大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法

《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》是中國建築一局（集團）有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是胡建、劉冰、許廷志、閆闖、王永、夏芬、印芳；適用範圍是混凝土結構的穹頂屋面施工，也可作為異性斜屋面施工參考。

《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》主要的工法特點是：安全性高、成型效果好、成本節約。

2019年12月11日，《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》被廣東省住房和城鄉建設廳評定為2019年度廣東省省級工法。

基本介紹

• 中文名：大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法
• 工法編號：GDGF628-2019
• 完成單位：中國建築一局（集團）有限公司
• 主要完成人：胡建、劉冰、許廷志、閆闖、王永、夏芬、印芳
• 審批單位：廣東省住房和城鄉建設廳
• 主要榮譽：廣東省省級工法（2019年度）

形成原因

截至2019年，西方的歐式風格以及中國的傳統建築形式已成為中國國內建築的潮流模式，穹頂造型美觀，是中國古典建築與西式宗教建築風格的結合。市場上大部分建築材料抗壓能力強，抗剪、抗彎、抗拉的能力較差，而穹頂可將上部荷載轉為“拱”的軸向壓應力，而不產生拉、剪、彎的應力，可以節省建築材料，具有美觀和節能的雙重優點。

華為產品研發園項目穹頂直徑約11米，中國建築一局（集團）有限公司在施工中對模板支撐架最佳化，摸索、總結出《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》，以供同類工程參考。

工法特點

《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》的工法特點是：

1、安全性高

採用鋼管扣件式滿堂架作為整個穹頂屋面的支撐體系；選用Φ48×3.5鋼管作為模板的主次龍骨，相比木方龍骨整體性及剛度增加；採用溜槽澆築混凝土，控制混凝土自由下落高度。

2、成型效果好

採用預製模板，尺寸精確度高；模板彎曲處理，在模板的內側進行切縫；選用自密實混凝土澆築，確保成型效果。

3、成本節約

模板採用雙層曲面模板拼裝而成，拼縫處採用膩子填塞抹平，防止漏漿，減少後期修補費用。

操作原理

適用範圍

《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》適用於混凝土結構的穹頂屋面施工，也可作為異性斜屋面施工參考。

工藝原理

《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》的工藝原理敘述如下：

搭設滿堂架作為穹頂屋面的支撐架，穹頂支撐架與周邊樓板支撐連線架成一個整體；放線標記緯度龍骨標高位置和距離中心線的距離，搭設斜支撐；計算龍骨的弧度，並現場製作；擺放主龍骨（緯度方向）與次龍骨（經度方向）並進行焊接加固，形成整體鋼架，然後配置模板，模板尺寸要求精確，內部間隔50毫米雙向切縫，應控制縫深避免破壞模板強度；鋪設預製曲面模板時，拼縫的位置填塞膩子並刮平，防止漏漿，雙層模板採用三段式止水螺桿對拉加固，用於控制板厚和防止後期此部位滲水；鋪設面模板，並在穹頂中部標高位置面模板上水平間隔1.5米預留澆築洞口，方便下料、振搗和觀測混凝土澆築情況；混凝土澆築至預留洞口位置時，封閉洞口，進行上部混凝土的澆築。

施工工藝

• 工藝流程

《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》的工藝流程見圖1、2。

圖1 工藝流程圖

圖2 工序概覽

操作要點

《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》的操作要點如下：

一、測量放線

在下層砼樓板上彈出穹頂水平投影線，包括圓心點、穹頂平直段水平投影線、穹頂底部內梁邊水平投影線及穹頂底部邊200毫米控制線。

在屋面結構的模板工程開始施工之前，要求在樓面板上進行控制線的投放；同時要求把斜屋面平面布置的輪廓線投放出來。測量員、木工工長、質檢員、技術員均要求對上述測量放線情況進行跟蹤檢查，以確保屋面輪廓線投放的準確性，進而保證屋面結構的模板支設質量。

根據施工圖紙的標高標註情況，計算出屋面各個角點的標高數值並標註在樓面斜屋面輪廓投影線的相應位置上。木工工長、質檢員、技術員要求對標註在樓板上的斜屋面各個角點完成標高進行一一核實，以便於工人選取合適長度的鋼管立桿進行滿堂架搭設，進而保證對斜屋面結構模板支設標高的控制。

二、滿堂架搭設

1、採用滿堂架作為整個穹頂屋面的支撐體系，穹頂屋面滿堂架與周邊樓板支撐架為一個整體，保證架體整體性，搭設高度滿足相關規範要求，如圖3。

圖3 滿堂架搭設示意圖

2、屋面結構模板支撐滿堂架立桿距梁側、柱邊的間距為300毫米。

3、立桿間距900毫米，步距1500毫米，水平桿橫、縱兩個方向拉通設定，立桿離地200毫米處兩個方向各設定一道水平掃地桿。

4、立桿接長嚴禁搭接，必須採用對接扣件連線，相鄰兩立柱的對接接頭不得在同步內，且對接接頭沿豎向錯開的距離不宜小於500毫米，各接頭中心距主節點不宜大於步距的1/3。

5、在滿堂支撐架體外側周邊及內部縱、橫向每5米~8米，設定由底至頂的連續豎向剪刀撐，剪刀撐寬度為5米~8米。剪刀撐桿件底端與地面頂緊，夾角為45°~60°。在豎向剪刀撐頂部交點平面應設定連續水平剪刀撐，水平剪刀撐至架體底平面距離與水平剪刀撐間距不宜超過8米。

6、立桿伸出頂層水平桿中心線至支撐點的長度a不應超過500毫米。頂托的伸出長度不宜超過200毫米。

7、沿梁兩側立桿搭設水平鋼管（水平桿中部加設兩根頂托、立桿），用於擺放梁底木方。

8、穹頂內側最底部需設定水平剪刀撐，中間高度位置加設水平剪刀撐。

圖4 水平剪刀撐搭設示意圖

9、穹頂外雙排防護架同時支設，超過穹頂邊1800毫米（即標高17米），外架滿掛安全網。

三、龍骨安裝

1、穹頂龍骨安裝的順序為：斜撐的固定→緯度主龍骨固定→周圈經度龍骨固定→微調整體弧度及加固。

2、搭設內龍骨的支撐斜桿，與內側滿堂架用旋轉扣件連線，不得少於三個連線點，如圖5。

註：斜撐加固時，周圈支撐點控制在同一水平標高上，且斜撐高度應按照計算主龍骨標高設定。

圖5 斜撐搭設示意圖

3、主龍骨，採用雙排Φ48×3.6的鋼管，根據不同位置確定鋼管的弧度，同一標高兩根鋼管用現場廢鋼筋頭（4根Φ22~25）焊接成整體，現場加工，如圖6。

圖6 主龍骨搭設示意圖

註：外側主龍骨採用兩根Φ25的鋼筋材料，背楞根據穹頂各標高處直徑採用現場加工製作。

4、次龍骨，採用單排Φ48×3.6的鋼管，間距250~300毫米，與主龍骨焊接固定，通過計算，確定鋼管的弧度，現場加工，如圖7。

圖7 次龍骨搭設示意圖

5、計算方式如下：

圖8 模板及經度鋼管拼接弧度

圖9 鋼管標高排布圖

四、模板拼裝

1、模板採用18毫米厚木膠板，為將木模板現場加工成雙曲面，沿模板經緯方向每隔50毫米進行切槽處理，槽與槽之間模板表面輕微切割，保證模板整體性、弧度滿足要求，且不得破壞模板的整體強度。

圖10

2、施工流程

定位放線→鋪放模板→將模板與背楞用釘子釘牢→鑽穿螺栓孔→模板拼縫膩子修補→鋼筋綁紮→插放防水、固定穿牆螺栓→鋪面模板→緊固螺栓→驗收→澆築第一段混凝土→第二段混凝土澆築。

3、施工工藝

①配模拼裝：

內外模板均採用放大樣方式現場預製、分段組拼，每一段的高度根據膠合板的規格確定穹頂的弧長；外模與內模之間通過三段式止水對拉螺栓連線。

在每段模板安裝前，先找出每段模板上下兩邊的圓心，在滿堂架上加固好，圓心不能移動，然後將按照實際放樣組拼好的分片模板先後進行現場組裝，與模板背楞連線，根據每道對拉螺栓的所在的緯線圓半徑進行校正、固定，確保模板弧度的準確性。

圖11 模板預製拼接圖

②底模拼縫的位置採用膩子抹平，防止混凝土澆築過程中漏漿，減少拼縫及後期頂面的修補工作。

③外模板支設時在穹頂中部標高位置設定澆築口和振搗口，洞口尺寸400毫米×400毫米，沿穹頂中部標高位置間距1.5米設定1個，以便混凝土下料、振搗棒下伸至穹頂底部和觀察混凝土填充是否密實，混凝土澆築至振搗口位置後，將振搗口位置外模封閉，繼續澆築穹頂上部混凝土（澆築口封閉模板事先準備，封閉時間控制在半小時內完成，保證上下層混凝土相互粘結緊密，防止出現冷縫）。

圖12 在外模的中間高度設定澆築口

④內外雙層模板採用三段式止水對拉螺桿固定，對拉螺栓緯向間距500一道。螺桿拆除後使用水泥砂漿加108膠封堵。

圖13 內外模板用三節止水螺桿對拉固定

⑤頂部800高檐口部位，對撐吊模加固，如下圖：

圖14 頂部吊模加固示意圖

圖15 混凝土澆築完成模板拆除

五、混凝土澆築

1、由於穹頂後期裝修的特殊性，為保證穹頂混凝土觀感質量，減少後期頂面修補，混凝土採用自密實混凝土，在保證混凝土強度的前提下適當加入減水劑和粉煤灰從而減少水泥用量，降低水化熱。混凝土坍落度控制在120~140毫米，澆築順序由底到高，周圈循環澆築。

2、澆築形式採用塔吊加溜槽的方式澆築，混凝土自吊斗口下落的自由傾落高度不得超過2米。

3、底部混凝土通過模板中部預留洞口澆築、振搗，澆築完成後將振搗口位置外模封閉，繼續澆築穹頂上部混凝土。

4、如需留設施工縫，在新舊混凝土接口位置，埋設4×300止水鋼板。

5、混凝土澆築完成後，為減少砼的水分散失和塑性開裂，必須從砼入模開始就進行濕養護，砼初凝之後，宜採取薄膜覆蓋，並及時澆水，以使砼能及時散熱，養護齡期不宜少於14天。

6、上層拆模時間應大於3天，最好7天以後。

材料設備

《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》所用材料：模架及相關組件、普通模板及架體材料、測量放線所需全站儀、經緯儀、水準儀和雷射鉛垂儀；準備好支模、拆模所需的塔吊等機械，具體數量及用途如下：

表3 材料設備表

序號	材料名稱	規格	部位
1	鋼管	Φ48×3.5	弧度弦桿
2	鋼筋	Φ22~25	連線桿件
3	1~2米鋼管	Φ48×3.5	鋼管斜撐
4	3~6米鋼管	Φ48×3.5	模架架體
5	扣件	十字扣	鋼管連線
6	扣件	轉角扣	鋼管連線
7	扣件	一字扣	鋼管連線
8	木膠板	18毫米	模板

表4 機械設備表

序號	機具名稱	規格	單位	數量	備註
1	冷彎機	╱	個	1	加工弧形鋼管
2	木工電鋸	╱	個	5	切割方木、木膠板
3	砂輪切割機	╱	個	2	切割鋼管、鋼筋
4	電焊機	BX-500	個	2	╱
5	氧焊設備	╱	套	1	鋼管加工
6	水準儀	DZS3-1	套	1	╱
7	線墜	2千克	個	2	╱
8	經緯儀	TDJ2E	套	1	╱
9	塔吊	QTZ6013	個	1	╱

質量控制

《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》的質量控制要求如下：

1、質量標準

（1）混凝土配合比應計量準確，混凝土平均強度應不低於設計強度。

（2）混凝土表面應平整，振搗密實，不準有蜂窩、露筋、裂縫等缺陷。

（3）混凝土現場測定的坍落度與配合比要求的坍落度允許偏差不大於20毫米。

表5 構件施工尺寸誤差範圍

項目	部位	允許偏差（毫米）	檢測方法
軸線位置	薄殼內側	5	鋼尺檢查
標高	全高	±30	水準儀或拉線、鋼尺檢查
截面尺寸	薄殼壁厚	+8，-5	鋼尺檢查
混凝土表面觀感	薄殼內外表面	無	目測

註：檢查軸線、中心線位置時，應沿縱橫兩個方向量測，應取其中的較大值。

2、質量保證

（1）混凝土澆筑前向商混凝土公司進行技術交底，水泥、砂、石、外加劑等材料質量，外加劑的摻量以及混凝土配合比、坍落度的控制。

（2）施工員、質檢員、技術員、操作班組長等有關人員必須在現場崗位，及時檢查確保質量，做到萬無一失、安全可靠，保證混凝土的布料、振搗、施工縫的留設及處理，混凝土的養護等。

（3）技術員應作好施工方案交底，指導施工人員嚴格按設計及方案施工，加強監控。

（4）混凝土澆築時，各工種應密切配合，電工必須保證電路暢通及設備正常運行，木工班和鋼筋班必須安排專人跟班檢查，如有爆模、塌模、插筋管道和預留孔、預埋件有無走動情況。當發現問題時，應立即停止澆築，並及時進行處理，經複查合格後才可再繼續澆築。

（5）上下傳遞工具要逐個進行傳遞，嚴禁在傳遞時進行拋擲。

（6）模板整片裝用時，要做好加固措施，防止模板翹曲變形。

（7）為了保證混凝土強度，外模在混凝土澆築完2天后拆除，內側模板在混凝土試塊強度達到設計強度100%後拆除。

（8）鐵皮中釘子需牢固訂到模板上，邊角處不得留設空隙，中間位置可少訂。

安全措施

採用《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

（1）安全部門及施工員應分別對操作人員進行班前班後安全教育、安全技術交底，操作人員應嚴格遵守安全操作規程，參加施工人員應熟悉該工程的安全操作規程。

（2）安全員在完成每道工序時，應按設計與規範進行檢查，做到與設計規範相符為止，否則應及時通知有關人員加以處理。

（3）配備並使用好個人防護用品、安全防護設施，施工人員進入施工現場應佩戴安全帽，禁止穿拖鞋、高跟鞋進入施工現場，不得在現場打鬧，嚴禁酒後作業。使用振動器的作業人員，應穿膠鞋，戴絕緣手套，使用帶有漏電保護的開關箱。振搗器的電源膠皮線要經常檢查，防止破損。

（4）鋼管及扣件要符合2019年前已執行的國家標準《鋼管腳手架扣件》（GB15831）的規定；木材要選用質量好的木方，不得使用腐朽、霉變、折裂、枯節的木材；膠合板厚度不得小於9毫米，並應符合國家2019年前已執行的標準《混凝土模板用膠合板》（ZBB70006）的規定。

（5）模板施工方案要嚴格編審程式，施工過程中要嚴格按施工方案執行，防止出現坍塌事故。

（6）模板支架搭設時，要與下部結構構件聯成整體，縱橫剪刀撐要隨立桿與水平桿同時搭設，不得搭設完立桿與水平桿後再加設剪刀撐。

（7）模板支撐體系半球內鋪設操作平台，特種作業人員要持證上崗，系好安全帶，防止高空墜落。

（8）球環部位混凝土澆築時要分層澆築，每2米高澆築一次，保證架體荷載均勻，防止局部失穩；球冠部位傾倒混凝土時不要堆放過高，隨時耙平，防止局部荷載過大。

（9）遇有六級以上大風等惡劣天氣停止作業。

環保措施

《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》的環保措施如下：

1、嚴格遵循國家有關環境保護的法律法規、標準規範、技術規程和地方相關檔案的規定。

2、施工前各班組工長應對該班組進行詳細的環保交底。

3、混凝土振搗採用低噪音振搗棒，振搗時不得碰到鋼筋。

4、現場設定洗車池和沉澱池、污水井，罐車在出場前均要用水沖洗，以保證市政交通道路的清潔，減少粉塵的污染；沉澱後的清水重複使用。

5、廢棄混凝土垃圾應集中存放並及時清運，保持工完場清。

6、施工污水經沉清後有組織排放。

效益分析

《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》的效益分析如下：

一、工序銜接：屋面造型大面平整度滿足精裝修尺寸要求，待細微修補即可移交精裝修單位進行施工，可滿足工程進度需求。

二、社會效益：通過該工法，滿足了屋面造型精度需求，是優質施工質量的體現。

三、經濟效益：

1、屋面穹頂造型不需進行大量修補即可進行精裝修，節約了整改帶來的工期延誤及人工整改費用，同時可儘快投入使用。

2、採用該工法施工，可避免混凝土從下口部位溢出，造成混凝土浪費，節約成本。

表6 採用本工法與普通做法效益對比表

分項工程	底部混凝土溢出量（估算）	人工清理費（估算）	材料費（估算）	表面修補費用（估算）	合計
採用該工法施工穹頂屋面	╱	130（1人）	╱	260（2人）	390
普通屋面施工（單層模）	2立方米	1040（8人）	600（2立方米）	390（3人）	2030
普通屋面施工（雙層模）	╱	130（1人）	╱	1300（10人）	1430
採用該工法節省費用	1-390/[（2030+1430）/2]×100%=77%

註：施工費用以2019年施工材料價格計算

套用實例

《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》的套用實例如下：

1、工程概況

華為產品研發園項目位於廣東省深圳市華為坂田基地K區，項目總占地面積約7.7萬平方米，總建築面積約13.5萬平方米，其中地上面積為3.77萬平方米，地下面積為9.73萬平方米，主要建築由1棟三層會議中心（A樓）、2棟二層辦公樓（B樓、C樓）、配套設施及地下二層（局部地下三層）停車庫、設備房組成。

2、工程施工簡介

該工程內側主龍骨（緯度方向）及內側次龍骨（經度方向）均採用Φ48×3.5鋼管的支模方式。各施工作業有序進行。通過該工法，較好的控制了屋面穹頂的平整度，滿足了屋面精裝修尺寸要求，獲得了較好的社會效益及經濟效益。

主要做法現場實例照片如下：

榮譽表彰

2019年12月11日，廣東省住房和城鄉建設廳以“粵建市函〔2019〕1270號”檔案發布《廣東省住房和城鄉建設廳關於公布2019年度廣東省工程建設省級工法的通知》，《大跨度鋼筋混凝土結構穹頂施工工法》被評定為2019年度廣東省省級工法。