非對稱大直徑錐筒狀貫穿式屋面采光井施工技術

□ 楊 淵

1 工程概況

屋面采光井主要是解決建筑內部房間采光不好的問題，同時還兼具通風和觀景的作用。大型公共建筑通常采用四面圍合、中間呈井的形式，在內部建造內天井，將光線不足的房間布置于內天井四周。屋面采光井一般多用于一些大場館、商場、酒店、辦公樓等建筑。

坭興陶文化創意產業園博物館工程，地處廣西欽州市坭興陶文化創意產業園內的規劃一路南面。博物館地上3層，建筑高度21.15m，建筑面積8093.54m2，屋面采光井共20個，分5種不同尺寸大小。屋面采光井為鋼筋混凝土結構，其造型呈非對稱錐筒狀，錐筒上圓最大直徑3.5m，下圓最大直徑7m，最大筒高4.7m。整個采光井貫穿屋面，部分筒壁凸出屋面板，與屋面板相接的部分設置有環形鋼筋混凝土梁，其余部分則下凹嵌入室內。該采光井造型優美，當陽光照射進來時，光線會在非對稱的筒壁內形成漫反射，起到柔光效果，避免陽光直射和光污染。

2 工藝原理

（1）以Φ20鋼筋為非對稱鋼筋籠式內支撐的主要材料，通過BIM技術對內支撐進行分析并優化，確保內支撐受力合理，足以抵抗澆筑混凝土時所產生的側壓力。

（2）創建等比例內支撐BIM模型，導出內支撐下料表，精確控制內支撐下料加工尺寸。

（3）在施工現場加工制作鋼筋籠內支撐，制作完成后吊運至安裝現場。

（4）方木龍骨滿鋪在內支撐加勁箍上，通過鋼絲將內支撐和側模與方木連接穩固，組成采光井的模具，按照設計尺寸調整模具的弧度。

3 施工特點

（1）利用BIM技術輔助模架體系鋼筋籠式內支撐設計和整體加工，提高內支撐加工精度。

（2）內支撐中焊接對頂鋼筋做主楞，以抵抗混凝土自重和澆筑混凝土時產生的側壓力，確保采光井成品質量。

（3）利用非對稱鋼筋籠式內支撐結合方木和模板為采光井塑形、加固，確保混凝土成型質量。

（4）五合板厚度為5mm，具有厚薄均勻、彎曲性能好、易剪裁等優點，是極好的塑形材料，便于工人施工。

（5）具有模具簡單、取材方便、施工操作簡便、施工綜合費用低等特點，保證了屋面采光井的質量和施工進度，有較高的應用推廣價值。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

施工工藝流程包括：建內支撐BIM模型 → 內支撐下料加工 → 搭設支撐體系及操作平臺 → 放樣、吊裝 →拼裝方木龍骨 → 安裝內側模板→ 綁扎鋼筋 → 安裝外側模板 →澆筑混凝土 → 拆模、養護→涂料施工。

4.2 操作要點

4.2.1 創建內支撐BIM模型

利用Revit軟件繪制等比例非對稱鋼筋籠式內支撐模型，如圖1和圖2所示。內支撐由4個圓形加勁箍和外側連接鋼筋組成，沿采光井高度方向進行三等分，在采光井頂部、底部、等分平面處各設置一道圓形加勁箍；每一道圓形加勁箍內焊接交叉狀的對頂鋼筋，對頂鋼筋交匯于圓心，且焊接在圓心處的一根圓心定位筋上；連接鋼筋設置在非對稱鋼筋籠式內支撐的錐面上，與圓錐母線方向相同。創建BIM三維模型可以精確地下料，輔助現場加工安裝，確保采光井的成型尺寸和成型質量。在拼裝采光井底模時，對工人進行三維可視化交底，減少不必要的返工浪費。

圖1 屋面采光井（標高單位m，其他單位為mm）

圖2 鋼筋籠式內支撐BIM模型

4.2.2 內支撐下料加工

利用Revit軟件導出內支撐鋼筋下料表，根據下料表制作非對稱鋼筋籠式內支撐。由于采光井直徑較大，圓形加勁箍周長較長，鋼筋往往需要焊接接長才能滿足圓形加勁箍的制作需求，故內支撐的鋼筋可用多根鋼筋廢料、短料拼裝對焊而成[1]。節約鋼筋用量，有利于廢鋼筋的回收利用，節約成本。加工完畢的內支撐鋼筋籠，需要檢查鋼筋的焊接質量，并測試鋼筋籠的側向抗壓力大小，確保達到設計的抗壓強度，防止側向抗壓力不夠導致混凝土澆筑過程中出現漲模等質量問題。

4.2.3 搭設支撐體系及操作平臺

先搭設用來支撐采光井的鋼管支架及施工操作平臺，再搭設周邊的梁板的滿堂支撐架體。鋼管支架立桿縱、橫間距1m，步距1.5m，支架立桿、橫桿要與周邊的梁模板、板模板支架互相拉結成整體，剪刀撐可不必獨立搭設，與周邊支模架體共用即可。頂托上安裝φ48mm×3.5mm鋼管作為主龍骨，50mm×80mm方木作為次龍骨，次龍骨間距300mm，上面鋪設15mm厚木模板作為采光井底模和施工操作平臺[2]，頂托伸出立桿長度不應超過20cm，確保架體的穩定性。

采光井的支撐體系搭設完畢后便可在底模上進行采光井底面放樣工作。

4.2.4 放樣與吊裝

將地面的軸線引測至采光井底模上，先在采光井底模上標記出采光井位置、輪廓等信息，再標記出鋼筋籠式內支撐底部圓形加勁箍的輪廓和圓心定位筋的位置。

利用塔吊將制作好的鋼筋籠式內支撐全部吊運至作業面后，安排工人安裝內支撐。

4.2.5 拼裝方木龍骨

安裝完成鋼筋籠內支撐后，將50mm×80mm方木滿鋪在鋼筋籠內支撐的錐面上，并且將方木長邊為80mm的一面緊貼內支撐，通過鋼絲將方木龍骨與鋼筋籠連接固定，方木龍骨間通過鋼絲進行加固，如圖3所示。

圖3 拼裝方木龍骨圖

4.2.6 安裝內側模板

方木龍骨拼裝完成后，開始安裝采光井內側模板。內側模板采用較薄的五合板，將五合板沿著方木龍骨外表面卷曲鋪設，并釘緊。

為了確保采光井壁的表面平整度，五合板拼接時不允許出現互相重疊、包裹現象，相鄰幾塊五合板的拼接必須做到嚴絲合縫。拼接五合板時，要檢查底模的弧度，確保采光井成型質量。

4.2.7 綁扎鋼筋

內側模板安裝完畢后，即可進行采光井鋼筋綁扎工序。采光井鋼筋綁扎分兩部分，一是采光井井壁鋼筋綁扎，二是采光井與板面交接處梁鋼筋綁扎。鋼筋綁扎時，應使用“幾”字形矮腳馬鐙控制鋼筋保護層厚度，用水泥條支撐保證采光井壁厚。鋼筋綁扎完成后通知監理進行隱蔽驗收，驗收通過方可封閉外側模板。

4.2.8 安裝外側模板

當采光井鋼筋綁扎完成后，需使用五合板封起采光井井壁外側模板。

對于下沉嵌入樓板部分的井壁，當外模封閉后，利用附近梁、板鋼管支架頂部（搭接）的水平桿頂緊井壁外模，防止爆模、脹模現象。

對于凸出屋面部位的井壁，一是外模封閉后在其表面滿鋪50mm×80mm方木龍骨，滿鋪方法與內模方木龍骨鋪設方法相同，并通過鋼筋圓環箍來箍緊外側的方木龍骨；二是使用φ6鋼筋制作鋼筋圓環箍，制作方法與鋼筋籠式內支撐的圓形加勁箍相同；三是沿豎向每隔500mm設置一道鋼筋圓環箍[3]，如圖4所示。

圖4 外側模板安裝剖面示意圖

4.2.9 澆筑混凝土

采光井模板安裝完畢后，經過監理驗收后便可澆筑采光井混凝土。

混凝土澆筑時，按圖5所示的“澆筑1”—“澆筑5”順序澆筑采光井混凝土。

圖5 澆筑示意圖

先澆筑環梁底模以下部位的采光井井壁混凝土；待混凝土面上升至與環梁底模表面平齊時，暫停采光井混凝土澆筑工作，此時方可進行主體結構梁（含環梁）、板混凝土的澆筑；待混凝土面上升至樓板設計標高時，方可進行凸出屋面部位的井壁的混凝土澆筑工作，該部位的混凝土采用分層澆筑工藝，每層澆筑高度均為1m[4]。

整個井壁混凝土澆筑過程中，使用小號的混凝土振動棒進行振搗，提高振搗質量。

4.2.10 拆模、養護

井壁側模養護3d后便可拆除，井壁底模需待混凝土養護至100%設計強度后方可拆除。

4.2.11 涂料施工

按照設計的做法要求，對采光井外表面進行涂料施工，注重分色紙的運用，確保采光井涂料的分色清晰美觀，涂料施工完成后注重成品保護，防止二次污染，完成后實景圖如圖6所示。

圖6 采光井完成后實景圖

5 質量控制措施

（1）內外側模板卷曲安裝時，相鄰模板拼縫嚴密平整，保證不漏漿、不錯臺、不跑模、不漲模、不變形。

（2）澆筑混凝土前，應清除模板內的雜物。表面干燥的模板上應灑水濕潤，灑水后不得有積水。

（3）混凝土運輸、輸送、澆筑過程中嚴禁加水；運輸、輸送、澆筑過程中散落的混凝土嚴禁用于混凝土結構構件的澆筑。

（4）混凝土澆筑和振搗應采取防止模板、鋼筋、預埋件及其定位件位移的措施。

（5）混凝土振搗應使模板內各個部位混凝土密實、均勻，不應漏振、欠振、過振。混凝土振搗應采用插入式振動棒，必要時可采用人工輔助振搗。

（6）混凝土澆筑后應及時進行保濕養護，保濕養護可采用灑水、覆蓋、噴涂養護劑等方式。

（7）焊接、吊裝鋼筋籠式內支撐等特種作業人員要求持證上崗。

（8）涂飾施工前，基層必須處理干凈，保持干燥。

6 結語

用該方法施工的非對稱大直徑錐筒狀貫穿式屋面采光井成型優美，觀感質量佳，達到了設計要求效果，得到了業主和業內人士的一致好評。該技術在工程的應用，有效地縮短了屋面采光井施工工期，用簡單的鋼筋籠式內支撐組成模架體系，節材省時，綠色環保，成型質量優美，符合綠色施工、可持續發展的戰略路線，具有良好的社會效益和經濟效益。