鋼筋混凝土異形曲面現澆屋面弧度的精確控制

崔炯輝 丁永潔 楊永杰 賈鋅博

（中建七局安裝工程有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

異形曲面現澆屋面是將屋面澆筑成不規則的曲面，既可以增加美觀效果，又可以解決室內施工的難點[1]。由于異形曲面具有不規則性，很難進行預制，不能大規模生產，只能在現場進行澆筑施工。因此，異形曲面現澆屋面的弧度控制需要精準把控。在現澆屋面的工程中，屋面弧度如果出現較大誤差，將會埋下屋面漏水的隱患[2]。因此，本文研究了鋼筋混凝土異形曲面現澆屋面弧度精確控制的方法，并利用仿真試驗進行模擬，以期為現澆屋面弧度的精準控制提供幫助。

1 異形曲面現澆屋面弧度精確控制方法的設計

為了實現鋼筋混凝土異形曲面現澆屋面弧度的精確控制，首先劃分出異形曲面現澆屋面的結構，將其劃分為結構層、防水層、隔熱層、保溫層以及隔汽層，便于現場澆筑；其次，調整鋼筋混凝土的下料長度，將弧度控制方法設計得更加靈活；最后，利用先進技術對屋面軸線弧度作出精準定位，定位每一層的軸線弧度，不僅可以減少鋼筋混凝土的用量，還可以提高弧度控制的效果。

1.1 異形曲面現澆屋面結構劃分

對異形曲面現澆屋面而言，防水性至關重要。異形曲面本身具有不規則性，現澆的方式又存在較多的不確定性因素，因此，在劃分異形曲面現澆屋面結構時，需要特別考慮防水性能[3]。同時，現澆屋面的材料也需要融合隔熱材料，隔離室外溫度的影響[4]。因此，異形曲面現澆屋面結構應劃分為結構層—防水層—隔熱層—保溫層—隔汽層。通過劃分出異形曲面現澆屋面結構，可以對屋面弧度施工情況作出具體分析。異形曲面現澆屋面結構施工圖如圖1所示。

圖1 異形曲面現澆屋面結構施工圖

1.2 調整鋼筋混凝土結構的鋼筋下料長度

在實際施工過程中，一般會按照建筑圖紙設計，通過等高線標高圖，將曲面劃分成若干個單元，以調整屋面的建筑細節。對于鋼筋混凝土結構的鋼筋下料長度，需要根據支撐架頂托上的鋼管龍骨進行調整：現澆面弧度較為平滑可以將下料長度減少2m；現澆面橫向弧度較大，則需要將下料長度增加1m[5]。考慮到異形曲面的不規則特性，鋼筋下料長度誤差不能超過±10mm。在保證屋面表面弧度與厚度適宜的前提下，鋼筋混凝土需要按照1000mm×1000mm的間距進行設置，減少屋面弧度施工隱患。

1.3 定位曲面現澆屋面軸線弧度

鋼筋混凝土異形曲面現澆屋面在定位過程中，需要采用水平投影法進行施工?？紤]到實際施工的難點，本文利用立體投影與水平投影相結合的方式，進行異形曲面現澆屋面的軸線弧度定位。結合現場施工情況，異形曲面現澆屋面的弧度需要從結構層開始定位，然后依次是防水層、隔熱層、保溫層、隔汽層[6]。將各個結構的軸線弧度定位完成之后，以此作為軸線控制的標準，對屋面橫向與縱向的曲面進行弧度定位。屋面的澆筑會采用厚度150mm±10mm的混凝土，更容易提高曲面現澆屋面的軸線控制效果，減少偏差。由于鋼筋混凝土保護層厚度在25mm左右，在軸線控制時需要以分層定位的形式進行控制，鋼筋混凝土擴展基礎混凝土宜間隔500mm 分段分層澆筑，提高弧度控制效果。

2 異形曲面弧度精確控制方法操作要點

異形曲面現澆屋面成型過程也需要實時把控，提高流體表面連續性與光滑性，進一步保證曲線的精準弧度。具體操作要點如下：

（1）通過軟件計算支撐架體的參數。

（2）通過CAD 繪制屋面下曲面截面，然后結合施工需要向圓心方向移動模板厚度，得到模板底面曲線。設計立桿位置和水平桿位置。

（3）根據設計好的支撐架和頂層水平鋼管位置，搭設整個架體。

（4）安裝倒置水平管，再安裝倒置鋼管。

（5）為了實現鋼筋混凝土異形曲面現澆屋面設計要求的曲線和弧度，確保底模板過渡圓滑，支設底模時，模板間交接處，應設置在木方上，利用鐵錠進行固定。

（6）按照鋼筋混凝土異形曲面現澆屋面繪制出鋼筋弧度。采用鋼筋彎曲機進行弧度操作，吊至施工部位安裝。

（7）嚴格按照工程規范綁扎梁板鋼筋，控制板支座負筋的保護層厚度。

（8）在對現澆屋面主筋進行捆綁時，要注意在屋脊處彎曲錨固到屋脊梁并延伸到坡面的長度。在弧形屋面板上，除樓板兩端設置負彎矩配筋外，中間設置結構框架豎向配筋，主要用于抵抗混凝土終凝前自重引起的拉裂。

（9）采用PKPM 計算軟件對支撐架的安全進行演算。在鋪設模板時，先放樣，以保證安全和使用。

（10）混凝土須從坡腳自下而上澆筑。振動施工時，應采用振桿振動，操作時要振點均勻，快插慢拉。為保證混凝土澆筑和振動的密實度，應使用微型板式振動器自下而上按1/3重疊振動，直至表面不明顯下沉，無氣泡和砂漿。

（11）在澆筑混凝土的坡屋頂上，應使用麻袋或麻墊澆水養護，以保持混凝土表面的濕潤，養護過程中嚴禁上車作業。

（12）梁板模板不宜過早拆除。只有當實際強度達到規范允許的拆模強度時，才能拆卸底部模板。拆除模板的順序是按照先支后拆、后支后拆、先拆非承重構件、再拆下承重部件的原則。拆除模板時，不得使用撬棍撬動邊緣，并對已澆筑的混凝土構件進行保護。拆除模板后，應及時完成預埋件和預留孔洞的完工測量(復核)。如果孔洞尺寸和孔壁垂直度誤差超過規格要求，應盡快修復。

3 異形曲面弧度精確控制方法的仿真試驗

為了驗證本文設計的精確控制方法是否具有實用效果，結合使用Revit 和Dynamo 的優點，通過可視化編程，建立了異形曲面造型的參數化模型，并通過鏈接Revit 自動排列面板構件，進而提取加工和施工所需的數據，對上述方法進行仿真試驗分析。在仿真平臺中，以1:1 的比例還原出工程的實際情況，既可以節省成本，又可以提升試驗結果的真實性。試驗結果將與傳統方法進行對比。

3.1 試驗準備

在實際工程的基礎上，于仿真試驗平臺上模擬出鋼筋混凝土異形曲面現澆屋面弧度控制工程，首先對現澆屋面進行劃分，找出屋面中需要控制的細節；其次，對鋼筋混凝土下料長度作出調整，提高弧度控制效果；最后，在平臺中計算出軸線弧度的結構定位，進一步提高屋面弧度澆筑控制效果。考慮到實際施工中可能出現的自然因素與人為因素，本文在實際施工的前提下，提升仿真工程的規范性。在保證與實際工程一致的基礎上，計算此時弧度控制的精準度指標，公式如下：

式中：Pindex——弧度控制的精準度指標；

Ain——相關控制參數；

Tzsa——現澆屋面弧度控制變量；

Kxctor——精準控制系數。

計算出弧度控制的精準度指標后，即可開始試驗。

3.2 試驗結果

在上述試驗條件下，隨機選取出鋼筋混凝土異形曲面現澆屋面弧度控制分項工程，并以MIIKL-11、MIIKL-22、MIIKL-33、MIIKL-44、MIIKL-55、MIIKL-66、MIIKL-77、MIIKL-88 進行編號，區分每個工程的實際條件，利用公式（1）計算出該控制方法的精準度指標，并將其與傳統控制方法的精準度指標進行對比，見表1。

表1 傳統方法與設計方法的試驗結果比較

從表 1 所示可知，在 MIIKL-11～MIIKL-88 個工程中，精準度指標均有一個定值1.000，其中，精準度指標超過0.900，即可保證控制方法的控制效果；精準度指標低于0.900，則不能保證控制方法的控制效果。在相同條件下，傳統控制方法的精準度指標較低，僅有3個工程的精準度指標超過0.900，異形曲面現澆屋面弧度控制效果較好；5個工程的精準度指標均低于0.900，異形曲面現澆屋面弧度控制效果不佳。因此，傳統控制方法具有較大的局限性，很難推廣。而本文設計的控制方法的精準度指標均超過0.995，甚至MIIKL-88 工程的精準度指標達到了1.000，現澆屋面弧度控制效果較好，具有較好的實際應用價值。

4 結束語

綜上所述，鋼筋混凝土異形曲面現澆屋面弧度的精確控制，必須從三個環節得以實現：一是要通過加強屋面功能的劃分，把控弧度控制的細節；二是要控制鋼筋混凝土的下料，保證弧度控制的實際效果；三是利用先進技術對屋面軸線弧度作出精準定位。利用仿真試驗進行模擬，結果表明：精準度指標均超過0.995，甚至MIIKL-88 工程的精準度指標達到了1.000，現澆屋面弧度控制效果較好，具有較好的實際應用價值。該方法極具推廣價值。