球形薄殼屋蓋旋轉(zhuǎn)移模法施工

鋼筋混凝土球形薄殼具有結(jié)構(gòu)自重輕、可跨越較大空間的特點(diǎn),近年在石油、化工、煤炭等行業(yè)得到一定的應(yīng)用。

選煤廠濃縮車(chē)間是選煤廠的主要生產(chǎn)車(chē)間之一,在我國(guó)北方寒冷地區(qū)須設(shè)屋蓋,以起保溫圍護(hù)作用。球形薄殼是一種常用的屋蓋結(jié)構(gòu),但球形薄殼施工困難,特別是較大空間的工程。按傳統(tǒng)施工方法,每個(gè)屋蓋需用（一次投入)近百立方米木材,且術(shù)材周轉(zhuǎn)率很低,施工難度大,工期長(zhǎng),用工多,成本高,僅支模一項(xiàng)就占造價(jià)的60%~80%。這些因素限制了球形薄殼結(jié)構(gòu)屋蓋的推廣。

砟子選煤廠2座直徑24.2m濃縮車(chē)間的球形薄殼屋蓋,采用旋轉(zhuǎn)移模工藝,完全取消了木支柱。這種工藝操作簡(jiǎn)便,大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度;可節(jié)省木材,縮短工期,降低造價(jià);技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

第1章

工程概況

該工程為鋼筋混凝土框架承重、磚墻圍護(hù)、直徑24.2m的圓筒形結(jié)構(gòu)。屋蓋為一半徑20m的球缺形鋼筋混凝土薄殼體;池底中心至殼頂凈高13.09m;殼厚100mm;殼下邊緣設(shè)有一道370mm×550mm的環(huán)形拉梁;殼頂為一直徑2.50m的天窗;殼與下邊緣及頂口邊緣在水平寬0.80~1.0m范圍內(nèi)采取局部加強(qiáng),混凝土均為C20。殼體幾何尺寸如圖6-2-1所示。

第2章

施工方案

第1節(jié)

方案選擇

球形薄殼屬旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu),可假想將球殼通過(guò)中軸呈徑向分切為若干對(duì)對(duì)稱(chēng)的西瓜殼瓣,取其一對(duì)作為研究對(duì)象,進(jìn)行模具設(shè)計(jì),即將傳統(tǒng)的一次性支模化整為零,僅用少量模具,通過(guò)多步繞軸旋轉(zhuǎn)移動(dòng),形成完整的球殼。但這種被分切后的對(duì)稱(chēng)單元?dú)ぐ晖耆淖兞饲驓さ氖芰顟B(tài),即將雙向受力改變?yōu)閱蜗蚴芰?脫模后能否成為獨(dú)立的結(jié)構(gòu),這種雙曲面的殼瓣能否大面積脫模,是方案能否成立的前提。

由于這種上尖下寬的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)近似于三鉸拱結(jié)構(gòu)。應(yīng)用三鉸拱結(jié)構(gòu)理論對(duì)對(duì)稱(chēng)單元?dú)ぐ赀M(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗(yàn)算,并做了模型試驗(yàn)。通過(guò)反復(fù)驗(yàn)算和多次試驗(yàn),確認(rèn)這種結(jié)構(gòu)是能獨(dú)立成立的,脫模后結(jié)構(gòu)是安全的。

第2節(jié)

施工方案及技術(shù)措施

1.球殼分切成對(duì)稱(chēng)殼瓣的對(duì)數(shù),關(guān)系到脫模的難易、模具用量和工期。通過(guò)對(duì)幾項(xiàng)指標(biāo)的分析比較,該球殼選擇五步完成為宜,即分切為五對(duì)對(duì)稱(chēng)殼瓣,每步完成圓心角(兩對(duì)頂角之和)360°÷5=72°,每一瓣為36°(圖6-2-2)

2.整個(gè)模具由支撐、模板、升降及旋轉(zhuǎn)4大部分組成(圖6-2-3),支撐部分包括中心柱、門(mén)架、桁架、桁架支撐及鋼檁條;模板部分包括徑向楞木、環(huán)向楞木及鋼模板、術(shù)模板;升降部分包括螺旋千斤頂、門(mén)架腳及桁架上端托板;旋轉(zhuǎn)部分包括軌道、滾動(dòng)輪、中心柱旋轉(zhuǎn)軸心、軸套及手扳葫蘆。支撐部分均用型鋼制成,桿件間由螺栓連接固定,環(huán)向鋼模板間夾有變角木條,用螺栓與鋼模板連接。

3.頂環(huán)梁與殼、中心柱的關(guān)系處理:中心柱是整個(gè)模具的中心支撐及旋轉(zhuǎn)軸,又作為頂環(huán)梁的全部支撐。頂環(huán)梁是一個(gè)擴(kuò)大了的頂鉸,兩相對(duì)殼瓣脫模后,它承擔(dān)巨大的水平擠壓力,抵抗水平擠壓力一靠環(huán)梁本身的剛度,二靠在環(huán)梁內(nèi)側(cè)與中心柱間呈放射形支設(shè)的木支撐,如圖6-2-4所示。

頂環(huán)梁必須在殼混凝土脫模前達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,這樣就要在安裝中心柱和桁架后將頂環(huán)梁澆筑完,然后拆去外模。在第一步脫模前,頂環(huán)梁的全部荷重靠中心柱頂端下吊的鋼筋拉桿承擔(dān)。為控制因擠壓力可能產(chǎn)生的頂環(huán)梁翻轉(zhuǎn),在中心柱頂端與環(huán)梁內(nèi)模間支設(shè)斜支撐,如圖6-2-5所示。

頂環(huán)梁底模與殼模板是靜與動(dòng)的關(guān)系,殼模板圍繞固定的環(huán)梁底模旋轉(zhuǎn)。兩模板間留有20mm寬的間隙，以防旋轉(zhuǎn)時(shí)模具受阻,在殼混凝土澆筑前用油紙覆蓋。

4.殼與下環(huán)梁的關(guān)系處理:由于殼混凝土脫模后對(duì)下環(huán)梁產(chǎn)生巨大的局部水平推力,所以模具安裝前下環(huán)梁應(yīng)澆筑完混凝土,在球殼脫模前達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。下環(huán)梁抵抗水平推力靠本身剛度和環(huán)梁與磚墻的摩擦力。環(huán)梁與殼交接處留出與軸力線垂直的施工縫,并留出交接的鋼筋接頭(圖6-2-6)。環(huán)梁內(nèi)模安裝時(shí)必須嚴(yán)格控制各部曲率半徑,使殼與環(huán)梁交接嚴(yán)密。

5.殼體鋼筋及混凝土施工：殼體鋼筋也分步綁扎,沿環(huán)向留出下步的搭接頭,上下層及相鄰鋼筋互相錯(cuò)開(kāi)留出,徑向與下環(huán)梁及頂環(huán)梁留出的鋼筋頭搭接,如圖6-2-4、圖6-2-6所示。混凝土的兩側(cè)設(shè)邊模,留直搓,混凝土的邊緣與桁架中心線重合。球殼及頂環(huán)梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)比原設(shè)計(jì)提高一級(jí),并摻加早強(qiáng)劑,以縮短移

模周期(脫模時(shí)混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度)。

第3章

旋轉(zhuǎn)移模施工

第1節(jié)

施工順序

從準(zhǔn)備工作到完成的全過(guò)程施工順序如圖6-2-7所示。

第2節(jié)

勞動(dòng)組織

由于工序較多,平行流水作業(yè)面較小,從模具安裝、移模施工到拆模的全過(guò)程,組織由12人組成的綜合施工組,其中安裝工4人,鋼筋工2人,架子工2人,木工2人,混凝土工2人,實(shí)行混合作業(yè)。

第3節(jié)

模具安裝

中心柱安裝固定后,門(mén)架、桁架、支撐、檁條采用綜合法安裝,安裝完一瓣,旋轉(zhuǎn)到相對(duì)(180°)位置進(jìn)行模板安裝。模板安裝時(shí)的曲率半徑采用木制雙向樣板控制。徑向樣板作為滑道,固定在兩邊的桁架上弦上,環(huán)向樣板落于徑向樣板上滑動(dòng),如圖6-2-8所示。模板安裝應(yīng)由下而上進(jìn)行,要求模板表面平整度誤差不大于10mm。模板間的縫隙,大者用木條堵嚴(yán),小者用水泥砂漿抹嚴(yán)。用廢機(jī)油作隔離劑。模板與楞木要連接牢固定,無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象。

第4節(jié)

鋼筋綁扎

鋼筋要由上而下進(jìn)行綁扎,上下層鋼筋間用Ф10鋼筋焊接,作為排距控制,其雙向間距均為1.0m。環(huán)向筋留出的搭接頭,從側(cè)模鋸口處穿過(guò)。

第5節(jié)

混凝土澆筑

球殼混凝土先自上而下澆筑,澆筑到3/4跨時(shí),再改為自下而上澆筑,以使球殼最薄弱處盡早達(dá)到脫模要求的強(qiáng)度。相對(duì)兩殼瓣混凝土澆筑須同步進(jìn)行,沿環(huán)向澆筑。徑向每1.0m為一澆筑寬度。球殼混凝土的澆筑厚度,兩邊利用側(cè)模,中間用扁鋼制成的控制尺進(jìn)行控制。

第6節(jié)

模具升降與旋轉(zhuǎn)

升降千斤頂?shù)纳捣葹?00mm,升降時(shí)所有千斤頂必須同步進(jìn)行。模具升到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,門(mén)架腳處內(nèi)外側(cè)與磚墻及池壁間用木方加楔支頂,以防加荷后整體失穩(wěn)。升高后的輪子與鐵軌間用木楔墊實(shí)(圖6-2-9)。

模具旋轉(zhuǎn)時(shí)用手扳葫蘆牽引,輪子落于軌面后，即可開(kāi)始旋轉(zhuǎn)到下一步的位置。旋轉(zhuǎn)時(shí)要穩(wěn),兩相對(duì)模具要同步前進(jìn)。

第7節(jié)

其它注意事項(xiàng)

采用低流動(dòng)性混凝土,其明落度以1~3cm為宜,以防下滑。

2.混凝土振搗采用小振幅的平板振動(dòng)器與人工配合。

3.每單元?dú)ち糁?組混凝土試塊,分別為2d、3d、4d和1組標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),以確定最短脫模時(shí)間和作為質(zhì)量評(píng)定的依據(jù)。

4.模板的兩側(cè)和下面掛設(shè)一道安全網(wǎng),以保證安全作業(yè)。

6-2-4技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果

將2座同規(guī)模同結(jié)構(gòu)濃縮車(chē)間球形屋蓋采用旋轉(zhuǎn)移模法與傳統(tǒng)施工方法進(jìn)行比較,其結(jié)果如下:

從安裝模具到全部完成,旋轉(zhuǎn)移模法每個(gè)屋蓋只用了22d工期,比傳統(tǒng)方法提前13d,工期縮短42%。

用工少。每個(gè)屋蓋實(shí)際只用264個(gè)工日,節(jié)省用工39%。

節(jié)省術(shù)材用量。包括下環(huán)梁及檐子,實(shí)際只用2.5m3木材,每個(gè)屋蓋比傳統(tǒng)方法(按周轉(zhuǎn)考慮)少用木材34.25m3,節(jié)省木材93.2%。

減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了操作的安全度,現(xiàn)場(chǎng)文明。

滿足設(shè)計(jì)尺寸要求,質(zhì)量?jī)?yōu)良。

每個(gè)工程比傳統(tǒng)方法降低直接費(fèi)用11400元,成本降低率為52.9%。