的U型螺栓、竖向钢管紧固在一起。
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