一种现浇陡坡度空间曲屋面模板体系及其施工方法与流程

本发明涉及一种屋面模板体系，特别是一种空间曲面现浇结构屋面模板体系及其施工方法。

背景技术：

随着时代的发展，建筑设计领域对于建筑造型的艺术要求越来越高，各种异形结构层出不穷。各种类型的曲面也越来越多的出现在建筑屋面造型中，常见的比如钢桁架，薄膜结构等。其中，尤其以现浇混凝土的曲屋面结构施工最为困难。

现浇钢筋混凝土曲面结构的重难点在于模板工程及脚手架工程，如何用模板来拟合设计要求的曲率，对应的脚手架如何搭设，这些都极大限制了空间曲面现浇结构屋面的施工。一般而言，用模板模拟形成一定曲率的曲面有两种方法，一种是根据设计的曲面定制对应曲率的模板，即按照曲率要求在工厂把木块加工成对应曲率的模板，这种方法造价较高，可重复利用性较差，适用于较小规模、表观质量要求高的曲面；另外一种方法是用普通12mm厚标准模板，将整个曲面划分一个个曲率变化较小的区域，利用模板自身一定程度的弯曲来模拟每个区域的曲面，最后整个拼成整个曲面，此种方法较为常见，但是受限于模板的弯曲程度及承载力，无法拟合曲率变化较大的曲面。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种现浇陡坡度空间曲屋面模板体系及其施工方法，要解决现有钢筋混凝土结构的曲屋面结构曲面定制模板的支模方式存在造价较高，可重复利用性较差技术问题，还要解决利用模板自身弯曲程度模拟整个区域曲面无法拟合曲率变化较大的曲面。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种现浇陡坡度空间曲屋面模板体系，包括底部支撑结构、固定连接在支撑结构顶部的表层面板结构，所述支撑结构包括底部的满堂脚手架，满堂脚手架由一组底座、一组竖杆和一组水平杆相互连接形成，

所述满堂脚手架前后相邻的两排竖杆顶端标高相同或不同，标高不同的前后两排竖杆分为一排高杆和一排低杆，

所述支撑结构还包括一组顶托连接组件和一组腰托连接组件，所述顶托连接组件的数量与竖杆的数量相同并固定连接在竖杆的顶端，所述腰托连接组件固定连接在低杆顶端水平投影至高杆的位置处，

所述面板结构划分为一组水平设置的矩形单元模块，每个单元模块均包括模板龙骨、模板面板和模板连接组件，

所述模板连接组件固定连接在每个单元模块的四个角部，模板连接组件落置在顶托连接组件或腰托连接组件上，前后两排单元模块形成平齐的平台或者阶梯状平台，

所述现浇陡坡度空间曲屋面模板体系还包括落置在单元模块上侧、与单元模块一一对应的陡坡木方架体，所述陡坡木方架体包括水平的控制架、一组竖向控制条、一组弧向控制条和覆盖固定连接在弧向控制条顶端的陡坡面板，

所述控制架的尺寸与单元模块相适应，所述竖向控制条沿控制架均布设置，所述竖向控制条的顶端面均为与该处屋面倾斜角度相适应的斜面，竖向控制条的标高不同，所述弧向控制条按列固定连接在成列竖向控制条的顶部，以保证各个弧向控制条的顶端面均与陡坡面板的下侧紧密贴合并固定连接为准，所述陡坡面板由一组条状木板拼接而成，相邻陡坡木方架体上的陡坡面板表面拼接对齐，拼接缝表面蒙覆有补缝条。

所述模板龙骨为金属龙骨，所述模板龙骨固定连接在模板面板的下侧，模板龙骨包括边框龙骨和加强龙骨，所述边框龙骨固定连接在模板面板的四边，所述加强龙骨固定连接平行相对的两根边框龙骨，

所述边框龙骨的横截面为z形，包括上翼缘板、腹板和下翼缘板，所述上翼缘板水平并相对竖向的腹板向外伸出，所述下翼缘板相对腹板向内弯折形成弯边，四块上翼缘板在边框龙骨的角部形成四个直角缺口，所述模板面板满铺在边框龙骨的上侧，模板面板四周边缘与四块上翼缘板的边缘平齐。

所述模板连接组件为金属连接组件，每个模板连接组件固定连接在相邻的两块上翼缘板的下侧，模板连接组件左右对称，包括翼缘连接板、过渡连接板、顶板和限位板，

所述翼缘连接板包括两个直角件，该直角件固定连接在上翼缘板下侧与腹板外侧形成的阴角位置，所述翼缘连接板的外边缘与边框龙骨的直角缺口对齐，

所述过渡连接板为直角件，过渡连接板相对翼缘连接板垂直向下并与其固定连接，直角件的开口朝外，该开口顺延直角缺口的位置，

所述顶板为方形板，顶板水平居中固定连接在过渡连接板的底部，

所述限位板为直角件，直角件的开口朝内、沿过渡连接板的相邻两个边缘下侧固定连接。

所述顶托连接组件为金属连接组件，每个顶托连接组件均包括套管底座、四个顶杆、芯管和限位顶管，

所述套管底座的底部套在各个竖杆的顶部，

所述芯管插入四个顶杆的中间，芯管的高度与模板连接组件的安装位置相适应，

所述限位顶管包括插管和固定连接在插管一端的盖板，所述插管插入芯管的顶部，所述盖板卡在芯管的顶端，模板连接组件位于盖板的下方，所述顶杆的顶部顶紧在顶板的下侧并通过限位板限位。

所述腰托连接组件包括对拉背板、对拉螺栓、对拉面板、承托板和顶柱，

所述对拉背板和对拉面板分设在竖杆的前后两侧，并通过贯穿的对拉螺栓箍紧，所述对拉面板的顶部水平向外弯曲形成承托板，所述承托板的上侧固定连接有与限位板相对应的竖向的顶柱。

所述控制架包括尺寸与单元模块尺寸相适应的边框木方，还包括固定连接相对的两根边框木方之间的加强木方，所述加强木方平行共间隔设置有两根，连接位置位于边框木方的三分点处，每个陡坡木方架体的控制条共设有20根，每排设置5根，每列设置4根，沿控制架均布设置。

一种应用现浇陡坡度空间曲屋面模板体系的陡屋面施工方法，施工步骤如下：

步骤一，深化设计：采用三维建模软件建立曲屋面模型，利用原设计提供的曲屋面平面图，将曲屋面模型水平投影至曲屋面平面图上，投影为一个个矩形单元格，投影结合曲屋面模型确定每个矩形单元格四角和陡坡木方架体的设计标高和定位，并随后标识在平面图上形成施工图纸，现场直接按照施工图纸进行施工；

步骤二，单元模块制作：步骤二，单元模块制作：根据施工图纸上的矩形单元格尺寸在工厂对单元模块进行加工和连接，同时制作模板连接组件、顶托连接组件和腰托连接组件，模板连接组件安装位置固定连接在单元模块的四角位置处；

步骤三，陡坡木方架体制作：每个单元格设置一组均布的控制点，用来控制各个控制条的标高，根据各个控制点的标高制作陡坡木方架体；

步骤四，搭设满堂脚手架：按照每个单元垂直投影以及标高搭设，根据设计图纸上的矩形单元格尺寸在现场进行满堂脚手架的搭接，满堂脚手架的横距和纵距与矩形单元格的尺寸相适应；

步骤五，安装连接组件：在各个竖杆的顶部套装顶托连接组件，在低杆顶端水平投影至高杆的位置处安装腰托连接组件；

步骤六，安装单元模块：按照施工图纸对应每个矩形单元格四角处的设计标高，调节各个顶托连接组件的高度和水平位置，然后对应一一铺设各个单元模块使其水平，每个单元模块的四个模板连接组件分别落置在其四角处对应的顶托连接组件和腰托连接组件上，单元模块水平设置，前后两排对应形成水平平台或梯形台阶平台；

步骤七，安装陡坡木方架体：在单元模块的上侧按照设计位置安装各个陡坡木方架体；

步骤八，模板缝隙填：在相邻两个陡坡面板之间的板缝表面蒙覆固定有补缝条，所述补缝条为铁皮；

步骤九，钢筋绑扎与混凝土浇筑：

按照设计图纸进行钢筋放样，按照钢筋间距对曲屋面模型进行剖切，提取钢筋形状，测量出其长度后即作为钢筋下料的依据，对于曲率变化较大的屋面，在曲率变化大的位置增加钢筋垫块的密度；曲屋面的混凝土的坍落度为90mm-110mm；在顶层钢筋顶部再绑2-3根钢筋控制保护层厚度即浇筑标高，浇筑完成时再将加装钢筋取出。

所述矩形单元格即单元模块的尺寸大小为1.2m×1.2m。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明的原理即将整个曲面划分为若干基本的单元，对于坡度较缓的屋面，每个单元可以近似看成平面，对于坡度较陡的屋面，即单元模块倾斜角度大于45度时，利用平面的单元模块和陡坡木方架体模拟每个角度的单元曲面，单元之间平滑过渡，最终形成满足的设计要求的曲面。

本发明设计了单元模块和相应的连接组件，单元模块的模板面板采用标准尺寸普通胶合板模板，龙骨可以采用标准钢背楞，角部设计模板连接组件，同时支撑体系为脚手架，脚手架上设置顶托连接组件和腰托连接组件，分别与相邻的四块单元模块的模板连接组件相连，通过竖杆的顶标高来控制模块四脚高度使得单元模块成为水平平台或阶梯状平台。每个陡坡木方架体单元选取一定数量的定位点，按照定位点位置的标高，在每个定位点固定不同长度的竖向控制木方，陡坡面板固定在木方顶部形成曲面，能很好的模拟曲屋面的设计曲率。顶托连接组件上的顶杆和腰托连接组件上的顶柱直接顶在模板连接组件上，模板连接组件与龙骨直接连接，使得荷载可以通过顶托直接传递到脚手架上。

本发明的单元模块与顶托采用卡槽形式连接，模块龙骨采用工厂预制，在现场只需安装一次面板即可形成单元模块，简化了模板施工的操作步骤，极大节省了操作时间，提高了施工效率。

现有技术由于工艺复杂，模板标高变化不定，曲面模板体系相对普通屋面楼板模板体系要投入更多人力物力，本发明采用标准单元拼接形成曲面。标准单元为定制一体式模块，只需将面板固定在单元模块上，再与脚手架固定即可，安装、拆卸十分方便，极大提高了工作效率；与传统模板背楞体系相比，标准模块周转次数更多，每个单元构件均可重复利用，节省了大量的木方与面板切割损耗；对比于造价更高，且不能重复利用的定制曲面模板因此对于大体量的屋面工程，更加经济实惠，提高了材料周转率，节省了成本。

本发明适用于曲率变化没有规律，曲率变化较大，平面单元倾角大于45度，厚度较大的现浇钢筋混凝土空间异型曲面屋面。在相对经济的单元划分下，单元模块的尺寸为0.6m-1.5m。不同于常见的薄壳型混凝土曲面屋面，一般的模板体系不能完全解决曲面定位及曲线拟合度问题，且不满足承载力要求。本发明的施工方法可操作性强，既能满足承载力，又能极大程度契合曲面曲率变化的施工方法，具有很高的市场价值。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的曲屋面平面图。

图2是图1的侧视结构示意图。

图3是图2的局部放大图。

图4是图3中顶托连接组件的局部放大图。

图5是图3中腰托连接组件的局部放大图。

图6是单元模块的立体结构示意图。

图7是陡坡木方架体的平面结构示意图。

附图标记：1－顶托连接组件、11－套管底座、12－顶杆、13－芯管、14－限位顶管、2－单元模块、21－模板龙骨、211－边框龙骨、2a－上翼缘板、2b－腹板、2c－下翼缘板、212－加强龙骨、22－模板面板、23－模板连接组件、231－翼缘连接板、232－过渡连接板、233－顶板、234－限位板、3－满堂脚手架、31－底座、32－竖杆、33－水平杆、4－曲屋面平面图、5－矩形单元格、6－腰托连接组件、61－对拉背板、62－对拉螺栓、63－对拉面板、64－承托板、65－顶柱、7－陡坡木方架体、71－控制架、72－竖向控制条、73－陡坡面板、711－边框木方、712－加强木方、74－弧向控制条。

具体实施方式

实施例参见图1-7所示，一种现浇陡坡度空间曲屋面模板体系，包括底部支撑结构、固定连接在支撑结构顶部的表层面板结构，所述支撑结构包括底部的满堂脚手架3，满堂脚手架由一组底座31、一组竖杆32和一组水平杆33相互连接形成。

所述满堂脚手架3前后相邻的两排竖杆32顶端标高相同或不同，标高不同的前后两排竖杆分为一排高杆和一排低杆，高杆和低杆之间的顶端连线倾角不小于45度。所述满堂脚手架为为盘扣式脚手架。

所述支撑结构还包括一组顶托连接组件1和一组腰托连接组件6，所述顶托连接组件的数量与竖杆32的数量相同并固定连接在竖杆32的顶端，所述腰托连接组件6固定连接在低杆顶端水平投影至高杆的位置处。

所述面板结构划分为一组水平设置的矩形单元模块，每个单元模块2均包括模板龙骨21、模板面板22和模板连接组件23。

所述模板龙骨21为金属龙骨，所述模板龙骨21固定连接在模板面板22的下侧，模板龙骨21包括边框龙骨211和加强龙骨212，所述边框龙骨211固定连接在模板面板22的四边，所述加强龙骨212固定连接平行相对的两根边框龙骨211。

所述边框龙骨211的横截面为z形，包括上翼缘板2a、腹板2b和下翼缘板2c，所述上翼缘板2a水平并相对竖向的腹板2b向外伸出，所述下翼缘板2c相对腹板2b向内弯折形成弯边，四块上翼缘板2a在边框龙骨211的角部形成四个直角缺口，所述模板面板22满铺在边框龙骨211的上侧，模板面板22四周边缘与四块上翼缘板2a的边缘平齐。

所述模板连接组件23固定连接在每个单元模块2的四个角部，模板连接组件23落置在顶托连接组件1或腰托连接组件6上，前后两排单元模块形成平齐的平台或者阶梯状平台，

所述模板连接组件23为金属连接组件，每个模板连接组件固定连接在相邻的两块上翼缘板2a的下侧，模板连接组件23左右对称，包括翼缘连接板231、过渡连接板232、顶板233和限位板234。

所述翼缘连接板231包括两个直角件，该直角件固定连接在上翼缘板2a下侧与腹板2b外侧形成的阴角位置，所述翼缘连接板231的外边缘与边框龙骨211的直角缺口对齐，

所述过渡连接板232为直角件，过渡连接板232相对翼缘连接板231垂直向下并与其固定连接，直角件的开口朝外，该开口顺延直角缺口的位置。

所述顶板233为方形板，顶板233水平居中固定连接在过渡连接板232的底部。

所述限位板234为直角件，直角件的开口朝内、沿过渡连接板232的相邻两个边缘下侧固定连接。

所述顶托连接组件1为金属连接组件，每个顶托连接组件均包括套管底座11、四个顶杆12、芯管13和限位顶管14。

所述套管底座11的底部套在各个竖杆32的顶部。

所述芯管插入四个顶杆的中间，芯管的高度与模板连接组件的安装位置相适应。

所述限位顶管14包括插管和固定连接在插管一端的盖板，所述插管插入芯管的顶部，所述盖板卡在芯管的顶端，模板连接组件位于盖板的下方，所述顶杆12的顶部顶紧在顶板233的下侧并通过限位板234限位。

所述腰托连接组件6包括对拉背板61、对拉螺栓62、对拉面板63、承托板64和顶柱65。

所述对拉背板61和对拉面板63分设在竖杆的前后两侧，并通过贯穿的对拉螺栓62箍紧，所述对拉面板63的顶部水平向外弯曲形成承托板64，所述承托板64的上侧固定连接有与限位板234相对应的竖向的顶柱65。

所述现浇陡坡度空间曲屋面模板体系还包括落置在单元模块上侧、与单元模块一一对应的陡坡木方架体7，所述陡坡木方架体包括水平的控制架71、一组竖向控制条72、一组弧向控制条74和覆盖固定连接在弧向控制条74顶端的陡坡面板73。

所述控制架71的尺寸与单元模块2相适应，所述竖向控制条72沿控制架均布设置，所述竖向控制条72的顶端面均为与该处屋面倾斜角度相适应的斜面，竖向控制条72的标高不同，所述弧向控制条74按列固定连接在成列竖向控制条的顶部，以保证各个弧向控制条74的顶端面均与陡坡面板的下侧紧密贴合并固定连接为准，所述陡坡面板73由一组条状木板拼接而成，相邻陡坡木方架体上的陡坡面板表面拼接对齐，拼接缝表面蒙覆有补缝条。

应用这种现浇陡坡度空间曲屋面模板体系的陡屋面施工方法，施工步骤如下：

步骤一，深化设计：采用三维建模软件建立曲屋面模型，利用原设计提供的曲屋面平面图，将曲屋面模型水平投影至曲屋面平面图4上，投影为一个个矩形单元格5，投影结合曲屋面模型确定每个矩形单元格四角和陡坡木方架体7的设计标高和定位，并随后标识在平面图上形成施工图纸，现场直接按照施工图纸进行施工。

步骤二，单元模块制作：根据施工图纸上的矩形单元格尺寸在工厂对单元模块2进行预加工，同时制作模板连接组件23、顶托连接组件1和腰托连接组件6，模板连接组件23安装位置固定连接在单元模块2的四角位置处；所述矩形单元格5即单元模块2的尺寸大小为1.2m×1.2m即标准单元格，配合盘扣式脚手架模数，辅助单元格采用1.2m×0.9m和0.9m×0.6m进行补充，用于曲面边缘拐角等处。

步骤三，陡坡木方架体制作：每个矩形单元格5设置一组均布的控制点，用来控制各个控制条72的标高，根据各个控制点的标高制作陡坡木方架体7；对于陡屋面，需要根据屋面的标高确定阶梯平台的高度，综合考虑施工便易程度与木方的稳定性来决定平台的位置，控制条的长度最长不宜超过600mm，相邻平台高差较小时尽量合并，以提高工作效率。

陡坡面板由于曲率变化较大，将面板裁成100mm-200mm的板条铺装并设置木方背楞，将面板与控制条固定连接，过程中需注意控制面板产生一定的弯曲，使其更贴近曲线的曲率变化。

步骤四，搭设满堂脚手架：按照每个单元垂直投影以及标高搭设竖杆和水平杆，根据设计图纸上的矩形单元格5尺寸在现场进行满堂脚手架的搭接，满堂脚手架的横距和纵距与矩形单元格5的尺寸相适应。

步骤五，安装连接组件：在各个竖杆32的顶部套装顶托连接组件1，在低杆顶端水平投影至高杆的位置处安装腰托连接组件6。

步骤六，安装单元模块：按照施工图纸对应每个矩形单元格5四角处的设计标高，调节各个顶托连接组件1上高度和水平位置，然后对应一一铺设各个单元模块2使其水平，每个单元模块2的四个模板连接组件分别落置在其四角处对应的顶托连接组件23和腰托连接组件6上，单元模块水平设置，前后两排对应形成水平平台或梯形台阶平台。

步骤七，安装陡坡木方架体：在单元模块的上侧按照设计位置安装各个陡坡木方架体，用钉子等固定在阶梯平台上，过程中注意不要破坏掉木方。

步骤八，模板缝隙填：在相邻两个陡坡面板之间的板缝表面蒙覆固定有补缝条，所述补缝条为铁皮。

步骤九，钢筋绑扎与混凝土浇筑：

按照设计图纸进行钢筋放样，按照钢筋间距对曲屋面模型进行剖切，提取钢筋形状，测量出其长度后即作为钢筋下料的依据，对于曲率变化较大的屋面，在曲率变化大的位置增加钢筋垫块的密度；曲屋面的混凝土的坍落度为90mm-110mm；在顶层钢筋顶部再绑2-3根钢筋控制保护层厚度即浇筑标高，浇筑完成时再将加装钢筋取出。

由于曲屋面的特殊性，钢筋放样均需专门计算，依据三维建模图纸，可以很方便的得出钢筋方向的剖面，便于施工。根据曲面的结构特点，研究了钢筋绑扎，支撑体系，混凝土浇筑等方面的问题，突破了传统屋面模板施工方法，对于类似的工程具有借鉴意义。

本发明支撑系统受力均匀、传力明确、工艺简单、措施得当，安全可靠。将曲面划分为一个个独立的单元，从深化设计阶段确定好对应的标高、位置，便于检查控制，保证了工程施工质量。