仿古建筑现浇混凝土圆柱施工工法

图1.1现代钢木结构仿古体系(huan图1.2圆柱与斗拱、屋面支模现浇图1.3西安大唐芙蓉园紫云楼实景仿古建筑现浇混凝土圆柱施工工法1.前言古代木构架体系主要由柱、梁、枋、斗拱、椽等构件卯榫组成，圆柱是最重要、最常见的构件之一,其主要承受各构件的重量并传递于基础。在新型建筑材料不断涌现和发展的今天，向来以木构架为主旋律的古代建筑，也逐渐被现代钢木结构（见图1.1）、钢结构、现浇混凝土结构所代替。传统圆柱施工采取与复杂的斗拱、屋面体系一起支模现浇（见图1.2），此方法支模难度大、钢筋绑扎困难、混凝土不易密实、工序较繁杂、施工周期长、施工费用高，这些问题在收分卷刹及斗拱部位较为突出。针对以上诸多不利因素，我们着重对圆柱收分段、斗拱段等部分进行技术研究，经过多次的论证，在西安大唐芙蓉园紫云楼（见图1.3）中率先创新的提出了《仿古建筑预制构件后置焊接安装施工工艺》。复杂构件与主体结构分解施工，圆柱采用多种定型、异形模板组合施工，对节点处进行严格控制。合理解决了圆柱与斗拱、梁枋、柱头等节点关键技术难题。节点处的分层流水，同层构件标高的合理控制，使成型圆柱表面光洁、曲线优美、尺寸一致收分处过度平滑顺直，较好的体现了仿古建筑的艺术效果。随后，我们在曲江池遗址公园、大唐西市、大唐不夜城等大型仿古建筑群中多次应用本工法，获得较大成功，取得了良好的社会和经济效益。在仿古建筑施工中有极大的推广应用价值。2.工法特点2.1技术先进本工法结合仿古圆柱构造特点，进行分段、分层叠合施工。加之与预制构件后置焊接安装技术的完美融合，不仅使施工层次清晰，而且结构受力明确，质量控制简单易行。2.2效益显著本工法大量运用了现代营造技术，对柱头节点进行合理控制，使节点处钢筋、混凝土的复杂工序趋于常规，作业难度小、强度低、工序少、速度快。2.3经济适用本工法与传统工艺相比，降低了模板及设施料投入，提高了模板的周转使用率；混凝土成型效果到达清水要求，减少了二次粉刷产生的费用，工期效益显著。2.4节能环保本工法大量采用新材料、新工艺，开发运用了多种节能定型、异型模具，减少传统工艺对木材的依赖。为低碳环保技术运用于仿古建筑之中开辟了新路。3.适用范围本工法适用于仿古建筑现浇混凝土圆柱。主要应用在仿古建筑檐口斗、拱、升等采用后置焊接安装技术的圆柱施工。4.工艺原理4.1基本原理本施工工法是结合后置焊接安装技术而提出的，在方法上比较独特。此方法虽然将圆柱形成了独立体系，但由于梁、枋以上短柱较多，梁柱节点由于钢筋较密，加之此处圆柱收分，柱子任然不易一次施工到顶。所以需要创新的将圆柱划分为正身段、柱头段、斗拱段、柱顶段等四个施工段，并结合仿古建筑构造特点开发运用多种定型、异型模具组合施工。成型圆柱满足清水要求，加之成熟的彩绘工艺处理，达到与木构架相同的艺术效果。本工法简化了施工工序，节约了施工工期、成本，使圆柱整体性得到提升。4.2理论基础本工法以普通钢筋混凝土结构、普通模板制作安装、普通钢构件焊接等成熟技术为理论基础，进行合理运用。符合设计和现行施工质量验收规范要求，并将现行的标准、规范与古建筑的法式、则例等有机地融为一体。4.3名词解释圆柱：用于支承屋面及檐口体系的承重构件。圆柱在古建筑中的位置不同，名称、有不同。有檐柱、金柱、山柱、中柱、攒金柱、童柱、擎檐柱等。斗：用于支承柱上体系部分的构件。拱：连接斗升和升与椽口体系之间的部分。升：将檐口体系的荷载传递给斗的构件。耍头：升与升之间直接传递荷载的主要通道。椽子：在檩、梁上铺设，承受并传递屋面上部荷载。收分：圆柱柱头处上下两端直径不相等，根部略粗，顶部略细的构造。4.4仿古建筑现浇混凝土圆柱模板（模具）施工过程示意如下图4.3.1仿古建筑主体结构及檐口构造示意图正身段圆柱及梁枋施工柱头段圆柱收分处理斗拱段圆柱预埋钢套筒5.工艺流程及操作要点5.1工艺流程5.1.1总体流程现场准备→定位放样→脚手架施工→圆柱钢筋→圆柱模板→圆柱混凝土→圆柱装饰、彩绘→圆柱础石安装→质量检验5.1.2子流程1、定位放线施工放样→平面控制→垂直度控制→高程控制2、脚手架施工脚手架设计→外脚手架搭设→内脚手架搭设3、圆柱钢筋施工圆柱主筋施工→圆柱箍筋施工→圆柱保护层控制→圆柱钢筋成品保护柱顶段圆柱及屋面主体施工斗拱段预制构件后置焊接安装图4.4.1仿古建筑现浇混凝土圆柱施工过程示意图图5.2.1.1-11:10的木质比例模型→圆柱钢筋隐蔽验收4、圆柱模板施工正身段圆柱模板（定型钢模板、定型高强塑料模板）→柱头段圆柱模板（异型木模板、异型玻璃钢模具）→斗拱段圆柱模板（特制钢套筒）→柱顶段圆柱模板（PVC管模）→模板拆除5、圆柱混凝土施工混凝土浇筑→混凝土振捣→混凝土养护→施工缝处理→季节性施工6、圆柱油漆彩绘及装饰装修涂刷水泥素浆→腻子修补→第一遍满刮腻子→第二遍满刮腻子→第三遍满刮腻子→弹分色线→刷第一道油漆→刷第二道油漆→柱础石安装5.2操作要点5.2.1定位放线1、施工放样首先，编制施工放样专项方案。认真将各层建筑平面与同层结构核对。从建筑剖面图和外墙大剖面图，分析各构件和圆柱的构造关系，弄清楚结构的受力特点。可以考虑制作立体比例模型进行施工放样。利用模型尺寸在现场地面放出足尺大样，而斗拱、圆柱支模体系也很快图5.2.1.1-2仿古建筑3D数字空间放样图5.2.1.2-1现场施工定位放线得以解决。对无法直接从图纸读取的数据应采用仿古建筑CAD或3D数字空间放样控制技术进行分析及研究，并反复进行验证、改进，保证放样准确。（详见图5.2.1.1-1、5.2.1.1-2）2、平面轴线控制由于仿古建筑构造复杂，有些楼板面不便于架设经纬仪或出现遮挡经纬仪视线的情况，所以根据场地实际情况，可以考虑采用激光铅垂仪进行竖向十字控制点的传递。仿古建筑中由于柱顶节点处梁枋集中，相互重叠遮挡，用下面圆柱轴线直接测放顶部短柱轴线比较困难，所以此处短柱轴线可以将结构板面上纵横主轴线外放0.5－1m，用吊线锤上图5.2.1.3-1圆柱垂直度控制图5.2.2.1-1外架搭设实体效果引测放至梁、枋处做好标记作。此轴线作为安装柱顶模板及钢套筒的定位控制线。（详见图5.2.1.2-1）3、垂直度控制施工中要随时严格校核、检查圆柱垂直度，误差应小于3mm，保证准确无误。以免由于柱子偏差过大，造成预埋钢套筒偏移，使斗拱上下不在一条垂线上。所以圆柱的垂直度的控制在后置焊接安装工艺中显得相当重要。（详见图5.2.1.3-1）4、高程控制根据测绘院测定的高程基准点,用附合法将高程引测到施工区，每栋楼要求至少有两个水准标高控制桩,以便校测。圆柱下部定型模板支设和混凝土浇筑采用结构0.5m线引至柱顶附近安装好的钢筋上，并用红油漆标识此高程引测线。以此为依据进行柱顶端混凝土浇筑标高的控制，此处混凝土标高的严格控制可以为收分模板安装打下基础，减少漏浆现象的发生。圆柱各段标高都应采用原始标高进行校核，避免圆柱各段相互引测造成标高误差的传递。5.2.2脚手架施工1、脚手架设计仿古建筑由于其造型复杂多图5.2.2.3-1外架搭设平面布置图变、高低错落，主体施工中由于进度的需要，不能实现按步就班的施工，客观要求采用跳跃式施工。针对仿古建筑的外形结构及主体圆柱分层施工的特点,需要在一些特殊部位进行脚手架的专项设计，垂直分割上下各层施工面，使每层互不干扰创造了施工条件。架体既配合了主体框架的施工，又保证了斗拱、翼角部位的施工安全。（详见图5.2.2.1-1）2、外脚手架搭设外回廊檐口施工时一般采用悬挑式外脚手架，底部采用18#－22#工字钢进行受力支撑，每1.5－2m距离设置一根。工字钢长度为3－6m左右。檐口脚手架立杆一般按纵向间距90cm，横向间距为出檐加50cm（一个人的行走宽度），外立杆高度为檐口标高加1.8m（密目网高）。立杆与横杆交接处设置双扣件。设置剪刀撑，增加整体强度。架体附墙支撑采用内侧一排砼园柱,柱上半部还有斗拱装饰,故不宜附着。圆柱外架施工完毕后，可以继续进行斗拱、翼角部位的施工。（详见图5.2.2.3-1）3、内脚手架搭设由于仿古建筑内部层高都较大，所以在进行内部圆柱模板安装时必须考虑到架体要有足够的牢固性和稳定性，在允许荷载和气候条件下架体不产生变形、倾倒或摇晃现象，确保施工人员安全。施工时满堂架必须和操作外架分开。脚手架钢管搭设时不得遮挡各控制线位置，并且要躲开预制图5.2.3.1-1圆柱钢筋施工构件安装的位置。5.2.3圆柱钢筋施工1、圆柱主筋施工圆柱主筋竖向连接按照图纸设计及规范的要求严格进行施工。柱顶收分处柱子变截面处主筋应向内部进行连续弯折向上并与檐柃以下柱主筋进行焊接连接或机械连接。圆柱与澜额梁节点处由于钢筋较密，加之此处柱顶收分，圆柱和澜额梁不能实现一次性配置定型模板时。澜额梁下部受力钢筋在浇完圆柱后采用植筋方案与柱子内预埋件进行焊接连接，澜额梁上部筋贯通。立枋以及檩采用现浇方案与柱子的预留筋连接。但采用植筋焊接方法施工时易伤到柱子主筋，用冲击钻打孔时对稍度砼破坏也较大。所以梁、枋与柱子接头还可以采用泡沫预留孔方案施工。（详见图5.2.3.1-1）2、圆柱箍筋施工箍筋一般采用圆箍或螺旋箍，采用圆箍施工时按照图纸间距，先将圆箍套在下层短柱伸出的搭接主筋上，然后立柱子主筋，在搭接长度内将圆箍与主筋进行绑扎，扎丝扣向要向柱子中心。柱基、柱顶、梁枋交接处间距应按设计要求严格进行箍筋加密，收分处的箍筋要按不同截面处的直径进行加工处理。采用螺旋箍进行施工时将箍筋缠绕至主筋上并用点焊焊牢。由于螺旋箍缠绕方向与柱子受45°剪切破坏时的方向一致，所以为保证柱子整体刚度及抗扭刚度，按每隔1m增设加劲箍，并在主筋和箍筋之间增加附加点焊。3、圆柱保护层控制按照规范规定严格控制柱子主筋保护层厚度，在柱子主筋上应设置塑料定位卡或砂浆垫块，塑料定位卡及砂浆垫块的竖向间距一般按500mm梅花型进行设置。柱子变截面处放内、外双定位卡，并且还应在柱顶增设定型钢筋定位箍。4、圆柱钢筋成品保护加工成型的钢筋应挂牌标识，应将不同规格、不同形状的钢筋分别整齐捆绑堆放，防止受压变形；不得在安装模板时踩踏、掰动及切割已加工好的圆柱钢筋；为防止混凝土浇筑时柱子主筋偏移，应派专人对柱子位移钢筋进行校正处理；模板涂刷隔离剂时，严禁污染钢筋；在主筋和箍筋之间增加附加点焊时要避免烧伤主筋。5、圆柱钢筋隐蔽验收圆柱的钢筋绑扎完毕后必须严格按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》中钢筋分项工程进行隐蔽验收，并做好隐蔽验收记录，在收分处、变截面处、梁枋柱节点处应进行重点验收控制，验收合格后方能进行模板安装。钢套筒的检查验收也应该按照现行《钢结构工程施工质量验收规范》严格进行执行。5.2.4圆柱模板施工图5.2.4.1-1圆柱定型钢模板仿古建筑结构工程混凝土的质量高低主要体现在模板工艺上，合理选择模板体系和进行模板设计、施工是关键环节，我们为体现仿古建筑艺术效果,充分运用了现代营造技术，将圆柱划分为正身段、柱头段、斗拱段、柱顶段等四个施工段，并结合圆柱构造特点开发出多种异型及定型模具（在圆柱下段采用定型钢模板或定型高强塑料模板；圆柱收分处采用异型木模具或玻璃钢模具；在斗拱处的圆柱采用特制钢套筒，先作为圆柱砼模板，后作为焊接安装预制构件的载体；圆柱最顶端采用PVC定型管模）。成型圆柱上下轴线一致，大小形状、柱头节点的处理质量较好。1、正身段圆柱模板1）定型钢模板在仿古建筑中对于模板的要求较高，现在较多的圆柱采用定型钢模板进行施工。（详见图5.2.4.1-1）采用其浇注的混凝土柱子效果好,能达到清水混凝土的效果，在剪力墙结构的转角柱中，模板成异形，加固连接较为困难，钢模板此时有较大的优势。定型钢模板在模板厂进行专门的拼装式设计和制作，在现场进行安装。圆柱模板进场后为避免混淆误用，一般用醒目字体对模板编号，安装时对号入座。钢模板安装前根据测放出的纵横主轴线、圆柱十字轴线并结合模板直径的实际情况，在已施工好的结构板面上弹放模板矩形控制线，每侧宽出图5.2.4.1-2定型钢模板加固图5.2.4.1-3圆柱高强塑料模板圆柱模板外边缘20