大型仿古建筑混凝土结构构架规划项目施工工法.doc

大型仿古建筑混凝土结构构架施工工法隧道网 www.stec.net(2005-6-22)来源：隧道网 中国古代建筑是以木构架为主的一种结构方式，随着时代的发展，经过不断地创造，逐渐形成了世界上独一无二的建筑体系和独特风格。木构架有两个明显的特征：一是运用斗拱，二是采用榫卯安装把各种不同形状的木构件组合在一起。现阶段由于混凝土结构的发展，除修缮工程仍采用原结构体系外，其他新建、复建古建筑，多采用钢筋混凝土结构代替部分木构架形成了现阶段的仿古建筑。为了达到油漆彩绘之后与木构架相同的效果，对仿古构件的制作与安装以及现浇古构件都提出了很高的要求。山西省第一建筑工程公司19982002年承建了永济鹳雀楼复建工程及其景区门殿、门房、商业用房(仿古建筑)工程，在工程施工中，QC小组以“运用QC方法，确保鹳雀楼复建工程预制构件安装分项创优”及“创新仿古异形混凝土结构的施工技术”为课题进行活动，其活动成果分别获二OOO年度全国优秀成果奖及二OO一年度全国建设工程系统优秀奖，并在工程施工中有着显著成效。由于该工程施工质量优异，在现代仿古建筑施工中有推广应用价值，特编写此工法。 一、特点 现代仿古建筑是用现代建筑材料、现代施工技术及现代施工工艺施工的再显古建风采的建筑。仿古构架柱头节点的处理是体现仿古建筑艺术效果的关键。 节点处的分层流水，构件安装与现浇部分的交叉施工、搭接工艺的有序分解，仿古构件的有效组合，同层构件标高的合理控制，使得构件层次清晰、受力明确、结构安全可靠、施工操作灵活、工效显著。 混凝土结构代替部分木构架有下列优点： 1可节约森林资源保护环境，减轻消防控制负荷，同时可解决防虫、防腐等问题。 2可充分发挥现代建材的优势，提高结构安全度。 3可利用混凝土的可塑性，采用现代施工工艺满足多件仿古构件艺术线条的统一时还可以达到木构架的总体艺术效果。 二、适用范围 本工法适用于各类仿古建筑结构构架的施工。 三、工艺原理 一个系统建筑自有其一定的法式，如语言有文法与辞汇。中国建筑则以柱额、斗拱、梁、瓦檐等为其“辞汇”。施用柱额、斗拱、梁等之法式，为其“文法”。其构架特征之一是运用斗拱，特征之二是采用榫卯安装把各种不同形状的木构件组合在一起，榫卯安装使得梁架、斗、拱、额枋、柱子等构件联结严实牢固，负荷有力。而现代仿古建筑是根据木构架的层次分解构件，按结构的受力情况做成混凝土的单体构件(代替木制斗拱)。预制构件与现浇节点的连接采用二次浇筑混凝土(代替榫卯安装)，经过预制、现浇多层叠合施工，使其形成具有古建筑特点的刚性混凝土结构构架，当古建筑吊顶以下部分为明袱作法时，则要求仿古建筑吊顶以下各构件为清水混凝土。仿古建筑结构构架的清水混凝土经过油漆彩绘之后要达到木构架的整体艺术效果。 四、工艺流程 五、操作要点 (一)平面弹线 结构施工前，平面放线，要设十字中线控制桩、外槽轴线控制桩、主楼外转角45控制桩。各层施工前用激光经纬仪将十字中线，外槽轴线投测到楼面上，放出各轴线位置，角柱轴线放出后，用45角控制线校核，无误后弹各轴线，并将角柱的45线随之弹出。 (二)柱子施工 1弹柱边控制线。根据模板情况，弹放柱边控制线，每侧宽出模板边100mm，以利检查、校正模板。 2绑柱钢筋。竖向钢筋采用锥螺纹连接，箍筋采用螺旋筋。设主筋定位卡，控制主筋位置。在柱头卷刹处，柱主筋变位处，放内、外双定位卡，就位钢筋。 3支柱模板。根据柱边控制线，用水泥砂浆找平。待有强度后，安放柱模(钢模)校正，并用钢管架子固定。注意有侧角柱的柱头偏侧方向及位置要准确一致。 4浇混凝土。混凝土采用塔吊运输及泵送均可，每500mm高振捣一次，防止漏振。用泵送时，泵管架子不得与柱模架子相连，防止泵管振动影响柱子位置的准确性。浇注高度至额枋底。 (三)柱头卷刹及额枋施工 柱头卷刹时代性较强。根据建筑年代设定，唐代建筑为平剖圆形，立剖为双曲线的曲面，模板加工难度较大，可根据工作量的大小，制作钢模或木模。 1支额枋底模。柱子拆模后，将楼层500mm标高线用水平仪抄至各柱，并将轴线引至各柱(包括45线)。搭设模板架子铺底模，可在钢模上再铺光洁度好的覆面竹胶板，满足清水构件表面观感的要求。 2穿额枋钢筋及栌斗钢筋。根据标高及轴线位置，找准额枋钢筋位置(注意圆柱主筋的变位影响)，编号穿筋。在柱头处还应将上部栌斗竖向变形筋就位(注意在柱内的锚固长度)。 3支额枋侧模及柱头模板。柱头模板在卷刹下部为局部圆形，与额枋侧模相接，圆模上部与卷刹模板相接。用钢制卷刹模板时在下面法兰处应留螺栓孔与圆模相接、确保卷刹位置。额枋侧模用钢模内衬竹胶板(注意与卷刹相接处是曲线相交)，满足素面清水要求。 4浇混凝土。此段混凝土浇筑，要注意标高准确、确保卷刹与栌斗相接处高度一致，混凝土的竖向留槎可设在柱与额枋相交处。 (四)构件制作 1模板试制、验收、制作与安装。 (1)模板试制采用木模： 1)斗模板制作，斗的外侧模板分两组四片组成，每片50mm木板上贴欹高部分曲线反模制成。其中一组斗模板的长度为：斗的上宽加另一组模板厚再加开口固定长度；另一组斗模板的长度为：斗的上深加榫长(两组模板相交处长模板的开槽深度)。 2)拱模板制作，拱模板也分为四片制作，两侧面为成对模板，预留筋处用堵头模，拱头卷刹处，不论拱辨多少均做成整模。侧模是在50mm木板上贴反刻拱眼，拱头卷刹宽度为拱宽(材宽)。 (2)试制模板验收：模板制作好后，按设计尺寸仔细检查，斗应注意欹高、颇深处的曲线。拱应注意拱头卷刹、各拱辨曲线、颇深及拱眼刻深，分片检查之后，进行组装，试浇素混凝土构件一个。拆模后，除检查各尺寸外，设计人员验收构件的艺术效果，不满足艺术效果时，设计人员修订个别尺寸。斗、拱外形满足艺术效果时所用的模板，即可作为样板模板。 (3)施工用模板制作：按斗、拱的样板模板制作施工用模板。将使用次数多的特殊部位模板可作成工具式钢模板。配模数量根据构件数量、工期及加工场地、能力而定。 (4)模板安装： 1)斗模板安装。预制场地要平整，并铺放表面平整度好的钢板或竹面胶合板。核对钢筋半成品。核对斗模板种类。支斗模板并在斗的长模端头开双口用木拉板卡在开口处固定侧模，上口固定是在安完预留洞芯模及斗模板后用内顶、外卡方法固定。注意斗心预留洞的模板要毛面且有稍度，便于脱模。 2)拱模板安装。选择拱头卷刹模板，放于光洁度好的底模(钢模、竹胶板、钢板均可)上。安放拱钢筋半成品(注意核对构件种类)。合拱侧模，并安放拱堵头模板，拱的侧模在两端头开双口用木拉板卡在开口处固定。拱与斗连体制作时，拱侧模是带斗模的组合模板，按上顺序合完模板后，安放斗钢筋半成品并加斗心预留插筋，再安一组斗的短模，拱侧模外再垫木方与斗模外皮垫平，并用大木方加对拉螺栓夹板式固定。斗口处内顶、外卡固定。 2钢筋制作、绑扎。 (1)斗、拱钢筋均为异形钢筋，制作前先用三合板放出斗、拱1：1剖面大样，画出钢筋位置。 (2)钢筋成型时比照大样图制作、编号并标识堆放，注意拐点及曲线矢高。 (3)斗、拱钢筋绑扎。按照图纸要求，仔细核对钢筋的规格种类，确认无误后，按构件种类分批进行绑扎、验收，并按构件种类分别标识、堆放。使用时，按设计保护层厚度垫放塑料成品保护层垫块。 3浇筑混凝土。 (1)配合比设计：混凝土原材经取样、试配后，其施工原材料及配合比应相对固定，并以此来减小混凝土构件观感色差。试配时在保证混凝土强度的前提下，可调增砂率，这样的混凝土拌合物易于浇捣成型、表面光滑。 (2)混凝土浇捣：混凝土经机械搅拌后，水平运输至浇筑地点。入模后用振捣棒振捣密实。为减少构件表面气泡，采用二次振捣法施工。 4构件修补、标识、验收、弹线。混凝土终凝后，既可拆除构件侧模，此时混凝土还没有强度，拆模时要特别小心，尽量避免磕碰构件楞角。拆下的模板要刷油备用。拆模后随即用混凝土原浆配合比加107胶制成的砂浆对构件表面的气泡、麻面等进行修补。注意不得使楞、线变形。修补砂浆终凝后进行养护，7d后用砂布将构件表面磨光。并将构件种类标识在非明露面。构件验收国家及行业没有规范，按后面质量标准进行验收。验收合格的构件，按上架要求，将中线及相关控制线弹在构件表面。按平面布置分类堆放。 (五)脚手架搭设 脚手架除满足规程外，尚应满足下列条件： 1脚手架杆不得遮挡各控制线。 2脚手架杆要躲开所安构件及现浇构件的位置。 3检查安装用脚手架的稳固性，必须达到牢固、稳定并设置安全防护。 4检查构件安装的稳固措施是否到位。 (六)构件安装 1构件就位。 (1)核验构件种类，确认无误后，吊至安装处。 (2)将拱底中线对准柱相应轴线安放，安放时注意拱预留筋插入圆柱筋内的位置柱筋先绑扎)，调整钢筋位置，保证构件校正有余量。 (3)临时固定。构件基本到位后，调整钢架管、扣件锁定，在构件与钢管接触处先用木楔等稍软东西垫设，临时固定后即可摘钩。 2构件校正、固定。 (1)构件校正按标高、轴线、控制线进行：先校正构件的标高、再校正中线，基本符合要求后，再检查构件的垂直度、平直度及构件的控制线(构件的进出错位)，进行构件的二次调整，同时还需对多层构件者进行垂直对齐校正，均符合要求后，进行初验收。在单柱头上分层构件校正好后，应与相对应的柱头上相应构件相互校核，确认允许偏差达到要求后即可固定。 (2)固定： 1)人字拱固定：将人字拱上埋件与下部额枋上埋件先点焊固定。之后再次检查各控制线，确认允许偏差不超标时，再进行满焊。 2)其他构件固定：斗、拱、枋等构件均与现浇构件相连，其固定在现浇构件的钢筋、模板检查无误后，浇筑混凝土予以固定。 (七)现浇异形混凝土构件施工 1现浇构件异形模板的试作。 (1)现浇拱模板同构件制作模板。 (2)隐刻枋模板：采用竹胶板作基面，上贴反刻木模制成。 (3)月梁模板：月梁是古建筑构架中明袱的一种梁，其据年代及地域不同形式大不相同。北方唐时的月梁是由端截面的矩形组合到中部的鼓形剖面，而且变截面处是多向弧线相切。现要作成混凝土构件，模板制作难度很大。由现场据设计图纸放1：1大样、试作、经设计人员认可后，进行正式模板批量制作。模板表面刮腻子、刷油漆保证其平光密实。 2异形钢筋的制作安装。根据构架分解情况，理清钢筋所在位置，并根据编号放样，局部采用1：1样板协助制作。个别钢筋弯折部分穿透5层构件，绑扎时，要注意先固定穿层多的主筋，最后穿单层平筋及箍筋，在绑扎箍筋时，要注意有构件通过时，先按数量放好，待构件就位后再绑扎。在封模板前按设计保护层厚度垫设成品塑料垫块。 3模板安装。根据构件分层情况，先支底模，待钢筋绑扎完、同层构件以及与之相连的预制斗安装完后，支安侧模。由于构件所处位置不同，大多数侧模是分多片(构件影响)或是多处开口。支放时要注意保证构件安装位置不能动，修整校正模板，然后就位，模板就位后，要再次校核构件位置，确认无误后，堵塞模板缝。加固时架管不得阻档各控制线，也不得占用上部构件位置。 4浇筑混凝土。现浇部分构件大小不一，浇筑时不得用吊斗直接下放，要制作特形溜槽或簸箕使混凝土拌合物到位。振捣时要注意，不得在模板上振。要快插慢拔保证混凝土密实。 5拆模修补。待混凝土稍有强度后，将影响上部工序的侧模拆除，并随之修理模扳就用掺107胶的同混凝土配合比的砂浆修补混凝土缺陷处表面。 (八)柱头节点处理 1节点处应处理好结构与艺术的统一。须在施工层的划分、模板接缝、构件接槎等细部采取有效的措施来控制。 2预制构件的制作打破了木结构榫卯连结的常规，分体的斗拱可整体制作，对称的令拱等可连件制作，与现浇构件连接处，可吃入10mm，保证成型后线条的整体性。 3节点处构件的连接，锚固、焊接工序必须经验收后，方可转入下道工序施工。 4各节点施工缝处，模板拆除后及时凿毛，用高压水清理干净，合模前再次清理并润湿。 5因仿古结构柱头构造的特殊性，柱子不能一次施工到顶，需留设多道水平施工缝。应在第一道施工缝处，增加竖向构造加强筋至柱顶。 (九)框架梁板以及屋盖的施工 1框架梁板施工。出檐部分檩桁与框架梁板一起施工，除檐檩外，其他均在吊顶内不需作成清水混凝土，常规施工即可。檩、桁上面承托屋檐，其上表面是斜面。施工时，注意同方向坡度一致，埋件位置准确，以免影响下部工序(椽子安装)。 2屋盖施工。屋盖横剖是折线形，纵剖两端头翘起。支设模板时，要注意拐点位置。满足屋面的变坡要求。 (十)清理、修补、落架 在架子拆除前，要对所有构件进行清理，发现气泡、麻面等缺陷随即修补，并用磨光机打磨平整光滑。待检查验收后即可落架。 拆架时要特别注意安全及成品保护，只能下传，不得乱掷，以免砸坏构件。 六、主要机具设备 主要机具设备见表1。表1 主要机具设备表 七、劳动组织 本工法在组织实施时，采用流水作业、交叉施工，木工班、混凝土班、构件安装班、钢筋班根据施工进度由工长做好工序协调工作，统一安排、分段作业、流水施工。混合大班作业人员每班控制在30人左右，其中安装人员不少于8人。 八、安全措施 1上架安装构件，要按照安全规定佩戴安全带。 2垂直运输构件要设专人指挥，防止高空滑落、坠落等事故。 3层间操作平台、架体外围要铺脚手板，挂安全网，进行安全防护。 4安装用脚手架要有方案、有交底、有验收记录，安全稳固方可上人操作。 5各种电动工具要有漏电保护器。上架操作人员要穿绝缘防滑鞋。 6非机械操作人员不得上机操作。 7，交叉作业量大，加强个人安全防护意识，戴好安全帽。 8六级风以上，高空作业禁止施工。 9暑期施工注意防暑降温。 九、质量要求说明 严格按混凝土结构工程施工及验收规范GBJ 5020492施工验收。国家标准及行业标准中，没有预制大型清水混凝土仿古构件的检验标准，也没有大型混凝土仿古构件的安装标准，为此依据古建筑修建工程质量检验评定标准CJJ 3991(北方地区)、建筑安装工程质量检验评定统一标准GBJ 30088及设计图纸要求、结合工程具体情况，制定企业内控标准进行质量控制。经相关方认可用于施工验收。 1仿古构件制作的检验标准。 (1)保证项目与普通混凝土构件相同。 (2)基本项目除满足普通混凝土条件外，其表面观感还应达到洁净、光滑无挡手感。 (3)允许偏差见表2和表3。表2 混凝土斗允许偏差表3 混凝土拱允许偏差 2仿古构件的安装检验标准。 (1)主控项目： 1)构件的钢筋、混凝土强度等级符合设计要求，材料合格证、试验报告、混凝土强度报告均归档备查。 2)构件的型号、位置、锚固必须符合设计要求、且无损坏变形、构件标识在非明露面。 3)构件安装按分解层次有序进行。 4)构件安装焊接牢固，搭接长度、焊缝长度均满足要求。 5)构件接头处混凝土振捣密实、认真养护，强度满足设计要求。 6)构件接缝处外观顺直、无蜂窝、露筋等现象。 (2)允许偏差项目见表4。表4 仿古构件安装允许偏差 3成品保护。 (1)构件尺寸要求一步到位，均为非抹灰构件。拆模、移动时注意保护棱角避免磕碰。 (2)搭拆架子，要相互传递不得乱扔。 (3)模板与构件相接处用海棉条堵严，以减少新混凝土浆液外流。如发现浆液外流应及时清理，避免有强度后清理困难、造成外观不整洁。 (4)构件安装、校正时严禁用硬东西，死别硬撬损坏构件，一但构件损坏，应更换合格构件重新安装。 (5)上部结构施工时，下部的构件应搭设临时防护棚，保护已施工完结构。 十、效益分析 1仿古构架取代传统的木构架形式，综合环保、资源、经济、技术、艺术方面，具有深远的社会效益。 2仿古混凝土构件模板质量的好坏决定着构件的质量。曲线部分采用特制工具式钢模，易于保证工程质量。 3混凝土斗、拱连体制作，可减少安装工作量，加快安装速度。 4钢筋混凝土仿古建筑，部分构件采用预制安装，与全现浇结构相比，施工灵活、方便，可加快施工速度。 5仿古建筑中，混凝土构件安装采用刚性连接节点，代替了古建筑木结构构件的榫卯安装，提高了结构的安全度、耐久性。 6现代施工技术可满足同类构件、多件尺寸及艺术线条的统一，安装后可达到木构架的总体艺术效果。 十一、应用实例 山西省永济市鹳雀楼复建工程是一个规模、难度较大的钢筋混凝土框架剪力墙结构的仿唐式三层四檐古建筑。建筑总高73.9m，古建筑面积为8222m2。鹳雀楼复建工程就是采用钢筋混凝土预制古建筑斗、拱、枋安装及现浇圆柱、月梁、枋组合成的一座古典式建筑。该工程要求混凝土表面平整光洁、曲线优美、尺寸一致、不再进行抹灰装饰。使彩绘在混凝土构件表面处理后，直接进行。鹳雀楼复建工程中用材之大(斗口、拱宽达280mm)，安装难度之大(单个拱件达100kg以上)，且安装数量也多(仅斗有19种5700余件、拱有21种2900余件，加上枋总计有1.1万件之多)，尚属国内少见。由于预制混凝土斗、拱质量优异，为构件安装分项达优创造了良好的条件。在施工过程中，使QC小组以运用QC方法，确保鹳雀楼复建工程预制构件安装分项创优为课题的活动成果，获2000年度全国优秀成果奖。这些都为主体分部创优打好了基础，QC小组另一成果创新仿古异形混凝土结构的施工技术又获二OO一年度全国建设工程系统优秀奖。该工程2003年被评为鲁班奖工程。鹳雀楼复建工程及其景区门殿、门房、商业用房(均为单层仿古建筑，仿古建筑面积为3170m2)工程的施工中采用本工法组织施工，构架质量优异。设计、监理、建设单位都较满意，并受到多位来过现场的古建专家的好评，使安装完的构架达到了木构架所表现的艺术效果。同时企业也取得了良好的经济效益，仅异型模板设计就节约木材255m3，节省投资42.74万元。