弧形梁模板施工技術(shù)在房建工程中的應(yīng)用分析

李佳旭 （中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 610041）

弧形房屋工程造型優(yōu)美，但建造過程極為困難，此類工程在建造時，既要兼顧美感，又要保證結(jié)構(gòu)受力滿足設(shè)計和性能要求。當(dāng)前，圓弧形房屋的施工一般采用控制點的方式開展放樣工作，然后按照混凝土支模的形式來進行，但是這種做法不能很好地適應(yīng)建筑的圓弧部位，這就造成了在施工過程中圓弧的中心和結(jié)構(gòu)中心或者是梁中心均不在一個平面內(nèi)。隨著施工技術(shù)的不斷提高，弧形梁模板逐漸成為我國近幾年的一種新型結(jié)構(gòu)施工形式，極大地減少了弧形結(jié)構(gòu)的建造困難。為了更好地了解弧形梁模板在實際工程中的作用方式，本文從多個方面對該施工技術(shù)進行了闡述，為其在房屋建筑中的應(yīng)用提供參考。

1 項目概況

某市級藝術(shù)館項目總建筑面積5.23 萬m2，工程使用面積4.3萬m2。工程建設(shè)總高度38.2m，其中，地上建筑5 層，地下建筑1 層。在該項目中，地上建筑層高7.6m；地下建筑工程為車庫，層高為5.6m；在藝術(shù)館的中間位置為中庭區(qū)域，其跨度為28.6m；地上建筑均設(shè)置了懸挑板，其長度為4.5m。該藝術(shù)館有6處弧形梁結(jié)構(gòu)，梁的尺寸固定，均為600mm×1300mm，梁結(jié)構(gòu)頂部標(biāo)高為28m，結(jié)構(gòu)橫向跨度為17m。中庭區(qū)域因特殊的結(jié)構(gòu)造型，弧形梁布置較多，其主梁和次梁的尺寸分別為500mm×1200mm和350mm×600mm，該區(qū)域頂部標(biāo)高和橫向跨度分別達(dá)到了38m 和26m。本文以某藝術(shù)館施工全過程為例，對弧形梁模板的具體施工方法進行了探討。

2 弧形梁模板施工技術(shù)

2.1 材料選擇

本工程的模板支架選擇扣件鋼管架體，鋼管材料采用Q235 鋼，鋼管直徑和厚度分別為48mm 和2.8mm。模板采用厚度為14mm 的雙面木膠合板，方木尺寸為50mm×100mm[1]。

2.2 地基處理

在該工程項目中，其中庭區(qū)域直接設(shè)置在地下車庫之上，地下車庫的頂板厚度雖按設(shè)計要求進行澆筑，符合規(guī)范要求，但與將支撐體系直接設(shè)置在地上相比，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足，需要對支撐體系架設(shè)區(qū)域進行加固。因中庭區(qū)域弧形梁施工區(qū)域與地下車庫的頂梁在同一個垂直面上，所以，在基礎(chǔ)加固過程中，需要精確確定建筑結(jié)構(gòu)中的弧形梁模板豎向受力，進而對地下車庫頂板采用套扣架的回頂加固措施。該措施是在車庫地面設(shè)置3 排支撐桿，支撐桿之間的距離為500mm，支撐桿頂部位置設(shè)置U形托座，托座中布置方木，從而構(gòu)成了一個回頂體系[2]。

2.3 設(shè)計底模板

弧形梁模板組成部分有3 個，分別為底模板、側(cè)模板及領(lǐng)梁板，組成示意圖如圖1所示。

圖1 組成示意圖

在支撐體系架設(shè)前，需要采用BIM 軟件對結(jié)構(gòu)進行總體設(shè)計，此外，還需驗算最不利位置，確保施工安全性。通過計算可得：梁底模板支撐架體橫向和豎向距離850mm，沿著軸線方向，在每個跨度內(nèi)都要加上2個頂部支撐立桿，立桿的布置間距為1300mm，梁側(cè)模板需要在豎向布置3 道。如果能夠?qū)⑦@些設(shè)計參數(shù)實施在支撐體系架設(shè)中，那么就可以達(dá)到施工規(guī)范及安全要求。

弧形梁在混凝土澆筑過程中，由于受到外力作用，支撐體系容易產(chǎn)生變形。為了保證弧形梁模板的安全性，必須在梁模板的中間位置設(shè)置一個位移傳感器，并將該傳感器與一個聲光報警裝置相連，當(dāng)該位移變形超出預(yù)定的臨界值時，就會發(fā)出警報，施工單位可及時進行處理[3]。

在梁底模施工過程中，一般采用全站儀等測量儀器對梁底模板開展翻樣工作。為了保證梁底模板的材料利用率，擬通過BIM軟件分析計算弧形跨徑，基于計算結(jié)果可知：可以在短向和長向兩個方向上進行裁板，其中，長向和短向裁板分別為16張和13.5張，根據(jù)材料利用率最大的原則，本工程使用短向裁板法。

2.4 設(shè)計側(cè)模板

弧形梁側(cè)模板的組成部分有3 個，分別是主楞、次楞和內(nèi)外側(cè)模板，主楞和次楞分別為鋼管和方木。一般情況下，側(cè)模板既要有足夠的剛度，又要有較好彎曲能力，所以在側(cè)模板設(shè)計過程中，應(yīng)優(yōu)先使用較長且厚度較大的模板。在確定好側(cè)模板之后，利用加工模具將側(cè)模板嵌套在該模具中，進而得到最優(yōu)側(cè)模板的尺寸數(shù)據(jù)，再按此數(shù)據(jù)進行梁側(cè)模板的加工和試驗，在確保性能驗收合格后，方可使用。

由于梁側(cè)模板的次楞為方木，所以在裝配過程中，方木需要與梁的側(cè)面彎曲度具有很好的匹配性，因此，方木的彎曲性能也要滿足一定的要求。根據(jù)拱型構(gòu)造的受力原理，當(dāng)方木承受橫向荷載時，方木的受壓側(cè)會發(fā)生變形，進而縮短了其長度。此時，需要將方木進行特殊處理，處理方法為：設(shè)定鋸縫深18mm，方木以一定間隔（間距為90mm）鋸縫，隨后在方木鋸縫側(cè)進行煨彎處理，圖2 為側(cè)模煨彎模具。經(jīng)這樣的處理后，再將方木裝配至梁側(cè)模板上即可避免變形導(dǎo)致的長度縮短。

圖2 煨彎模具

2.5 模板支設(shè)

在模板設(shè)計相關(guān)工作全部完成后，需要開展模板的支設(shè)工作，具體施工方法及工藝如下[4]：

（1）支設(shè)內(nèi)外側(cè)模板。基于結(jié)構(gòu)施工圖紙，計算好內(nèi)外側(cè)模板尺寸，首先固定端部模板，然后按順序由兩側(cè)向中間逐漸靠攏。基于布置間距沿梁高的方向，沿外側(cè)面開2.5mm的切口，讓切口反對著梁，未切口側(cè)緊靠著梁的彎曲表面，用鐵釘將其釘牢，并在其上面鋪設(shè)方木，布設(shè)間距為200mm，同時用鐵釘進行固定。

（2）支設(shè)頂板。在梁的外側(cè)，順著梁的方向鋪設(shè)木膠板并用鐵釘固定，木膠板的高度80mm、厚度10mm。

（3）支設(shè)混凝土支撐塊。在頂板支設(shè)完畢后，先用鋼筋將其固定，然后將已安裝好的梁模板和具有同樣大小的混凝土支撐塊按順序布置，撐塊需以布置間距350mm且順著梁的方向進行布置。

（4）布設(shè)PVC管。沿弧形梁的突出部分，在其一邊鉆一排圓形孔洞，孔洞直徑和間距分別為14mm 和350mm，孔洞與梁頂面和地面的距離均為120mm。鉆孔完成后，在孔洞內(nèi)插上PVC管，管的直徑與孔洞直徑相同，再用對拉螺釘將PCV管材緊固。

（5）梁側(cè)模板緊固方法。梁側(cè)模板通常使用對拉桿件固定的方法，梁側(cè)模布置了經(jīng)過特殊處理的方木，在縱向配置了鋼管進而承受澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的壓力。在安裝拉桿時，要處理好桿件和鋼筋之間的沖突，在對拉桿件周圍設(shè)置一段混凝土內(nèi)頂條，避免拉結(jié)得太緊而導(dǎo)致弧面呈現(xiàn)效果不佳。為了增強梁下端的灌漿效果，需要對鋼管開展鎖口處理。

2.6 模板的封邊處理

（1）梁模板的封邊方法

在通常情況下，模板的施工以大面優(yōu)先，在梁側(cè)模板周邊區(qū)域會留下一些模板，當(dāng)梁側(cè)模板支設(shè)完成后進行封邊收口。因與弧形梁相鄰的樓面模板是一種平面彎曲模板，因此在施工中應(yīng)采取簡便、快速和精確的收邊方法[5]。

（2）封邊收口措施

當(dāng)封邊口很小時，一般施工嵌套裁板法加工邊模。首先，將未裁切的基板與鄰近的樓層板豎向?qū)R；然后，以投影線的方式將邊模的實際尺寸映射在基板上，根據(jù)畫出的投影線對基板進行裁切，并將裁切好的邊模進行固定。當(dāng)封邊口很大時，一般通過量度法進行邊模的裁切。具體實施過程為：制備一塊面積稍大于封邊口的基板，采用鋼尺測量施工完畢的樓層板與封邊口的邊長長度，并映射到基板上；然后，以梁底模板作為模具，基于上述邊長映射點將梁底模板弧線映射至基板上；最后，使用彎鋸對基板進行裁切，并將裁切好的邊模進行固定。

2.7 混凝土澆筑

在支設(shè)模板工作完成后，需要開展混凝土澆筑施工，具體施工注意事項如下：

（1）采用泵送方法澆筑。在混凝土澆筑之前，必須首先檢查混凝土性能，在確保混凝土性能滿足規(guī)范要求后方可澆筑。

（2）在澆筑時需要注意澆筑順序，應(yīng)遵循先柱子后梁板的施工原則。

（3）在梁板混凝土澆筑施工時，采用中間點往兩邊逐層逐段澆筑的方法，每一段的澆筑時間都不能超過混凝土的初凝時間，并且每一層的澆筑厚度都不能超過380mm。

（4）在澆筑過程中，為了保證澆筑質(zhì)量，必須采用振動棒進行連續(xù)振搗，以排除混凝土中存在的氣泡，進而確保梁內(nèi)混凝土性能。此外，在施工過程中，要對混凝土的澆筑量進行監(jiān)控，防止混凝土澆筑過量或偏少，以免弧形梁產(chǎn)生變形。在澆筑施工結(jié)束后，需要按照要求進行28d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護。

（5）在預(yù)留弧形梁試件澆筑時，需要通過試驗確定其力學(xué)性能，在確保其符合設(shè)計要求后，方可使用弧形梁模板。

2.8 拆除支撐體系

在混凝土澆筑及標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護工作全部結(jié)束后，需要拆除梁模板。拆除順序一般為“先側(cè)后頂”，在施工過程中必須留下2個方木支撐。待所有的模板都拆除后，統(tǒng)一進行存放和處置。在拆除模板的過程中，注意不能對混凝土結(jié)構(gòu)造成損傷，如有損傷應(yīng)立即進行修復(fù)，進而保證弧形梁的施工質(zhì)量[6]。

3 試驗分析

試驗分析主要的評價標(biāo)準(zhǔn)為彎矩和剪力，選擇該工程中的某一個弧形梁為研究對象，從梁中點開始向兩側(cè)每隔一段距離各選取3個試驗測點，包含中點在內(nèi)共計7個試驗測點。試驗采用大型力學(xué)測量裝置，分別測量了各個測點的彎矩和剪力，并與基于BIM 軟件設(shè)計得到的同位置的彎矩和剪力的理論值進行比較，進而分析本施工技術(shù)的合理性，比較結(jié)果見表1[7]。

表1 弧形梁性能測試結(jié)果

從表1 可以看出，基于本文提出的施工技術(shù)，梁實測的彎矩值與理論值的差值最大為0.2kN·m，剪力值相差不大，僅為0.3kN。由此可知，實測值與理論值近似相同，這表明該施工技術(shù)能夠達(dá)到設(shè)計需求，而且在實際工程中的應(yīng)用效果比較顯著。

4 結(jié)語

本文從多個方面分析了弧形梁模板施工技術(shù)在房建工程中的應(yīng)用，并通過試驗對比研究了該方法的合理性。結(jié)果表明，實測彎矩值、剪力值和理論值相差不大，該方法具備較強的可行性，具有廣闊的推廣前景。