建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构的制作方法
建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，包括：下部的支撑架，所述支撑架采用十字盘脚手架，所述十字盘脚手架的每个立杆的上端均设有顶托，根据所述异形薄壳的壳体顶面的弧度调整每个顶托相对于水平面的角度；分别架设于所述顶托上的多根主龙骨；在主龙骨上沿与所述主龙骨相交的方向架设的多根次龙骨，并采用小料将所述次龙骨支垫到设计高度；在所述次龙骨上并沿着所述次龙骨的方向铺设的模板。本实用新型通过采用造型木，搭建完成形成异形薄壳的模板，从而完成混凝土结构的异形薄壳的施工，成形的混凝土结构的异形薄壳的形状与受力情况满足设计要求。
【专利说明】建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及异形薄壳施工【技术领域】，具体涉及一建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构。
【背景技术】
[0002]随着时代发展，越来越多的公共建筑物，例如剧院、车站、博物馆采用独特的外形设计，以达到美观、标新立异的效果。例如中国的中央电视台的大楼、鸟巢等。与常见的长方体、球形等规则的形状相比，这些建筑统称为异形建筑。很多异形建筑采用异形薄壳结构，而异形薄壳结构一直以钢结构施工为主，即由钢材组成薄壳结构。而针对异形薄壳的混凝土结构的施工，则缺少相关的理论与实践经验。实用新型人为解决混凝土结构的异形薄壳施工的难题，经过探索试验得到本实用新型的技术方案。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题是，提供一种用于建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，以完成混凝土结构的异形薄壳的施工。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，包括:下部的支撑架，所述支撑架采用十字盘脚手架，所述十字盘脚手架的每个立杆的上端均设有顶托，根据所述异形薄壳的壳体顶面的弧度调整每个顶托相对于水平面的角度；分别架设于所述顶托上的多根主龙骨；在主龙骨上沿与所述主龙骨相交的方向架设的多根次龙骨，并采用小料将所述次龙骨支垫到设计高度；在所述次龙骨上并沿着所述次龙骨的方向铺设的模板。
[0005]作为优选，所述主龙骨包括最大弦高大于或等于8cm的第一类主龙骨和最大弦高小于8cm的第二类主龙骨；其中，所述第一类主龙骨包括与所述顶托接触的第一主方木，粘结于所述第一主方木的上表面并沿着所述第一主方木的长度方向设置的第一造型木，以及夹在所述第一造型木两侧并与所述第一主方木和第一造型木粘结的以增加强度的条木；所述第二类主龙骨包括与所述顶托接触的第二主方木，位于所述第二主方木上方并沿着第二主方木的长度方向设置的第二造型木，所述第二造型木与第二主方木之间设置有多个支撑木。
[0006]作为优选，所述次龙骨采用三层方木交错叠加设置而形成。
[0007]作为优选，还包括外模，所述外模设置在所述异形薄壳的坡度大于30°的区域，所述外模采用钢板网。
[0008]本实用新型的建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构具有如下有益效果:本实用新型通过采用造型木，搭建完成形成异形薄壳的模板，从而完成混凝土结构的异形薄壳的施工，成形的混凝土结构的异形薄壳的形状与受力情况满足设计要求。
【专利附图】
【附图说明】[0009]图1为本实用新型的一个实施例中的混凝土结构的异形薄壳的立体模型图。
[0010]图2为对图1所示的异形薄壳的三维模型进行空间定位过程示意图。
[0011]图3示出了其中一个切片以及支撑架的结构。
[0012]图4示出了一根立杆和其顶端的顶托的结构。
[0013]图5为图3中的部分切片以及设置的主龙骨的放大示意图。
[0014]图6为第一主龙骨的结构示意图。
[0015]图7为图6的B-B向示意图。
[0016]图8为第二主龙骨的结构示意图。
[0017]图9为图8的C-C向示意图。
[0018]图10为本实施例所采用的次龙骨在未弯曲时的结构示意图(只示出其中一段)。【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
[0020]以下，以图1所示的混凝土结构的异形薄壳为例说明本实用新型的施工方法。其中图1所示的三维立体模型是某剧院的BIM模型。以下参照【专利附图】
【附图说明】本实用新型的施工方法。BIM软件是建筑领域常用的软件。字母轴和数字轴也是建筑领域的定位的两个相互垂直的轴线。
[0021]本实施例的混凝土结构的异形薄壳的施工方法，依次进行如下步骤:
[0022](I)空间定位，空间定位分为两个步骤:首先为虚拟建模步骤，根据设计方案，建立如图1所示的异形薄壳的立体模型。根据然后采用BIM软件，选取字母轴和数字轴方向上的相互平行的多个剖切面分别将异形薄壳的立体模型进行剖切，相邻两个剖切面形成一切片，切片厚度在100mm-300mm之间，在异形薄壳的曲率变化较大的区域，减少该切片的厚度，导出每一个切片的DWG格式的图纸，建立所有切片的坐标数据库。需要说明的是，沿着字母轴方向所得到的切片可称为第一切片，对应于设置主龙骨，根据第一切片的形状确定主龙骨的形状和数量。沿着数字轴方向所得到的切片可称为第二切片，用于确定次龙骨的弯曲程度。所谓的切片厚度也就是相邻两个剖切面之间的距离是可调整的，本实施例中选取为300mm，实际上就是按照300mmX 300mm在地面画参考线，垂直于地面并通过每条参考线的平面即为剖切面。以上所述的参考线包括横向参考线和纵向参考线。本实施例中分别沿着选取字母轴或数字轴方向进行剖切，实际上选取任何相互垂直的方向上进行剖切都是可行的，根据所要建造的异形薄壳的形状进行灵活选取。
[0023]在图2中，横向参考线和纵向参考线均以附图标记15表示。这些横向参考线和纵向参考线的交点(参考点)作为观察点，从而确定异形薄壳I内部上的每个控制点Pi的坐标。异形薄壳I上的控制线和控制点是这样选择的，从地面开始，以一定步长高度，例如300mm，设置一水平截面，该水平截面与异形薄壳I上的相交点连起来即为控制线，该控制线与剖切面相交的点即为控制点，图2中仅标出其中一个控制点，即Pl点。首先需要在虚拟模型中，确定这些控制点的三维坐标值，在施工时，只要控制这些控制点的坐标，便能控制异形薄壳I的形状。在异形薄壳I的曲率变化较大的部分，如果采用300mmX300mm的间距不能很好地控制其形状，则采用加密的方式，即采用IOOmmX IOOmm的间距设置控制点和控制线。
[0024]其次进行测量放线步骤:在首层地面放出参考线，对于预设高度以下的部分利用首层地面进行定位放线，本实施例中预设高度选为4.2m，该高度根据施工需要而确定。位于地面上的纵横垂直交叉的参考线形成参考点，在实际测量时，以这些参考点作为观察点，根据从上述三维模型得到的控制点的坐标，通过设在首层地面的参考点上的全站仪来确定这些控制点在施工时的实际位置。并在后续过程中持续进行监测，保证施工得到的异形薄壳I与设计形状一致。
[0025]为了便于观测，以及从有利于施工的角度出发。对于预设高度以上部分则在通过设置测量放线平台再进行定位放线，即搭设测量放线平台，通过设在测量放线平台上的全站仪，根据控制点坐标数据库确定异形薄壳I的内表面上的控制点，从而进一步确定控制线。搭设测量放线平台好处是，相当于将观测点向上平移，从而降低观测难度。
[0026]在上述步骤中，空间定位是通过三维模型而确定控制点的坐标，并在后续施工中确保控制点的位置正确。而测量放线则是根据空间定位情况在工地上进行实际的操作，为施工提供依据，测量放线是根据空间定位的数据为依据的。
[0027](2)模架架设:模架包括内部的支撑架、设置于支撑架上的主龙骨、设置于主龙骨上的次龙骨以及覆盖于次龙骨上的模板四个部分，根据步骤(I)中所得到的切片图确定主龙骨和次龙骨的形状；按照BIM软件计算出的切片图，地面上测设出与壳体同轴线、等精度的1500_X1500_的方格网，支撑架按照现场的方格网搭设，测量人员随时对支撑架的位置准确性和垂直度进行检查，发现问题及时调整。
[0028](3)钢筋工程:沿着面板外侧设置钢筋，形成钢筋网，钢筋接头全部采用搭接，提前将部分钢筋截断，提前考虑钢筋的搭接位置，避开钢筋较密的位置；
[0029](4)混凝土施工:现场分区分段浇筑混凝土形成薄壳；
[0030]( 5 )壳体卸荷并同时进行监测，壳体卸荷步骤即是逐步拆除模板和支撑架，监测步骤的内容包括应力监测和变形监测，其中，
[0031]应力监测:根据BM软件进行施工过程模拟分析，确定需要监测内力的杆件，在杆件上设置应变计，定时读取每个应变计的数值并与设计值进行比较；
[0032]变形监测:根据BM软件进行施工过程模拟分析，确定需要监测位移的监测点，采用全站仪定时扫描每个监测点的三维坐标并与设计值进行比较。其中，全站仪设置于步骤
(I)放线时确定的参考点(观测点)上。
[0033]如图3所示，本实施例中，步骤(2)的模架架设具体包括:
[0034](21):支撑架搭设，如图3所示，支撑架采用十字盘脚手架6，如图4所示，每个立杆61的上端设有顶托62，根据异形薄壳I的壳体顶面的弧度调整每个顶托62相对于水平面的角度，并且顶托62的高度也可进行调整；
[0035](22):架设主龙骨，确定主龙骨的形状:利用BIM软件导出字母轴方向上每个切片的平面、立体、以及每个切片的多个剖面的DWG格式图纸，如图3所示，根据切片的形状确定组成每一个切片的主龙骨数量和形状，从而精确绘制每一根主龙骨的形状并进行编号，然后加工出主龙骨，分别架设于顶托上。其基本方法是采取化曲为直的方式，多个主龙骨拼接成一个切片的形状。从切片的侧面看，每个主龙骨相当于其一条弦，采用造型木形成所设计的切片的形状。[0036](23):在主龙骨上沿与主龙骨相交的方向架设次龙骨，并采用小料将次龙骨支垫到设计高度，其中次龙骨的形状确定:利用BIM软件导出数字轴方向上的切片图，并确定每根次龙骨的弦高。如图10所示，次龙骨7采用三层方木71交错叠加放置，以满足现场曲率的变化，制作次龙骨7的方木71为条形木，具有较大的弹性，图10所示出的次龙骨处于还未弯曲的状态，在施工时，逐层设置弯曲的方木71，组成次龙骨。为了保证图纸上薄壳结构曲率的变化，次龙骨方向平行于数字轴线方向，通过计算确定次龙骨间距为300_，高度不小于82mm。根据数字轴方向切片图，绘制出每根次龙骨弦高，次龙骨全部采用35mmX80mm的方木，次龙骨的弦高根据实际情况采用方木、模板小料支垫到相应高度。
[0037](24):在次龙骨上并沿着次龙骨的方向铺设模板。模板的底板全部采用15mm优质木胶合板，全部加工成300X600 (mm)尺寸，沿着次龙骨的方向铺设。模板铺设完毕，即为异形薄壳的内表面的形状，为确保施工质量，在铺设主龙骨、次龙骨以及模板的过程中，要不断进行测量，要确保每个顶托中心的三维坐标与设计的三维坐标一致。为了确保与设计的模型的形状一致，根据在步骤(I)确定的控制点的坐标进行控制，只要控制点的坐标与设计的坐标一致，基本就保证了异形薄壳的形状与设计的形状一致。
[0038]以下结合图4-图9说明主龙骨的设置情况，在本实施例中，为了制作和施工方便考虑，根据最大弦高而确定选择不同种类的主龙骨。
[0039]主龙骨包括两种类型:最大弦高大于或等于8cm的主龙骨为第一类主龙骨；最大弦高小于8cm的主龙骨为第二类主龙骨。其中，如图6和图7所示，第一类主龙骨5包括沿剖切面设置并与顶托接触的第一主方木51，粘结于第一主方木51的上表面并沿着第一主方木51的长度方向设置的第一造型木52，第一造型木52的上表面521与其对应的切片的形状相同，以及夹在第一造型木52两侧并与第一主方木51和第一造型木52粘结的以增加强度的条木53。第一造型木52与第一主方木51也可以为一体的结构，通过采用截锯和推台锯进行截面加工，采用平刨、压刨将加工面刨平刨光，然后用电刨划线进行曲面切割，最后用太尔胶粘结成型。如果从节省材料以及制作方便方面考虑，第一造型木52也可以单独加工成型后再与第一主方木51粘结,第一造型木52的上表面521的形状一般为弧形,其具体形状根据切片的形状而确定，并且第一造型木52的上表面521的形状，在第一造型木52的长度方向上并不是相同的，而是根据切片的形状而确定，也就是说，在切片的多个剖面，根据剖面的形状而确定第一造型木52的上表面521的不同部位的形状，也就是通过确定第一造型木52的上表面521上的若干个截面的形状，相邻的截面之间部分平滑过渡，达到与设计曲面近似的目的。选取的截面越多，制成的第一造型木52的形状就与设计图越接近。
[0040]由于第二类主龙骨的最大弦高小于8cm，故第二类主龙骨采取另一一种结构。如图8和图9所示，第二类主龙骨4包括沿剖切面设置并与顶托接触的第二主方木41，位于第二主方木41上方并沿着第二主方木41的长度方向设置的第二造型木42，第二造型木42的上表面421与其对应的切片的形状相同，第二造型木42与第二主方木41之间设置有多个支撑木43。多个支撑木43使第二造型木42在第二主方木41的长度方向上保持预定的弧度。同理，第二造型木42的上表面421在垂直于第二造型木42的长度方向上的弧度根据切片的截面的形状加工而成。
[0041]作为优选方案，本实施例中，步骤(2)模架架设的步骤中还包括架设外模的步骤:根据异形薄壳的坡度将其分为两部分，坡度大于30°的区域设置外模，外模采用钢板网，每段外模的支设高度为900mm，形成一道流水施工段。坡度大于30°的区域，混凝土不容易成型，故增加外模，使其容易成型凝固，并保证成型后的形状与设计形状相同。
[0042]具体地，步骤(4)混凝土施工中，根据异形薄壳的坡度将其分为两种区域，坡度小于30°的区域和坡度大于30°的区域，采用全站仪将分界线定位在模板上。其中，坡度小于30°的区域一次性浇筑；坡度大于30°的区域按照竖向壳体施工方法(这是比较常规的施工方法)施工:每900_高分为一段，浇筑一次，每段混凝土浇筑时应对称进行，尽量使其模板、成型后的薄壳内部受力一致、均匀。为保证混凝土的成型质量，混凝土中添加膨胀纤维抗裂剂，其中膨胀纤维抗裂剂占水泥用量的8%—12% (重量百分比)。
[0043]为了保证在卸荷过程，异形薄壳的变形符合设计要求，其中步骤(5)中的壳体卸荷过程具体为:沿主龙骨的方向选定若干轴线，相邻的两个轴线之间间隔有多排主龙骨；先将位于轴线上的支撑立杆的顶托下降一定距离a，然后将位于相邻的两个轴线之间的支撑立杆上的顶托下降一定距离b，其中b大于a，即顶托对模板的支撑由面支撑改为线支撑；并且根据变形和应力监测数据调整卸荷顺序。在本实施例中，选择相邻的两个轴线之间间隔五排主龙骨，b选择为10mm, a选择为5mm。这样,逐步由面支撑改成线支撑,然后在间隔卸荷，直到模板全部拆除。
[0044]当拆除模板及支撑系统时，由于支撑逐渐拆除，结构内力将重新分布，同时结构位形也发生变化，卸载阶段是一个结构应力重分布的过程，结构的内力不断地发生变化，壳体在卸载过程中，诸多复杂因素对其施工过程及结构性态的影响事先难以精确估计，通过实时监测已布置应变计的壳体的内力，可直观了解结构的内力是否处于安全范围内，以便及时采取应对措施。针对结构在施工过程中可能出现过大变形或异常状况，采用全站仪定时扫描结构支撑点的三维坐标，观察是否出现位移值异常偏大的点，若出现应采取措施及时补救。例如采取增加支护，改变拆卸模板的顺序等。
[0045]复杂大跨度的混凝土异形薄壳结构在国内首次出现，设计及施工均无任何参考资料，我们在施工方案编制阶段遇到了极大困难，最终经研究决定走一条BM建模并且现场实体模型指导施工来不断完善的工艺技术路线，通过设计单位提供切片图和BIM软件建模来获得结构的平面位置、空间坐标、模板位置，钢筋加工与安装、混凝土施工技术都得到很好地保证。
[0046]以下结合【专利附图】
【附图说明】本实施例中所采用用于建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构。如图3-图10所示，本实施例中，建造混凝土结构的异形薄壳I的模架结构，包括:下部的支撑架6，支撑架6采用十字盘脚手架，十字盘脚手架的每个立杆61的上端均设有顶托62，根据异形薄壳I的壳体顶面的弧度调整每个顶托62相对于水平面的角度；分别架设于顶托62上的多根主龙骨；在所述主龙骨上沿与主龙骨相交的方向架设的多根次龙骨，并采用小料将所述次龙骨支垫到设计高度；在所述次龙骨上并沿着所述次龙骨的方向铺设的模板，形成如图1所示的形状。
[0047]作为优选方案，本实施例中，所述主龙骨包括最大弦高大于或等于8cm的第一类主龙骨5和最大弦高小于8cm的第二类主龙骨4 ;如图6和7所示，其中，第一类主龙骨5包括沿剖切面设置并与顶托接触的第一主方木51，粘结于所述第一主方木51的上表面并沿着所述第一主方木51的长度方向设置的第一造型木52,第一造型木52的上表面与其对应的切片的形状相同，以及夹在所述第一造型木52两侧并与所述第一主方木51和第一造型木52粘结的以增加强度的条木53 ;如图8和9所示，第二类主龙骨4包括沿剖切面设置并与所述顶托接触的第二主方木41，位于所述第二主方木41上方并沿着第二主方木41的长度方向设置的第二造型木42，所述第二造型木42的上表面与其对应的切片的形状相同，所述第二造型木42与第二主方木41之间设置有多个支撑木43。
[0048]如图10所示，所述次龙骨7采用三层方木71交错叠加设置而形成，图10中示出的是三层方木71未弯曲时的状态，当把其安装在主龙骨上时，需根据需要而弯曲，设置成三层的状态，便于将每一层方木71进行弯曲。
[0049]作为优选方案，在坡度比较大的区域，还包括外模，所述外模设置在所述异形薄壳的坡度大于30°的区域，所述外模采用钢板网。这而后现有技术是类似的，不再赘述。
[0050]当然，以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，其特征在于，包括: 下部的支撑架，所述支撑架采用十字盘脚手架，所述十字盘脚手架的每个立杆的上端均设有顶托，根据所述异形薄壳的壳体顶面的弧度调整每个顶托相对于水平面的角度； 分别架设于所述顶托上的多根主龙骨； 在主龙骨上沿与所述主龙骨相交的方向架设的多根次龙骨，并采用小料将所述次龙骨支垫到设计高度； 在所述次龙骨上并沿着所述次龙骨的方向铺设的模板。
2.如权利要求1所述的建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，其特征在于，所述主龙骨包括最大弦高大于或等于8cm的第一类主龙骨和最大弦高小于8cm的第二类主龙骨；其中， 所述第一类主龙骨包括与所述顶托接触的第一主方木，粘结于所述第一主方木的上表面并沿着所述第一主方木的长度方向设置的第一造型木，以及夹在所述第一造型木两侧并与所述第一主方木和第一造型木粘结的以增加强度的条木； 所述第二类主龙骨包括与所述顶托接触的第二主方木，位于所述第二主方木上方并沿着第二主方木的长度方向设置的第二造型木，所述第二造型木与第二主方木之间设置有多个支撑木。
3.如权利要求1或2所述的建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，其特征在于，所述次龙骨采用三层方木交错叠加设置而形成。
4.如权利要求1或2所述的建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，其特征在于，还包括外模，所述外模设置在所述异形薄壳的坡度大于30°的区域，所述外模采用钢板网。
【文档编号】E04G11/04GK203742153SQ201420016763
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】陈晓玮, 蒙争杰, 沃海燕, 张方, 金奕, 王运卿, 先丽娜, 段劲松 申请人:北京城建十建设工程有限公司
【专利摘要】本实用新型公开了建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，包括：下部的支撑架，所述支撑架采用十字盘脚手架，所述十字盘脚手架的每个立杆的上端均设有顶托，根据所述异形薄壳的壳体顶面的弧度调整每个顶托相对于水平面的角度；分别架设于所述顶托上的多根主龙骨；在主龙骨上沿与所述主龙骨相交的方向架设的多根次龙骨，并采用小料将所述次龙骨支垫到设计高度；在所述次龙骨上并沿着所述次龙骨的方向铺设的模板。本实用新型通过采用造型木，搭建完成形成异形薄壳的模板，从而完成混凝土结构的异形薄壳的施工，成形的混凝土结构的异形薄壳的形状与受力情况满足设计要求。
【专利说明】建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及异形薄壳施工【技术领域】，具体涉及一建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构。
【背景技术】
[0002]随着时代发展，越来越多的公共建筑物，例如剧院、车站、博物馆采用独特的外形设计，以达到美观、标新立异的效果。例如中国的中央电视台的大楼、鸟巢等。与常见的长方体、球形等规则的形状相比，这些建筑统称为异形建筑。很多异形建筑采用异形薄壳结构，而异形薄壳结构一直以钢结构施工为主，即由钢材组成薄壳结构。而针对异形薄壳的混凝土结构的施工，则缺少相关的理论与实践经验。实用新型人为解决混凝土结构的异形薄壳施工的难题，经过探索试验得到本实用新型的技术方案。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题是，提供一种用于建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，以完成混凝土结构的异形薄壳的施工。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，包括:下部的支撑架，所述支撑架采用十字盘脚手架，所述十字盘脚手架的每个立杆的上端均设有顶托，根据所述异形薄壳的壳体顶面的弧度调整每个顶托相对于水平面的角度；分别架设于所述顶托上的多根主龙骨；在主龙骨上沿与所述主龙骨相交的方向架设的多根次龙骨，并采用小料将所述次龙骨支垫到设计高度；在所述次龙骨上并沿着所述次龙骨的方向铺设的模板。
[0005]作为优选，所述主龙骨包括最大弦高大于或等于8cm的第一类主龙骨和最大弦高小于8cm的第二类主龙骨；其中，所述第一类主龙骨包括与所述顶托接触的第一主方木，粘结于所述第一主方木的上表面并沿着所述第一主方木的长度方向设置的第一造型木，以及夹在所述第一造型木两侧并与所述第一主方木和第一造型木粘结的以增加强度的条木；所述第二类主龙骨包括与所述顶托接触的第二主方木，位于所述第二主方木上方并沿着第二主方木的长度方向设置的第二造型木，所述第二造型木与第二主方木之间设置有多个支撑木。
[0006]作为优选，所述次龙骨采用三层方木交错叠加设置而形成。
[0007]作为优选，还包括外模，所述外模设置在所述异形薄壳的坡度大于30°的区域，所述外模采用钢板网。
[0008]本实用新型的建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构具有如下有益效果:本实用新型通过采用造型木，搭建完成形成异形薄壳的模板，从而完成混凝土结构的异形薄壳的施工，成形的混凝土结构的异形薄壳的形状与受力情况满足设计要求。
【专利附图】
【附图说明】[0009]图1为本实用新型的一个实施例中的混凝土结构的异形薄壳的立体模型图。
[0010]图2为对图1所示的异形薄壳的三维模型进行空间定位过程示意图。
[0011]图3示出了其中一个切片以及支撑架的结构。
[0012]图4示出了一根立杆和其顶端的顶托的结构。
[0013]图5为图3中的部分切片以及设置的主龙骨的放大示意图。
[0014]图6为第一主龙骨的结构示意图。
[0015]图7为图6的B-B向示意图。
[0016]图8为第二主龙骨的结构示意图。
[0017]图9为图8的C-C向示意图。
[0018]图10为本实施例所采用的次龙骨在未弯曲时的结构示意图(只示出其中一段)。【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
[0020]以下，以图1所示的混凝土结构的异形薄壳为例说明本实用新型的施工方法。其中图1所示的三维立体模型是某剧院的BIM模型。以下参照【专利附图】
【附图说明】本实用新型的施工方法。BIM软件是建筑领域常用的软件。字母轴和数字轴也是建筑领域的定位的两个相互垂直的轴线。
[0021]本实施例的混凝土结构的异形薄壳的施工方法，依次进行如下步骤:
[0022](I)空间定位，空间定位分为两个步骤:首先为虚拟建模步骤，根据设计方案，建立如图1所示的异形薄壳的立体模型。根据然后采用BIM软件，选取字母轴和数字轴方向上的相互平行的多个剖切面分别将异形薄壳的立体模型进行剖切，相邻两个剖切面形成一切片，切片厚度在100mm-300mm之间，在异形薄壳的曲率变化较大的区域，减少该切片的厚度，导出每一个切片的DWG格式的图纸，建立所有切片的坐标数据库。需要说明的是，沿着字母轴方向所得到的切片可称为第一切片，对应于设置主龙骨，根据第一切片的形状确定主龙骨的形状和数量。沿着数字轴方向所得到的切片可称为第二切片，用于确定次龙骨的弯曲程度。所谓的切片厚度也就是相邻两个剖切面之间的距离是可调整的，本实施例中选取为300mm，实际上就是按照300mmX 300mm在地面画参考线，垂直于地面并通过每条参考线的平面即为剖切面。以上所述的参考线包括横向参考线和纵向参考线。本实施例中分别沿着选取字母轴或数字轴方向进行剖切，实际上选取任何相互垂直的方向上进行剖切都是可行的，根据所要建造的异形薄壳的形状进行灵活选取。
[0023]在图2中，横向参考线和纵向参考线均以附图标记15表示。这些横向参考线和纵向参考线的交点(参考点)作为观察点，从而确定异形薄壳I内部上的每个控制点Pi的坐标。异形薄壳I上的控制线和控制点是这样选择的，从地面开始，以一定步长高度，例如300mm，设置一水平截面，该水平截面与异形薄壳I上的相交点连起来即为控制线，该控制线与剖切面相交的点即为控制点，图2中仅标出其中一个控制点，即Pl点。首先需要在虚拟模型中，确定这些控制点的三维坐标值，在施工时，只要控制这些控制点的坐标，便能控制异形薄壳I的形状。在异形薄壳I的曲率变化较大的部分，如果采用300mmX300mm的间距不能很好地控制其形状，则采用加密的方式，即采用IOOmmX IOOmm的间距设置控制点和控制线。
[0024]其次进行测量放线步骤:在首层地面放出参考线，对于预设高度以下的部分利用首层地面进行定位放线，本实施例中预设高度选为4.2m，该高度根据施工需要而确定。位于地面上的纵横垂直交叉的参考线形成参考点，在实际测量时，以这些参考点作为观察点，根据从上述三维模型得到的控制点的坐标，通过设在首层地面的参考点上的全站仪来确定这些控制点在施工时的实际位置。并在后续过程中持续进行监测，保证施工得到的异形薄壳I与设计形状一致。
[0025]为了便于观测，以及从有利于施工的角度出发。对于预设高度以上部分则在通过设置测量放线平台再进行定位放线，即搭设测量放线平台，通过设在测量放线平台上的全站仪，根据控制点坐标数据库确定异形薄壳I的内表面上的控制点，从而进一步确定控制线。搭设测量放线平台好处是，相当于将观测点向上平移，从而降低观测难度。
[0026]在上述步骤中，空间定位是通过三维模型而确定控制点的坐标，并在后续施工中确保控制点的位置正确。而测量放线则是根据空间定位情况在工地上进行实际的操作，为施工提供依据，测量放线是根据空间定位的数据为依据的。
[0027](2)模架架设:模架包括内部的支撑架、设置于支撑架上的主龙骨、设置于主龙骨上的次龙骨以及覆盖于次龙骨上的模板四个部分，根据步骤(I)中所得到的切片图确定主龙骨和次龙骨的形状；按照BIM软件计算出的切片图，地面上测设出与壳体同轴线、等精度的1500_X1500_的方格网，支撑架按照现场的方格网搭设，测量人员随时对支撑架的位置准确性和垂直度进行检查，发现问题及时调整。
[0028](3)钢筋工程:沿着面板外侧设置钢筋，形成钢筋网，钢筋接头全部采用搭接，提前将部分钢筋截断，提前考虑钢筋的搭接位置，避开钢筋较密的位置；
[0029](4)混凝土施工:现场分区分段浇筑混凝土形成薄壳；
[0030]( 5 )壳体卸荷并同时进行监测，壳体卸荷步骤即是逐步拆除模板和支撑架，监测步骤的内容包括应力监测和变形监测，其中，
[0031]应力监测:根据BM软件进行施工过程模拟分析，确定需要监测内力的杆件，在杆件上设置应变计，定时读取每个应变计的数值并与设计值进行比较；
[0032]变形监测:根据BM软件进行施工过程模拟分析，确定需要监测位移的监测点，采用全站仪定时扫描每个监测点的三维坐标并与设计值进行比较。其中，全站仪设置于步骤
(I)放线时确定的参考点(观测点)上。
[0033]如图3所示，本实施例中，步骤(2)的模架架设具体包括:
[0034](21):支撑架搭设，如图3所示，支撑架采用十字盘脚手架6，如图4所示，每个立杆61的上端设有顶托62，根据异形薄壳I的壳体顶面的弧度调整每个顶托62相对于水平面的角度，并且顶托62的高度也可进行调整；
[0035](22):架设主龙骨，确定主龙骨的形状:利用BIM软件导出字母轴方向上每个切片的平面、立体、以及每个切片的多个剖面的DWG格式图纸，如图3所示，根据切片的形状确定组成每一个切片的主龙骨数量和形状，从而精确绘制每一根主龙骨的形状并进行编号，然后加工出主龙骨，分别架设于顶托上。其基本方法是采取化曲为直的方式，多个主龙骨拼接成一个切片的形状。从切片的侧面看，每个主龙骨相当于其一条弦，采用造型木形成所设计的切片的形状。[0036](23):在主龙骨上沿与主龙骨相交的方向架设次龙骨，并采用小料将次龙骨支垫到设计高度，其中次龙骨的形状确定:利用BIM软件导出数字轴方向上的切片图，并确定每根次龙骨的弦高。如图10所示，次龙骨7采用三层方木71交错叠加放置，以满足现场曲率的变化，制作次龙骨7的方木71为条形木，具有较大的弹性，图10所示出的次龙骨处于还未弯曲的状态，在施工时，逐层设置弯曲的方木71，组成次龙骨。为了保证图纸上薄壳结构曲率的变化，次龙骨方向平行于数字轴线方向，通过计算确定次龙骨间距为300_，高度不小于82mm。根据数字轴方向切片图，绘制出每根次龙骨弦高，次龙骨全部采用35mmX80mm的方木，次龙骨的弦高根据实际情况采用方木、模板小料支垫到相应高度。
[0037](24):在次龙骨上并沿着次龙骨的方向铺设模板。模板的底板全部采用15mm优质木胶合板，全部加工成300X600 (mm)尺寸，沿着次龙骨的方向铺设。模板铺设完毕，即为异形薄壳的内表面的形状，为确保施工质量，在铺设主龙骨、次龙骨以及模板的过程中，要不断进行测量，要确保每个顶托中心的三维坐标与设计的三维坐标一致。为了确保与设计的模型的形状一致，根据在步骤(I)确定的控制点的坐标进行控制，只要控制点的坐标与设计的坐标一致，基本就保证了异形薄壳的形状与设计的形状一致。
[0038]以下结合图4-图9说明主龙骨的设置情况，在本实施例中，为了制作和施工方便考虑，根据最大弦高而确定选择不同种类的主龙骨。
[0039]主龙骨包括两种类型:最大弦高大于或等于8cm的主龙骨为第一类主龙骨；最大弦高小于8cm的主龙骨为第二类主龙骨。其中，如图6和图7所示，第一类主龙骨5包括沿剖切面设置并与顶托接触的第一主方木51，粘结于第一主方木51的上表面并沿着第一主方木51的长度方向设置的第一造型木52，第一造型木52的上表面521与其对应的切片的形状相同，以及夹在第一造型木52两侧并与第一主方木51和第一造型木52粘结的以增加强度的条木53。第一造型木52与第一主方木51也可以为一体的结构，通过采用截锯和推台锯进行截面加工，采用平刨、压刨将加工面刨平刨光，然后用电刨划线进行曲面切割，最后用太尔胶粘结成型。如果从节省材料以及制作方便方面考虑，第一造型木52也可以单独加工成型后再与第一主方木51粘结,第一造型木52的上表面521的形状一般为弧形,其具体形状根据切片的形状而确定，并且第一造型木52的上表面521的形状，在第一造型木52的长度方向上并不是相同的，而是根据切片的形状而确定，也就是说，在切片的多个剖面，根据剖面的形状而确定第一造型木52的上表面521的不同部位的形状，也就是通过确定第一造型木52的上表面521上的若干个截面的形状，相邻的截面之间部分平滑过渡，达到与设计曲面近似的目的。选取的截面越多，制成的第一造型木52的形状就与设计图越接近。
[0040]由于第二类主龙骨的最大弦高小于8cm，故第二类主龙骨采取另一一种结构。如图8和图9所示，第二类主龙骨4包括沿剖切面设置并与顶托接触的第二主方木41，位于第二主方木41上方并沿着第二主方木41的长度方向设置的第二造型木42，第二造型木42的上表面421与其对应的切片的形状相同，第二造型木42与第二主方木41之间设置有多个支撑木43。多个支撑木43使第二造型木42在第二主方木41的长度方向上保持预定的弧度。同理，第二造型木42的上表面421在垂直于第二造型木42的长度方向上的弧度根据切片的截面的形状加工而成。
[0041]作为优选方案，本实施例中，步骤(2)模架架设的步骤中还包括架设外模的步骤:根据异形薄壳的坡度将其分为两部分，坡度大于30°的区域设置外模，外模采用钢板网，每段外模的支设高度为900mm，形成一道流水施工段。坡度大于30°的区域，混凝土不容易成型，故增加外模，使其容易成型凝固，并保证成型后的形状与设计形状相同。
[0042]具体地，步骤(4)混凝土施工中，根据异形薄壳的坡度将其分为两种区域，坡度小于30°的区域和坡度大于30°的区域，采用全站仪将分界线定位在模板上。其中，坡度小于30°的区域一次性浇筑；坡度大于30°的区域按照竖向壳体施工方法(这是比较常规的施工方法)施工:每900_高分为一段，浇筑一次，每段混凝土浇筑时应对称进行，尽量使其模板、成型后的薄壳内部受力一致、均匀。为保证混凝土的成型质量，混凝土中添加膨胀纤维抗裂剂，其中膨胀纤维抗裂剂占水泥用量的8%—12% (重量百分比)。
[0043]为了保证在卸荷过程，异形薄壳的变形符合设计要求，其中步骤(5)中的壳体卸荷过程具体为:沿主龙骨的方向选定若干轴线，相邻的两个轴线之间间隔有多排主龙骨；先将位于轴线上的支撑立杆的顶托下降一定距离a，然后将位于相邻的两个轴线之间的支撑立杆上的顶托下降一定距离b，其中b大于a，即顶托对模板的支撑由面支撑改为线支撑；并且根据变形和应力监测数据调整卸荷顺序。在本实施例中，选择相邻的两个轴线之间间隔五排主龙骨，b选择为10mm, a选择为5mm。这样,逐步由面支撑改成线支撑,然后在间隔卸荷，直到模板全部拆除。
[0044]当拆除模板及支撑系统时，由于支撑逐渐拆除，结构内力将重新分布，同时结构位形也发生变化，卸载阶段是一个结构应力重分布的过程，结构的内力不断地发生变化，壳体在卸载过程中，诸多复杂因素对其施工过程及结构性态的影响事先难以精确估计，通过实时监测已布置应变计的壳体的内力，可直观了解结构的内力是否处于安全范围内，以便及时采取应对措施。针对结构在施工过程中可能出现过大变形或异常状况，采用全站仪定时扫描结构支撑点的三维坐标，观察是否出现位移值异常偏大的点，若出现应采取措施及时补救。例如采取增加支护，改变拆卸模板的顺序等。
[0045]复杂大跨度的混凝土异形薄壳结构在国内首次出现，设计及施工均无任何参考资料，我们在施工方案编制阶段遇到了极大困难，最终经研究决定走一条BM建模并且现场实体模型指导施工来不断完善的工艺技术路线，通过设计单位提供切片图和BIM软件建模来获得结构的平面位置、空间坐标、模板位置，钢筋加工与安装、混凝土施工技术都得到很好地保证。
[0046]以下结合【专利附图】
【附图说明】本实施例中所采用用于建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构。如图3-图10所示，本实施例中，建造混凝土结构的异形薄壳I的模架结构，包括:下部的支撑架6，支撑架6采用十字盘脚手架，十字盘脚手架的每个立杆61的上端均设有顶托62，根据异形薄壳I的壳体顶面的弧度调整每个顶托62相对于水平面的角度；分别架设于顶托62上的多根主龙骨；在所述主龙骨上沿与主龙骨相交的方向架设的多根次龙骨，并采用小料将所述次龙骨支垫到设计高度；在所述次龙骨上并沿着所述次龙骨的方向铺设的模板，形成如图1所示的形状。
[0047]作为优选方案，本实施例中，所述主龙骨包括最大弦高大于或等于8cm的第一类主龙骨5和最大弦高小于8cm的第二类主龙骨4 ;如图6和7所示，其中，第一类主龙骨5包括沿剖切面设置并与顶托接触的第一主方木51，粘结于所述第一主方木51的上表面并沿着所述第一主方木51的长度方向设置的第一造型木52,第一造型木52的上表面与其对应的切片的形状相同，以及夹在所述第一造型木52两侧并与所述第一主方木51和第一造型木52粘结的以增加强度的条木53 ;如图8和9所示，第二类主龙骨4包括沿剖切面设置并与所述顶托接触的第二主方木41，位于所述第二主方木41上方并沿着第二主方木41的长度方向设置的第二造型木42，所述第二造型木42的上表面与其对应的切片的形状相同，所述第二造型木42与第二主方木41之间设置有多个支撑木43。
[0048]如图10所示，所述次龙骨7采用三层方木71交错叠加设置而形成，图10中示出的是三层方木71未弯曲时的状态，当把其安装在主龙骨上时，需根据需要而弯曲，设置成三层的状态，便于将每一层方木71进行弯曲。
[0049]作为优选方案，在坡度比较大的区域，还包括外模，所述外模设置在所述异形薄壳的坡度大于30°的区域，所述外模采用钢板网。这而后现有技术是类似的，不再赘述。
[0050]当然，以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，其特征在于，包括: 下部的支撑架，所述支撑架采用十字盘脚手架，所述十字盘脚手架的每个立杆的上端均设有顶托，根据所述异形薄壳的壳体顶面的弧度调整每个顶托相对于水平面的角度； 分别架设于所述顶托上的多根主龙骨； 在主龙骨上沿与所述主龙骨相交的方向架设的多根次龙骨，并采用小料将所述次龙骨支垫到设计高度； 在所述次龙骨上并沿着所述次龙骨的方向铺设的模板。
2.如权利要求1所述的建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，其特征在于，所述主龙骨包括最大弦高大于或等于8cm的第一类主龙骨和最大弦高小于8cm的第二类主龙骨；其中， 所述第一类主龙骨包括与所述顶托接触的第一主方木，粘结于所述第一主方木的上表面并沿着所述第一主方木的长度方向设置的第一造型木，以及夹在所述第一造型木两侧并与所述第一主方木和第一造型木粘结的以增加强度的条木； 所述第二类主龙骨包括与所述顶托接触的第二主方木，位于所述第二主方木上方并沿着第二主方木的长度方向设置的第二造型木，所述第二造型木与第二主方木之间设置有多个支撑木。
3.如权利要求1或2所述的建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，其特征在于，所述次龙骨采用三层方木交错叠加设置而形成。
4.如权利要求1或2所述的建造混凝土结构的异形薄壳的模架结构，其特征在于，还包括外模，所述外模设置在所述异形薄壳的坡度大于30°的区域，所述外模采用钢板网。
【文档编号】E04G11/04GK203742153SQ201420016763
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】陈晓玮, 蒙争杰, 沃海燕, 张方, 金奕, 王运卿, 先丽娜, 段劲松 申请人:北京城建十建设工程有限公司
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