多联伞拱加腋顶板封闭空腔结构施工技术

1 工程概况

合肥园博园穹顶艺术馆位于合肥市园博小镇，总建筑面积约9 694 m²，地下1层，地上2层，建成后作为穹顶艺术中心并引入多种功能业态，建筑造型独特，与周围环境巧妙融合。

穹顶艺术馆设计为典型的清水混凝土异形结构，在其1层顶处存在大量由连续的半圆天花拱板加水平加腋盖板组合而成的伞拱造型，为了实现此造型，同时减少材料耗用、减轻结构重量，其两端被清水混凝土侧板封闭后形成清水混凝土伞拱封闭空腔，其中上部平板面为种植屋面。建筑效果如图1所示。

图1 建筑效果

2 施工技术重点、难点分析

2.1 造型特殊，施工精度控制严格

建筑1层顶处为清水混凝土多联拱式封闭空腔结构，由于特殊的曲面造型，模架体系搭设时会存在各部位架体高度不一致、钢龙骨及模板弧度不一致等问题，因此对构件一次定位的准确性及现场施工的要求非常严格，如何精准地实现此造型是施工的难点。

2.2 清水混凝土饰面成型效果要求高

清水混凝土施工一次浇筑成型，不再进行二次装饰或简单装饰，需确保清水混凝土饰面的质感，表面不得有蜂窝、麻面、裂纹、露筋、拼缝不规律等影响质量和美观的现象，因此对模板的拼接安装、混凝土浇筑等要求极高。

2.3 封闭空腔结构，内部模架搭设损耗大

为了提高施工效率的同时确保施工质量，将整个伞拱结构分为2个部分进行施工，其中上层梁、加腋顶板与水平顶板的浇筑施工致使搭设模架滞留空腔内，导致材料损耗较大，如何高效完成施工的同时避免材料浪费是本项目的重点之一。

2.4 分部施工，防水性能要求高

伞拱结构分为两部分施工，第一部分施工的拱板、侧板与第二部分施工的顶板接茬处存在渗漏隐患，需采取有效的防水措施，确保其防水性能。

3 施工关键技术

3.1 工艺流程

施工准备→测量放线→架体搭设→龙骨安装→伞拱及下层梁底模安装→下层梁、梁上柱及伞拱钢筋绑扎→模板安装→第一部分结构施工→第二部分模板及支架安装→上层梁、加腋板及平板钢筋绑扎→第二部分结构施工。

3.2 操作要点

3.2.1 基于BIM技术精准定位

（1）数字模型建立。引入BIM技术，将二维设计图纸转化为三维化模型，对构件的位置、尺寸及曲率进行精准测算，以图元信息参数精准提取拱部支模架高度、钢龙骨形状、模板尺寸等数据，使拱部架体能一次搭设成形。利用BIM软件进行清水混凝土模板排版及螺杆眼排布（图2），提前划分模板禅缝、螺栓孔及明缝条位置，并需经过设计师审核确定，确保清水混凝土表面达到对称美观的效果。螺栓孔排布长方向布置比例一般为1∶2∶2∶2∶1，短方向分布比例为1∶2∶1，确定螺栓间距后，必须进行模板结构安全验算，若按照常规螺栓直径达不到模板安全稳定性时，则调整螺栓直径或重新排版螺栓间距。

图2 局部模板及螺杆孔排版示意

（2）施工放样。支撑架体搭设前，在楼板面测放拱部投影定位线以及模架立杆定位线，并做好复核及移交，根据BIM模型及方案确定拱部曲面不同部位的立杆标高，按照不同部位的立杆高度进行伞拱底部承插型镀锌盘扣架体搭设。

3.2.2 定型化模板加工

为保证伞拱的成型效果，背楞及模板的形状控制与选型是重点，本项目在伞拱结构拱板底部采用了定型化加工的钢龙骨主楞+方钢次楞+木模板体系，满足了伞拱造型的成型观感和质量要求，同时提高施工效率。将BIM模型的深化数据导入数控机床，进行模板裁切加工及螺杆眼开孔，确保模板尺寸精准无偏差、板边平整顺直、板角方正规则。并采用激光切割60 mm×8 mm厚的单片钢板成所需的弧度形状，再通过短方钢将2片焊接组合成钢龙骨。

3.2.3 伞拱封闭空腔结构分解施工

为了提高施工效率同时确保施工质量、减少空腔内材料的滞留，将整个伞拱分两大部分进行施工，第一部分为下层梁、梁上墙柱、拱板、侧板，第二部分为上层梁、加腋顶板、水平顶板（图3）。

图3 伞拱结构拆分示意

（1）第一部分结构施工。固定钢龙骨及方钢：将定尺裁切的钢龙骨沿着拱板的s弧度方向放置在立杆顶托内的钢管上，并在其上方沿着拱板方向间距400 mm纵向排布60 mm×60 mm×2 mm的镀锌方钢，方钢与龙骨间通过点焊固定。

1）安装底部模板：从拱底向拱顶依次安装1 220 mm×2 440 mm×15 mm的清水模板，首先将模板短边用小螺丝固定在方钢龙骨上，再沿着长边依次逐渐弯曲，按照400 mm间隔固定螺丝。两人配合对单块模板进行安装固定，其中一人对自由端拉弯，使其与方钢贴合，另一人钻孔安装螺钉，螺丝头凹进模板面1~2 mm后，用耐候密封胶嵌填密实，并用干净毛巾抹拭平整，为确保每块模板最后固定的上部短边能与方钢贴合，可使用模板钢卡将其与方钢固定，再钻孔安装螺丝，同时为防止清水模板被步步紧卡坏，需在其上垫短方木进行保护。专用清水模板与方钢贴合安装后其完成面正好为计算的伞拱底部标高尺寸。

2）模板拼缝处理：相邻模板安装前，在前一块已安装好的模板侧边均匀涂抹硅酮耐候密封胶，确保2块模板拼缝严密，后装模板安装就位后，将拼缝处挤压出的多余密封胶用毛巾擦拭干净。模板背面拼缝处再用专用四孔角码间隔400 mm进行固定，进一步确保拼缝的平整度及可靠性。

3）钢筋绑扎：钢筋底部设置垫块保证混凝土保护层厚度满足要求，双层钢筋网片之间加设马镫筋绑扎固定牢靠，确保网片间距便于浇筑振捣混凝土。

4）安装对拉螺栓：采用M12五节式对拉螺栓，按照排版间距进行设置，其中拱底一面为室内部分，表面需达到清水效果，采用可拆卸螺杆头，杆头安装时，务必在模板和杆头之间加设和杆头外径相同的橡胶垫片，且必须拧紧（适度），以保证螺栓孔部位不漏浆，而拱顶一面在空腔内部，表面无需达到清水效果，但为确保拱板厚度，选择在螺杆上板厚位置安装螺帽，拱顶模板安装后螺帽加固至与模板面贴紧即可。

5）拱板顶模板安装：拱板顶模板主次龙骨分别为钢管和方木，方木沿水平方向固定在模板上，双钢管沿竖向呈弧形紧贴方木，并通过山形扣件拉结固定。在拱中间高位置模板上，沿水平方向开设一排振捣口。

6）混凝土浇筑：先浇筑下层梁，边收梁顶面边封梁顶模，梁顶模需提前备好料，梁顶模封闭时，与侧板模下口、两侧拱板模下口及梁上墙柱模板下口钉牢封严。最后分层浇捣侧板、拱板及梁上墙柱，浇筑拱板时必须对称分层浇筑，确保模板体系均匀受力，浇捣至拱板振捣口高度及时封闭洞口，继续浇筑剩余部分。150 mm厚拱板浇捣至顶部与平板相交处后，浇筑75 mm预留75 mm，留茬处预埋止水钢板，以确保防水性能，留出部分与第二部分平板一起浇筑，梁上墙柱则浇至上层梁底以下50 mm处。

（2）第二部分结构施工。

1）拆模凿毛。第二部分模板及支架安装前先拆除第一部分的下层梁顶模、拱顶模、侧板模、梁上墙柱模，并对柱顶与上层梁接茬处，及拱顶和侧板顶与顶板接茬处进行凿毛处理。

2）空腔内模架体系搭设。第二部分的上层梁和加腋顶板采用普通钢管扣件支模架及木模板，水平顶板底部则采用2.5 m跨度范围内免支撑的1.2 mm厚YXB 48–200–600（B）压型钢板作为底模板，经验算，压型钢板本身强度满足要求，可取消支撑体系，压型钢板一端固定在拱顶处的方木支垫上，另一端支撑在加腋木模上（图4）。

图4 空腔内模架搭设示意

3）混凝土浇筑。钢筋绑扎好后，先浇筑上层梁，再浇筑顶板，伞拱顶板与侧板及拱顶接茬处提前进行凿毛并冲刷干净，做好浇筑振捣，确保接触密实。

4 经济效益分析

基于BIM信息技术的应用，克服了现场施工的难度，避免了材料加工的损耗，保证了清水效果及异形结构封闭空腔质量，压型钢板与木模结合的施工方法，减少了封闭空腔内支撑体系的滞留，降低了模架措施费，为项目节约了工序成本，提高了施工效率。

本项目应用的伞拱加腋顶板清水封闭空腔结构施工技术，在工期紧张的状况下保质保量地完成了施工，并取得了良好的经济效益，得到了业内的一致好评。

5 结束语

依托第十四届中国（合肥）国际园林博览会园博小镇项目穹顶艺术馆的结构特点，介绍伞拱加腋顶板清水封闭空腔结构的施工技术，主要包括应用BIM技术精准定位、数字化加工模板、合理划分工序分解结构施工、优化模架体系等，大幅降低了现场定位拼装的难度，减少材料浪费，提高施工效率及精度，保证了清水混凝土成型效果，对于解决该类型的异形清水混凝土结构施工难题具有独特的优势和参考意义。