复杂结构施工技术

黄耀洪

摘要：随着科技进步及计算机技术的应用，复杂结构越来越多地应用于现代建筑中，特别是公共建筑，其除了满足受力需要外，往往兼有表达设计艺术、展现美感效果的功能，并因其复杂性，常是工程施工的难点与重点，在这里以某体育场拱脚柱为例，对此类结构施工技术作简单介绍。

关键词：拱脚柱复杂结构施工技术

1工程概况

某市体育场，设计看台雨蓬为钢桁架结构，其中西看台雨蓬钢结构主桁架为拱形架，跨度260m，由2根上弦杆、1根下弦杆及其腹杆组成，上下弦杆均采用直径1020mm、壁厚20mm的圆钢管，横跨于南北两端，端部嵌入砼拱脚柱，共同形成闭合拱结构，嵌入部分采用整段预埋方法，桁架吊装安装时连接。

拱脚柱除包裹钢桁架嵌入部分外，更需要承担主桁架传来的垂直和水平方向的巨大荷载，因而该柱体积大，钢筋用量多，一个拱脚柱砼用量达500m3，钢筋用量达150t，拱脚柱基础为地下连续墙箱形基础。

2拱脚柱特点及施工难点

拱脚柱外轮廓大体呈不规则曲面的厚板状结构，与水平面夹角成31°，横截面略似蝶状，柱脚至柱顶斜长度约为40m，厚度约2~4m，柱宽约6m~12.5m，立面略似喇叭状，沿纵向向上延展。

由于结构形状复杂的特点，设计方或已难以用普通规则结构的方法，通过平、立、剖、大样图的表达方式，详尽描述，因而只向施工方提供了建施的柱脚型心点平面定位图、柱脚透视图、每米高度柱脚断面放样图（带网格线），结施的柱表等设计图纸。

3施工准备

3.1施工依据不足的处理

经仔细研读设计文件，设计图纸均没有外轮廓的数据信息，无法进行外轮廓边线定位，不能满足施工要求，后经过与设计方交流协商，设计方另外提供了电子版三维模形图及全套CAD电子版图纸，并明确了施工方认为图纸数据不足时，可以通过CAD电子图取得相关数据后经设计方确认使用的原则。

3.2总体施工方法的确定

根据结构特点及合同价格确定拱脚柱施工采用经济的木模拼板方法而非昂贵的钢模板，并经多次讨论分析，一致认为施工难点首先在于测量定位放线，其次是模板及支撑系统安装，再次是钢筋的首次安装（插筋定位）。最终确定采用CAD技术取值、现场放样施测的施工方法，在现场先按全尺寸制作拱脚柱模型，建模后，施测出相关点坐标、高程等数据，然后再通过坐标换算方法将坐标数据转换为实际施工时的数据，另外将拱脚柱外轮廓线垂直投影到地面并作好标记，再进行施测及记录坐标数据，为之后模板支撑的立杆定位提供基准，并通过实体度量，进行模板、钢筋制作加工，为下一步进行安装施工做准备。

4制作全尺寸模型

利用平面组成立体的原理，按断面图制作各断面平面体，然后分别定位叠加固定后周壁用软性材料包裹而成全尺寸模型，当然模型的精度与所取平面的密度相关。

具体步骤是1场地选择：模型场地选择在样板区内；2读取数据：在CAD断面图上逐一量读出每断面图的所有基准网格线（经过0.0标高拱脚型心点的X、Y方向网格线）与网格线与外轮廓线交点的距离（也可以是交点坐标）；3放样：在地面上测出并定位拱脚型心定位点，依次施测并标记出各断面图的结构芯柱定位点、定位网格线、拱脚断面外轮廓线与网格线的交点，将所有交点平滑连接而成的平面图形就是拱脚柱全尺寸断面图，将各结构芯柱定位点连接成线，再施出其正交线并分别标记弹线，此正交线用于平面模型叠加时的测量定位；4断面模型制作：用φ16钢筋制作各拱脚柱断面图模型并标记十字；5立体模型制作：0.0标高断面模型直接按放样图摆放固定，设置摆放0.5标高模型支架，支架底部与0.0标高模型焊牢，支架上部加支承以方便摆动0.5标高模型定位，模型平面定位用经纬仪控制，务求模型上十字标记与地面正交线相吻合，如此直到19.5标高模型安放完毕，则拱脚柱立体模型骨架完成制作。当然在断面模型叠加过程中，需要完成一个加固一个，并且随高度设置支撑及操作平台等措施。

5拱脚柱施工

根据结构特点，选择分段施工浇注砼的方法，每2m为一施工段，共分10个施工段，每段施工时全柱安装模板，柱体底部安装支撑架，上面及侧面装模后需设置对拉杆件固定，下段砼浇注完并拆除模板后再进行上段施工。

5.1模板工程：

选择模板及支撑体系，模板采用18厚300宽松木拼板，板底木枋采用两根50mm×100mm，长0.9m松木枋，间距250mm，顶托梁采用φ48×3.0双钢管，模板支撑采用ф48×3.0钢管满堂脚手架，立杆纵横向间距为300×600mm，立杆步距h=1.2米，脚手架基础整平压实后浇100厚C20砼，内配φ10@250mm双向面筋。由于无法计算脚手架的搭设高度，支架前，先在实体模型里按方案排布好立杆并标记定位，然后在施工现场按模型里的设置进行排布，并直接量取搭设高度。

模板及其支撑体系受力验算：拱脚斜柱最高处约20m，顶端截面长、宽分别为12.5m、4m，为整柱中最大最不利截面，选择其为计算单元，并将其简化为同截面楼板进行计算，根据力学原理，将结构重力分解为沿结构纵向和垂直于纵向两个分力，沿纵向的力由结构自身承担，垂直于纵向的力由杆件承担，再将作用于杆件的力再分解为垂直的轴心力和水平的推力，根据等效荷载原理，可得出面板、木枋及顶托梁的计算单元板厚度为4.m×cos31°=3.43m，支撑架垂直受力计算的单元板厚度为3.43m×cos31°=2.94m，水平推力计算的单元板厚度为3.43m×sin31°=1.77m，因此模板体系和支撑体系需分别取值计算。

按普通结构模板及支撑计算方法，依次计算面板及木枋的抗弯、抗剪强度、挠度，钢管顶托梁的抗弯强度、挠度，立杆稳定性指标及地基承载力，各项目指标均满足要求。

整个模板体系采用水平环向箍锁定及双向全宽对拉螺杆蝴蝶扣锁定的双措施固定，每500高设置环箍一道，每1000设置对拉一道，环箍及对拉均用φ16钢筋，因结构为非平面，环箍空隙部位要用木契打紧，对拉杆承受砼浇注时产生的侧向力的验算与普通结构无异。

5.2钢筋工程

拱脚柱基础高度2.5m，芯柱直径3m，钢筋主要包括芯柱和外轮廓钢筋两部分，芯柱纵向钢筋为φ32@105共88根，外轮廓为φ25@150共165根，钢筋连接采用机械连接，钢筋工程施工难点在于钢筋定位、角度校准，其关键主要是柱纵筋的初始安放固定。采用全站仪测量技术定位环箍后安装纵筋的方法，具体步骤是：首先在实体模型中制作0.0标高水平环箍并标记定位控制点及纵筋安放位置；其次根据已知数据，换算出-2.5m环箍定位坐标；最后，用全站仪定位-2.5m及0.0m标高芯柱及外轮廓环箍并与基础钢筋焊接牢固，按标记依次安装拱脚柱纵筋并视情况增加环箍，将环箍与纵筋焊接牢固。0.0m以上钢筋安装方法采用常规做法即可。

5.3砼工程

拱脚柱与普通结构的砼施工方法相同，只是拱脚柱设计为清水砼，由于模板采用30宽木板拼接，必然会导致结构成型与设计图纸的偏差，影响外观美感，为减少这种偏差，采取了打磨修整的方法处理，务求达到平滑要求，最后涂刷砼保护剂。

结束语

高、大、复杂结构毫无疑问是工程施工中的难点与重点，本工程拱脚柱完工后，经各方评定，一致认为其施工方法技术可行、经济适用，观感效果基本达到设计要求，对同类结构施工具有借鉴作用。

参考文献

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[2]中国建材工业出版社[建筑工程测量与施工放线一本通]作者编委会2009-06.

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[4]JGJ130-2011[建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范].

[5]中国建筑工业出版社[实用建筑施工手册]作者编写组北京1997.