专利名称：一种具有曲面造型的建筑物混凝土顶面的建造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有曲面造型的建筑物或构筑物混凝土顶面的建造方法， 特别是，涉及一种具有曲面造型的混凝土屋面的施工方法。
在本专利说明书中，关于建筑物顶面的术语"曲面"包括但不限于双曲 面、双斜面、单曲单斜面、J求面、椭球面、椭圓面、抛物面、这些要素的相互 组合以及进一步与平面的组合，等等。
特别是，在本专利说明书中，关于建筑物顶面的术语"双曲面"不仅包括 横截面呈数学意义双曲线的曲面，而且包括在xyz三维坐标系中xz和yz面上 的投影均为曲线的任何曲面。
背景技术：
随着建筑业的发展，各种具有独特曲面造型的建筑物顶面设计越来越多， 例如，对于曲斜薄板顶面的结构，目前的施工策略是根据设计图纸上标注的数 量有限的标高数据，定制许多数米长的非标准钢^f莫，然后，在该钢模的帮助下 进一步进行后续的施工。
由于定制的非标准钢模是专门为某一建筑的施工而特制的，难以再次用于 其他异形建筑物顶面的施工；由于定制的非标准钢模重量大，也^f吏得吊装的能 源消耗多；定制的非标准钢模的吊运、安装、调试、拆卸都消耗大量的时间和 人力。这些因素都导致施工工装的准备成本非常高，也使得施工成本增加。
特别是，对于混凝土曲斜面薄板结构，由于各点的曲率大小不一，图纸上 提供的标高数据量有限，如按现有方法施工，不能满足施工需要，不能确保薄 板结构曲率的精度要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有曲面造型的建筑物或构筑物混凝土顶面的建 造方法，其降低了施工的难题和强度、施工进度快、施工成本低、工程质量高。
为此，本发明提供了 一种具有曲面造型的建筑物或构筑物混凝土顶面的建 造方法，将空间曲面结构进行水平投影；将水平投影面分成若干个网格；通过 建立局部坐标系，计算出水平投影面坐标系中各网格节点所对应的空间曲面上 的标高；根据各标高数据确定各承力钢管横杆的位置，以完成搭架作业，然后， 按照各网格线立放木板，把标高数据投到木板上画成曲线，然后进行加工以形 成背枋，再把所形成的背枋固定在相应的各承力钢管横杆上；在混凝土中掺入 适量减水剂和粉煤灰的小粒径；泵管先布置于双曲板的最低处，沿对角线方向 从下往上布料，向最高点推进；泵车在对角线的两侧交替下料，浇筑振捣，由 人工随着拍实、收光。本发明可采用各种可重复利用的、甚至是标准的木模板、竹模板、或钢模 板，因此，可节约资源。
根据本发明，支模浇混凝土较快，可极大地加快施工进度，确保混凝土结 构实体质量和外观曲线。
根据本发明的浇筑法，可一次浇筑成形，不留置施工缝，可有效地避免冷 缝的发生，确保曲面混凝土薄板屋面结构的密实性，与分时浇筑法相比，可节 约劳动力和机械的组织时间、混凝土的调配时间，以及处理施工缝的时间，相 应缩短了工期。
总之，根据本发明的建造方法，不仅可以降低施工难度，提高施工速度， 保证施工质量和安全，而且节省劳动力和材料的投入，降低制造成本，因此， 具有明显的经济效益。同时，与定制钢才莫相比，采用可重复使用的普通竹、木 模板，节约了吊装能耗，还具有环保意义。
图l是根据本发明的坐标网格测量定位法的原理图2是4艮据本发明的支模示意图3是根据本发明的双曲板混凝土浇筑推进示意图4是才艮据本发明的双曲面标高插值计算的一个原理示意图5是根据本发明的双曲面标高插值计算的另一原理示意图6是根据本发明的双斜面标高插值计算的原理示意图；以及
图7是才艮据本发明的单曲单斜面标高插值计算的原理示意图。
具体实施例方式
根据本发明，首先将建筑物或构筑物的具有曲面造型的顶面进行细化，从 而根据图纸上标注的有限的标高数据得到更多的标高数据。
具体地说，如图1所示，假如图纸上标注了 一部分空间双曲面OBCD四个 角点的标高数据，可以设计曲板标高较低的角点O为坐标原点建立ab向坐标 系；然后，对该空间双曲面OBCD往基准面上进行水平正投影，得到四边形 oB'C'D';再将四边形oB'C'D'划分成若干个网格，例如，在oD'边插入坐标为 xl、 x2的两个点，在oB'上插入yl、 y2、 y3、 y4四个点，这样就把四边形oB'C'D' 划分为3 x 5 = 15个小四边形，出现4 x 6 = 24个节点，由此可以找到在空间双曲 面OBCD上的对应的24个节点。
由于可以在设计图纸上查到o、 B'、 C'、 D'四个点x和y坐标，本领域的技 术人员可以容易地得到四边形oB'C，D，内网格的其它4 16~4 = 20个节点处的x 和y坐标。
另外，再将空间双曲面结构的每个网格进行正、侧面投影，本领域的技术 人员可以通过建立局部坐标系，采用曲斜面投影竖向标高计算公式计算出四边 形oB'C'D'内各节点所对应的空间双曲面OBCD节点处的z坐标。
特别是，网格划分一般以1000x 1000mm为宜。在对应曲率较大的部位，网格划分可以更小一些。
这样，就得出了水平投影面坐标系中每一个网格节点处对应的空间双曲面
OBCD上点位的标高；然后，将标高进行现场引测标注，作为搭架及支模的依 据，将所有计算出的点位标高连起来即可形成设计要求的支模的光滑双曲面。
特别是，标高往上引测的顺序是首先引测双曲板四周角点，然后引测设 计轴线交点，最后引测各网格节点。这样的好处是，可以用四周角点及轴线上 若干个点的标高作为控制性标高，对各节点标高进行校核。往上引测时应采用 仪器或吊线复核与基面上节点是否对中。
然后，如图2所示，从基础面l开始搭设承力钢管竖杆3、承力钢管横杆2、 5、和承力钢管斜杆4、根据各标高数据确定各承力钢管横杆6的位置。
放样切割、铺设背枋7，即龙骨。首先，找到背枋7对应的网格线，并计算 好各背枋7的尺寸，然后，把标高数据投到木板上画成曲线，进行加工，这样 能确保铺设的模板达到设计的曲率要求，以保证混凝土薄板底模的弯曲效果及 承力要求。
之后，进行屋面薄板底模8的支设，在背枋7上铺设各才莫板8，并且进行固 定和加固。模板可根据曲率的大小选择木模或竹夹板，在曲度较大处用强度较 好的竹夹板，以便弯曲。
然后，进行屋面梁板钢筋绑扎。
如图3所示，为确保混凝土浇筑连贯，采用泵送混凝土浇筑方式，并且泵 管先布置于双曲板的低处Hmin，以便沿对角线L的方向D从下往上布料。如有
多块双曲板相连，也便于同时向多块双曲板下料。混凝土从最低点Hmin向最高
点H,推进，泵车下料时应往对角线L的两侧Dp D2交替下料，在浇筑振捣 时，可由人工随着拍实、收光。
根据双曲混凝土薄板特性，为控制混凝土的流淌，增加混凝土的和易性， 避免堵塞泵管，可采用掺入适量减水剂和粉煤灰的小粒径混凝土进行浇筑，并 控制出泵管口混凝土坍落度在12 ~ 15cm范围之内。
根据双曲薄板设计的不同曲率，须控制好对角界线L的两侧Dp D2混凝土 浇筑的分层高度，以600~900mm高度为宜，待振捣拍实到位后再往上堆积混 凝土。总推进方向D也分段实施，以800~1200mm高度进行控制，下一节高 度混凝土充分振捣拍实后再进行上一节施工，直至双曲面最高处。
特别是，根据本发明，为了得出水平投影面坐标系中每一个网格节点处对 应空间双曲面上点位的标高，需要标高计算公式，如果曲面具有明确的方程， 将x和y的坐标代入该方程就可以得到z坐标。然而，在更多情况下，需要利 用数学插值的方法得到相应的z坐标。
根据本发明，如图4和5所示，对于双曲面网格，以通过最低点的水平面 建立局部坐标系的基准面，以与不通过局部坐标系原点的两个相邻的网格边线 向面对的局部坐标平面上进行投影。
双曲面上任意一点空间竖向标高Z计算公式如下
Z二Z'十/^二i - Vi 2 一fl2 + /z。
6其中，R表示在一侧面正投影上的曲率半径，由下式求得
—2(//c-/z0)
如图5所示，He表示左侧投影曲线上任意一点的竖向标高，由下式求得
A =尺l - 6。)2 +乓
其中，a、 b为双曲面网格上任一点在ab水平投影坐标系中的坐标值；R， 表示左侧投影的曲率半径，bo表示切点m到a轴的距离，h!表示切点m的竖向 标高，ho为坐标原点的相对竖向标高，Rp bo、 h,、 ho均为i殳计已知值；m点 为曲线与b轴平行线的切点。
如图6所示，对于双斜网格，以通过最高点的水平面建立局部坐标系的基
面上进行投影。双斜面上任意一点空间竖向标高Z计算公式如下
Ha、 Hb分别表示正、右侧投影线上任意一点的竖向标高，由下式求得
L2[aLi-b(H匪-H])]
L丄3
1
其中，a、 b为双斜面网格上任一点在ab水平投影坐标系中的坐标值；Hmax 表示双斜面板上最点标高值；H，表示右侧投影斜线低点标高值；L,表示右侧投 影斜线宽度；L2表示正投影斜线高度；L3表示正投影斜线宽度；Hmax、 B^、 Lj、 L2、 L3均为i殳计已知值。
如图7所示，对于曲斜面网格，以通过最高点的水平面建立局部坐标系的 基准面，以与不通过局部坐标系原点的两个相邻的网格边线向南对的局部坐标 平面上进行投影。曲斜面上任意一点空间竖向标高Z计算公式如下:
Z = //。 +仏_ //max
Ha、 Hb分别表示正、右侧投影线上任意一点的竖向标高，由下式求得
J， b J Hmax-Hi )， [R2-[Lx+a-~^-^]2 -Ly
仏一隨_ "
其中，a、 b为曲斜面网格上任一点在ab水平投影坐标系中的坐标值；Hmax 表示曲斜面板上最点标高值；Hi表示右侧投影斜线低点标高值；L,表示正投影 曲线低点与切点距；Ly表示正投影曲线低点与水平切线的距离；Hmax、 L,、 L2、 Lx、 Ly均为i殳计已知值。
通过以上的说明，本领域的技术人员理解了本发明的实质特征，并且可在 此基础上对本发明进行修改、完善、或改进，然而，这样做都将落入本发明的 保护范围。
权利要求
1.一种具有曲面造型的建筑物或构筑物混凝土顶面的建造方法，包括搭架步骤、现场标高引测标注步骤、固定背枋步骤、铺设模板步骤、钢筋绑扎步骤、和混凝土浇注步骤，其特征在于，在现场标高引测标注步骤之前，将空间曲面结构进行水平投影；将水平投影面分成若干个网格；通过建立局部坐标系，计算出水平投影面坐标系中各网格节点所对应的空间曲斜面上的标高；在所述固定背枋步骤中，根据各标高数据确定各承力钢管横杆的位置，以完成搭架作业，然后，在由各承力钢管横杆限定的曲面上铺设背枋，再把所形成的背枋固定在相应的各承力钢管横杆上；并且在所述混凝土浇注步骤中，在混凝土中掺入适量减水剂和粉煤灰的小粒径；泵管先布置于双曲板的最低处，沿对角线方向从下往上布料，向最高点推进；泵车在对角线的两侧交替下料，浇筑振捣，由人工随着拍实、收光。
2. 如权利要求1所述的建造方法，其特征在于，在现场标高引测标注过程 中，首先引测曲面的四周角点，然后引测设计轴线交点，最后引测各网格节点。
3. 如权利要求l所述的建造方法，其特征在于，包括按照各网格线立放木 板，把标高数据投到木板上画成曲线，然后进行加工，以形成背枋。
4. 如权利要求1所述的建造方法，其特征在于，在所述混凝土浇注步骤中， 控制出泵管口混凝土坍落度在12~15cm范围之内。
5. 如权利要求l所述的建造方法，其特征在于，泵车在对角线的两侧交替 下料过程中，分层高度为600~900mm，待振捣拍实到位后再往上堆积混凝土。
6. 如权利要求l所述的建造方法，其特征在于，在所述沿对角线方向从下 往上布料过程中，分段实施高度为800~1200mm,下一节高度混凝土充分振捣 拍实后再进行上一节施工，直至双曲面最高处。
7. 如权利要求1所述的建造方法，其^征在于，对于双曲面网格，以通过 网格的最低点的平面为基准水平面建立局部坐标系，双曲面上任意一点空间竖 向标高Z计算公式如下Z = Z' + / 0 = i - —a2 + /j。其中，R表示在一侧面正投影上的曲率半径，由下式求得Hc表示左侧投影曲线上任意一点的竖向标高，由下式求得其中，a、 b为双曲面网格上任一点在ab水平投影坐标系中的坐标值；R 表示左侧投影的曲率半径，bo表示切点m到a轴的距离，ht表示切点m的竖向 标高，ho为坐标原点的相对竖向标高，R，、 bo、 h，、 ho均为i殳计已知值；m点 为曲线与b轴平行线的切点。
8. 如权利要求l所述的建造方法，其特征在于，对于双斜面网格，以通过 网格最高点的平面为基准水平面建立局部坐标系，双斜面上任意一点空间竖向 标高Z计算公式如下Ha、 Hb分别表示正、右侧投影线上任意一点的竖向标高，由下式求得L2[aL"b(H,丽-H0] L1L3其中，a、 b为双斜面网格上任一点在ab水平投影坐标系中的坐标值；Hmax 表示双斜面板上最点标高值；H,表示右侧投影斜线低点标高值；U表示右侧投 影斜线宽度；L2表示正投影斜线高度；L3表示正投影斜线宽度；Hmax、 Ht、"、 L2、 L3均为i史计已知值。
9. 如权利要求l所述的建造方法，其特征在于，对于曲斜面网格，以通过 网格最高点的平面为基准水平面建立局部坐标系，曲斜面上任意一点空间竖向 标高Z计算公式如下<formula>formula see original document page 3</formula>Ha、 Hb分别表示正、右侧投影线上任意一点的竖向标高，由下式求得<formula>formula see original document page 3</formula>其中，a、 b为曲斜面网格上任一点在ab水平投影坐标系中的坐标值；Hmax 表示曲斜面板上最点标高值；H,表示右侧投影斜线低点标高值；L表示正投影 曲线低点与切点距；Ly表示正投影曲线低点与水平切线的距离；Hmax、 H,、 L,、 L2、 Lx、 Ly均为i殳计已知值。
全文摘要
一种具有曲面造型的建筑物或构筑物混凝土顶面的建造方法，将空间曲面结构进行水平投影；将水平投影面分成若干个网格；通过建立局部坐标系，计算出水平投影面坐标系中各网格节点所对应的空间曲面上的标高；根据各标高数据确定各承力钢管横杆的位置，以完成搭架作业，然后，按照标高数据形成背枋，再把所形成的背枋固定在相应的各承力钢管横杆上；在混凝土中掺入适量减水剂和粉煤灰的小粒径；泵管先布置于双曲板的最低处，沿对角线方向从下往上布料，向最高点推进；泵车在对角线的两侧交替下料，浇筑振捣，由人工随着拍实、收光。该建造方法可降低施工的难题和强度、施工进度快、施工成本低、工程质量高。
文档编号E04B7/10GK101538907SQ200910080678
公开日2009年9月23日 申请日期2009年3月25日 优先权日2009年3月25日
发明者雄 吕, 俊 周, 琨 张, 林伟洪, 汤丽娜, 邓兰艳, 松 陈, 刚 黄 申请人:中建三局第二建设工程有限责任公司