圓拱混凝土結(jié)構(gòu)在建筑外立面裝飾中的應(yīng)用及質(zhì)量管理對(duì)策

程 毅 顧明巖 葉 強(qiáng) 廖澤順 鐘 劍 吳 凱

1 引言

改革開放以來(lái)，我國(guó)的城建水平取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，城市建筑的高度逐年增加，建筑物的數(shù)量亦出現(xiàn)井噴的趨勢(shì)。進(jìn)入21 世紀(jì)，隨著建造速度逐漸放緩，全國(guó)各城市從粗放型的建造方式逐步向更環(huán)保、更綠色的方向發(fā)展，城市的建筑造型不再一味追求高、大，而是更注重建筑的細(xì)節(jié)及立面的裝飾，不僅需要滿足居民的生活需求，還需要適合城市的面貌。如何將建筑師紙面上的構(gòu)想轉(zhuǎn)化到現(xiàn)實(shí)的建筑物中，對(duì)建筑施工企業(yè)的施工技術(shù)亦提出了較高的要求。

拱形結(jié)構(gòu)具有受力合理、造型優(yōu)美且自重較輕的優(yōu)點(diǎn)，是建筑外立面裝飾中應(yīng)用較為廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一，也可應(yīng)用于各種管道工程、地下工程、橋梁工程及建筑工程領(lǐng)域[1]，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)拱形結(jié)構(gòu)的研究成果已較多。甕雪冬[2]等結(jié)合哈爾濱站大跨度混凝土拱形屋面結(jié)構(gòu)的施工項(xiàng)目，對(duì)拱形混凝土結(jié)構(gòu)施工中的難點(diǎn)進(jìn)行了剖析，并總結(jié)出一套大跨度拱形混凝土的施工工藝；關(guān)吉平[3]通過(guò)某博物館拱形入口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從靜力分析、強(qiáng)度驗(yàn)算、穩(wěn)定性分析等方面比較了混凝土拱結(jié)構(gòu)與鋼桁架拱結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)；從國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究成果來(lái)看，拱形結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)主要如下，一是對(duì)大跨度混凝土拱結(jié)構(gòu)，混凝土澆筑困難；二是拱形結(jié)構(gòu)對(duì)模板的要求較高。

圓拱混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是跨越能力較大[4，5]，與鋼橋及鋼筋砼梁橋相比，可以節(jié)省大量鋼材和水泥，圓拱混凝土結(jié)構(gòu)能耐久，且養(yǎng)護(hù)、維修費(fèi)用少，外型美觀，構(gòu)造較簡(jiǎn)單[6]；但傳統(tǒng)的模板支撐結(jié)構(gòu)具有自重較大、架體穩(wěn)定性差、易變形及不可循環(huán)適用的缺點(diǎn)，本文通過(guò)總結(jié)圓拱混凝土結(jié)構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)及查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出了一種輕型可循環(huán)圓拱混凝土結(jié)構(gòu)的施工方案。

2 圓拱混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

2.1 技術(shù)方案

隨著綠色施工技術(shù)在工程項(xiàng)目上的推廣，將原來(lái)粗放型的施工方案采用創(chuàng)新的思維方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦泳G色環(huán)保性及集約性，是建筑工程施工企業(yè)亟待解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的模板支撐結(jié)構(gòu)自重大、穩(wěn)定性差、易變形且無(wú)法循環(huán)利用，給圓拱結(jié)構(gòu)混凝土施工造成了較大的浪費(fèi)。因此在總結(jié)圓拱混凝土施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)鋼管架支架、剪刀撐桿及套扣架底框的設(shè)置，解決了拱架笨重且不可重復(fù)使用的缺點(diǎn)。輕型可循環(huán)圓拱混凝土結(jié)構(gòu)的示意圖及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施圖如圖1、圖2 所示。

圖1 輕型可循環(huán)圓拱混凝土結(jié)構(gòu)示意圖（來(lái)源：來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）

圖2 圓拱混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施圖（來(lái)源：作者自攝）

鋼管架支架包含了支撐立桿和支撐橫桿，兩者之間通過(guò)連接扣件實(shí)現(xiàn)連結(jié)，連接扣件采用螺母連結(jié)，如圖3 所示；支撐橫桿及支撐立桿均采用45 x 3.5 鋼管，每道支撐立桿間的距離為950 mm，支模的最大高度為4 766 mm，采用4 根支撐橫桿，支撐橫桿的間距自上而下分別為900 mm、1 400 mm 和1 400 mm，支架體系采用的材料均為施工現(xiàn)場(chǎng)極易獲得的輕型支撐立桿及橫桿，具備現(xiàn)場(chǎng)易加工的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)支架結(jié)構(gòu)的快速安裝及施工。

圖3 支撐橫桿及支撐立桿的連接（來(lái)源：作者自繪）

圓拱混凝土結(jié)構(gòu)因其特殊的截面形式，易變形。因此對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求較高，在支撐立桿及橫桿體系上，布置加強(qiáng)體系牢固性的剪刀撐桿，剪刀撐桿的搭設(shè)高度不大于鋼管架支架，并連續(xù)豎向搭設(shè)于鋼管架支架上，采用螺栓連接，詳見(jiàn)圖1。

整個(gè)支撐結(jié)構(gòu)的底部為套扣架底框，底框與上部支撐立桿及橫桿通過(guò)扣件連接管相連，套扣架底框主要包含頂托桿、連接卡塊、連接桿及連接橫桿。套扣架底框的高度一般為800 mm，每道頂托桿間的間距為1 050 mm，頂托桿下部與連接桿間通過(guò)連接卡塊相接，連接桿距離地面為350 mm；頂托桿上部通過(guò)固定螺栓與連接橫桿固定，連接橫桿通過(guò)連接扣件與連接管扣接，底部套扣架底框的主要構(gòu)造方式詳見(jiàn)圖4、圖5 及圖6。

圖4 鋼管架支架（支撐立桿）與扣件連接管的連接（來(lái)源：作者自繪）

圖5 頂托桿、連接橫桿及扣件連接管的連接（來(lái)源：作者自繪）

圖6 底部套扣架底框的主要構(gòu)造方式（來(lái)源：作者自繪）

支模架體的次楞采用木制材料，通過(guò)鋼絲網(wǎng)綁扎及管鋼筋焊接的方式固定于鋼管（主楞）上；最大程度保證圓拱架體的穩(wěn)定性，減小澆筑帶來(lái)的荷載變形。

從整體支模架體的結(jié)構(gòu)來(lái)看，主要分成了三個(gè)部分。第一，上部次楞及主楞。第二，中部的支撐橫桿、支撐立桿及剪刀撐桿；第三，下部套扣架底框。支模架體材料均為施工現(xiàn)場(chǎng)易于制備的材料，且部分構(gòu)件可提前預(yù)制，上部與中部的連接采用焊接或鋼絲綁扎的方式連接，可根據(jù)圓拱結(jié)構(gòu)的弧度及半徑調(diào)節(jié)；中部與下部的連接采用扣件連接管的連接方式，可根據(jù)圓拱結(jié)構(gòu)的標(biāo)高調(diào)節(jié)高低，從而實(shí)現(xiàn)支模架體材料的再次循環(huán)利用。

由于圓拱結(jié)構(gòu)截面的特殊性，混凝土澆筑時(shí)易出現(xiàn)不均勻的變形，因此混凝土澆筑問(wèn)題是圓拱結(jié)構(gòu)的另一個(gè)難題。在此整體支模架體基礎(chǔ)上，采用鋼絲網(wǎng)將圓拱兩側(cè)的支模架分成若干施工段，由圓拱兩側(cè)向中間同時(shí)對(duì)稱進(jìn)行分段澆筑，可大大減小澆筑時(shí)由于模板的受力不均而導(dǎo)致的混凝土不均勻變形，從而確保圓拱混凝土結(jié)構(gòu)的弧度及成形觀感。

2.2 施工步驟

本圓拱混凝土結(jié)構(gòu)支模架體構(gòu)件間的連接方式主要為扣件連接及螺栓連接，現(xiàn)場(chǎng)易于操作且可大部分構(gòu)件可循環(huán)使用。支模架體的實(shí)施步驟主要為4 點(diǎn)。

（1）套扣架底框搭設(shè)：套扣架底框是整個(gè)支模架體的基礎(chǔ)，首先將托頂桿及連接桿采用連接卡塊相連，同時(shí)通過(guò)固定螺栓將連接橫桿安裝在托頂桿上，將扣件連接管通過(guò)連接扣件連接于連接橫桿一側(cè)，調(diào)整好各桿件間的連接剛度，搭設(shè)完成套扣架底框。

（2）支撐體系搭設(shè)：在完成套扣架底框的基礎(chǔ)上，搭設(shè)支撐立桿及支撐橫桿，橫桿及立桿通過(guò)扣件連接，并分別在頂部及底部橫桿間設(shè)置剪刀撐桿，剪刀撐桿的搭設(shè)可以根據(jù)圓拱結(jié)構(gòu)的半徑及弧度調(diào)節(jié)搭接長(zhǎng)度，但剪刀撐桿在橫向及豎向的設(shè)置不宜大于4 跨，剪刀撐桿的設(shè)置起到了加固支撐立桿及橫桿的作用。

（3）模板體系搭設(shè)：底框及支撐體系主要起來(lái)承擔(dān)上部荷載、減小混凝土凝固過(guò)程中的不均勻變形的作用；在此基礎(chǔ)上，于支撐體系上部一定距離（建議20 cm）沿長(zhǎng)向布置木枋擱柵，木枋擱柵通過(guò)鋼絲綁扎或短鋼筋焊接的方式與支撐體系連接，并對(duì)模板標(biāo)高進(jìn)行調(diào)平，并對(duì)模板的拼縫進(jìn)行檢查。

（4）混凝土澆筑：圓拱混凝土結(jié)構(gòu)支模架體搭建完成后，采用鋼絲網(wǎng)將圓拱兩側(cè)的支模架分成若干施工段，確保混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)性。

2.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

本文提出的輕型可循環(huán)圓拱混凝土支模架體施工工藝，相比于傳統(tǒng)的施工方法，具備以下的創(chuàng)新點(diǎn)。

（1）通過(guò)鋼管架支架、剪刀撐桿和套扣架底框的設(shè)置，使該裝置的鋼管架支架具備現(xiàn)場(chǎng)易加工，又不易變形的優(yōu)點(diǎn)，再通過(guò)連接扣件的設(shè)置，可以使該裝置采用的輕型支撐立桿和支撐橫桿根據(jù)圓拱混凝土結(jié)構(gòu)的直徑及高度改造成對(duì)應(yīng)尺寸，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

（2）支模架體的次楞（木方）通過(guò)鐵絲網(wǎng)綁扎及短鋼筋焊接固定在主楞（鋼管）上，最大程度保證圓拱架體的穩(wěn)定，極大地減小了澆筑帶來(lái)的荷載變形。

（3）采用鋼絲網(wǎng)將圓拱兩側(cè)的支模架分成若干個(gè)施工段，由圓拱兩側(cè)向中心，同時(shí)對(duì)稱進(jìn)行分段澆筑，大大減小澆筑時(shí)模板因受力不均勻?qū)е碌淖冃危ＷC圓拱混凝土結(jié)構(gòu)的弧度及成型觀感。

3 PDCA 循環(huán)質(zhì)量管理

保證圓拱混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，滿足設(shè)計(jì)師對(duì)異性結(jié)構(gòu)的弧度及感觀要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)人工、材料、設(shè)備、外部環(huán)境及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管等因素的精準(zhǔn)化管理，減少返工處理，提高經(jīng)濟(jì)效益，在此提出引入計(jì)劃、實(shí)施、檢查和處理（planning-docheck-action，PDCA）循環(huán)的管理模式。

3.1 PDCA 循環(huán)質(zhì)量目的與意義

PDCA 循環(huán)管理體系廣泛應(yīng)用于我國(guó)的醫(yī)藥衛(wèi)生、企業(yè)管理、產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域，近年來(lái)逐步引入至建設(shè)領(lǐng)域。PDCA 循環(huán)管理體系又稱為戴明環(huán)[9，10]，即施工前制定質(zhì)量計(jì)劃并組織實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程，其包含了四個(gè)部分，即策劃（Planing）、實(shí)施（Do）、檢查（Check）和處置（Act），通過(guò)這4 步的循環(huán)運(yùn)行來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，使圓拱混凝土的澆筑質(zhì)量呈現(xiàn)出階梯式上升的狀態(tài)。

由于影響圓拱混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的因素較多，對(duì)于該分部分項(xiàng)工程可成立專門的質(zhì)量小組，進(jìn)行PDCA 循環(huán)，發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題，從而采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，確保圓拱結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)澆筑質(zhì)量。

3.2 PDCA 循環(huán)質(zhì)量管理的運(yùn)轉(zhuǎn)

施工管理過(guò)程中需要大量的數(shù)據(jù)和信息來(lái)支撐PDAC 循環(huán)質(zhì)量管理工作；以提高工作效率，有效地控制質(zhì)量目標(biāo)，并通過(guò)各種圖表工具收集和整理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)目標(biāo)的控制提出科學(xué)的判斷[11]。圓拱混凝土結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的PDCA 循環(huán)質(zhì)量管理流程可按下文所示。

（1）對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)存在的工期、質(zhì)量、成本及索賠等方面的問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的分析，采用控制圖、排列圖等數(shù)據(jù)圖表加以說(shuō)明。

（2）對(duì)于引起問(wèn)題的各種因素進(jìn)行詳細(xì)的探究，可以從人員、材料、方法、機(jī)械、周邊環(huán)境等方面入手，常用的方法為因果圖，同時(shí)找出引起問(wèn)題出現(xiàn)的主要因素。

（3）針對(duì)主要問(wèn)題制定解決方案。對(duì)制定的計(jì)劃及所要達(dá)到的目標(biāo)，應(yīng)以責(zé)任到人的方式，這些問(wèn)題均需要在施工技術(shù)方案中有所體現(xiàn)，并按既定計(jì)劃執(zhí)行。

（4）根據(jù)制定的解決方案，按制定的計(jì)劃執(zhí)行，并對(duì)實(shí)施結(jié)果進(jìn)行檢查。針對(duì)實(shí)施的結(jié)果與既定的目標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，看是否達(dá)到既定目標(biāo)。

（5）根據(jù)檢查的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，必要時(shí)可召開各參建方現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)會(huì)。總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，鞏固成績(jī)，繼續(xù)改進(jìn)。

（6）對(duì)本輪PDCA 循環(huán)未解決的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，轉(zhuǎn)入下一輪的PDCA 循環(huán)。

（7）根據(jù)總結(jié)結(jié)果，對(duì)已解決的問(wèn)題進(jìn)行閉環(huán)處理并汲取施工經(jīng)驗(yàn)，而對(duì)未解決的問(wèn)題重新回到第（2）步，如此反復(fù)直至問(wèn)題得到妥善解決。

4 結(jié)論

圓拱混凝土結(jié)構(gòu)是建筑外立面裝飾中廣泛使用的建筑造型之一，具有建筑造型優(yōu)美、受力合理、養(yǎng)護(hù)、維修費(fèi)用少、構(gòu)造較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本文在總結(jié)圓拱混凝土結(jié)構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)和調(diào)查研究圓拱混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，為解決施工過(guò)程中支模及混凝土澆筑難度大的特點(diǎn)，提出了一種輕型可循環(huán)圓拱混凝土結(jié)構(gòu)的施工方案，具有現(xiàn)場(chǎng)施工簡(jiǎn)單易行、鋼管配件可循環(huán)使用、模板澆筑變形小、支模成本較低、自重較輕及混凝土澆筑質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，并針對(duì)該分部分項(xiàng)工程采用PDCA（planning-do-check-action）循環(huán)質(zhì)量管理方案的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行了闡述，對(duì)類似項(xiàng)目有一定的借鑒意義。