外倾式不等径斜交圆柱节点施工技术

钟亿云 朱振华

(中建海峡建设发展有限公司 福建福州 350000)

0 引言

现阶段，场馆、商场等大型公共建筑越来越多，多元化、个性化的建筑形式逐渐丰富起来，更多的工程采用外倾的造型，外倾式斜圆柱也有了更加广泛的应用。其中最大的难题是不等径斜交圆柱节点施工技术，如何保证工程质量成为大家关注的焦点。这就需要对不等径斜交节点施工技术不断优化，消除不利的影响因素，保证施工过程的各个环节科学合理，流程规范，质量达标，使不等径斜交节点施工技术难题得到解决，有效保证工程质量。基此，文章以泉州市安溪县某工程为例，详细介绍其施工技术，为不等径圆柱斜交节点施工提供借鉴参考。

1 工程概况

1.1 工程简介

泉州市安溪县科技馆、青少年宫、妇女儿童活动中心工程，占地面积1.958hm2，建筑面积37 013.6m2。其中科技馆地上4层，青少年宫、妇女儿童活动中心地上5层，科技馆设计为倒锥型，外侧为12根向建筑物外倾斜角度为15°～19.68°D650mm的斜圆柱，如图1所示；长度为25.2m，内部为20根D1100mm直圆柱，斜圆柱与直圆柱在标高+0.6m位置斜交，如图2所示。

图1 不等径圆柱斜交模型

图2 成型效果

1.2 施工难点

(1)不等径斜交圆柱节点钢筋下料难，弯折角度不易控制；

(2)节点模板翻样难，节点模板尺寸、形状未知，无法施工，斜柱外倾角度大，加固难度大；

(3)节点位置钢筋密集，箍筋采用螺旋箍，混凝土浇筑振捣困难，难以保证圆柱节点混凝土质量。

2 施工工艺流程

施工工艺流程：节点模板翻样制作→斜圆柱钢筋按不同角度弯折→直圆柱箍筋绑扎→斜圆柱箍筋绑扎→直圆柱模板安装→斜圆柱模板安装→混凝土浇筑。

3 施工要点

3.1 钢筋工程

(1)斜柱角度在15°～19.68°不等，每一个斜柱对应角度不一致，钢筋下料弯折角度控制至关重要。工程采用预制固定角度钢板，每个斜柱对应相同角度钢板，斜柱钢筋按角度下料，保证钢筋定位、角度准确，便于模板安装。

(2)直圆柱与斜圆柱箍筋都采用螺旋箍筋，应先按图纸设计计算出螺旋箍筋数量，直圆柱箍筋先套上，节点高度用红油漆标示，直圆柱箍筋绑扎完后在节点位置插入斜圆柱主筋，后绑扎斜圆柱螺旋箍筋，确保了节点位置主筋定位准确，箍筋及加密钢筋间距符合要求，极大地提高了节点位置钢筋绑扎效率，也缩短了工期。

3.2 模板工程

(1)材料的选择

工程基于成本与工期考虑，选择定型木质圆模。木制圆柱模板是属于建筑工程技术领域一项新型的模板材料，利用木质胶合板的可弯曲性，通过高温高压定型不同的弧度，达到不同的直径，从而用于曲面建筑物的成型来完成浇注混凝土。厂家定制覆面木质胶合板圆模，面板厚度18mm，面板抗弯强度设计值[f]=31N/mm2，面板弹线模量E=11 500N/mm2，经验算满足规范[1]与现场施工要求。木模比定型钢模板质量轻，无需大型吊装设备即可进行组装，提高模板拼装工作效率，节约人力，缩短工期。钢模板是固定规格，定制时间久。木制圆模板能够根据图纸要求生产任意规格，生产时间短，可以大批量预拼装整体运装，减少施工耗时，确保工程施工进度。木质圆模成本低单价65元/m2，定制钢模因节点异形，无法再次利用，单价高达180元/m2,32根圆柱总面积2170m2，木模节约成本约249 550元。模板高3m，为两幅半圆模板拼装而成。柱箍采用Q235扁钢，宽32mm、厚2.3mm,固定钢带的上下边距为20cm。

(2)模板翻样

不等径圆柱斜交，最大的难点在于节点模板翻样，节点位置模板定位极其困难。为满足进度要求，技术部进行关键节点提前策划，抓住最大的难题：节点模板翻样下料的问题。两轴线相交圆柱相贯，大圆柱相贯线解析求法[2]为：

解析法中可以看出相贯线为光滑封闭的空间曲线，较为复杂。结合施工现场实际情况综合考虑，两轴线相交圆柱相贯[3-4]可用作图法来求相贯线，作图法能形象、直观地把两圆柱相贯线画出来。假想用辅助平面截切两圆柱，分别得出两圆柱表面的截交线。由于截交线的交点既在辅助平面内，又在两圆柱的表面上，因而是相贯线上的点。两轴线相交圆柱相贯，相贯线的侧面投影已知，可利用辅助平面法求共有点：①等分相贯线在右侧的投影距离，找到每个等分点，量出每个点对应斜圆柱上的弦长；②通过辅助平面返回到斜圆柱圆上画出交线等分对应的每个交点弦长；③弦长交斜圆柱圆上交点作垂直于径向的斜线；④斜线与投影对应等分点在直圆柱上母线的交点即为相贯线的点。平滑且顺次连接各点，作出相贯线，并且判别可见性，整理轮廓线如图3所示。

相贯线在直圆柱表面为叶子状的空间曲线，在斜圆柱上展开为类似双曲线。利用弧长公式把将两相贯线展开，分别计算出直圆柱与斜圆柱弧长。将数据在Excel中绘制出相贯线形状，如图4所示，在牛皮纸上进行1∶1还原，画出相贯线形状。贴在镀铁板上，剪下大圆柱叶子模型及斜圆柱类似双曲线模型，分别贴在相应的圆模板上，如图5所示，在不同圆模板上将相贯线切出，然后进行试拼装，如图6所示，确认无误后方可批量切割，减少返工，节约材料。

图3 辅助平面法

图4 绘制相贯线

图5 模板翻样

图6 节点试拼装

(3)模板加固

在圆柱模板安装前，根据施工图及原始坐标点采用全站仪极坐标法准确定位，测圆柱模板的外边线及外侧控制线，在圆柱上中下设置4道定位钢筋。拼装模板之前检查柱根部混凝土，表面应平整光洁，如达不到平整度要求，用1∶1水泥砂浆找平。柱截面内凿毛、剔除松动石子及浮浆且用水冲洗干净。依据模板定位线，对齐模板企口用水平固定卡将模板箍紧，再采用水平箍满堂脚手架支撑体系相连接，水平杆加固间距为1.5。拼装完成后，必须用吊线和钢尺采用平行线投点法检查圆柱垂直度并将圆柱模板校正，使其满足规范要求。安装模板时，当柱高超过3m，模板的上下连接处的两块模板需要错开安装，错位安装可以保证圆柱体的垂直性和整体性，节点位置大圆柱需在相贯线中部断开，另一半模板需错开。

斜圆柱固定钢带要求垂直轴线加固，可以保证钢带受力均匀，固定钢带的上下边距为20cm(直径200mm～1100mm)(安装技巧：钢带安装时先弹出每个加固位置一圈周线。上钢带时将钢带放在线上，即可保持钢带的安装紧致)。安装螺丝时，每一个螺丝拧紧度要保持一致，这样才能保证钢带松紧度的一致性及施工安全。由于模板是错开安装，在上下模板水平接口的位置一定要用钢带进行加固，钢带要水平覆盖在接口部位，而且保证接口位置在加固钢带的中间，可以增强模板的稳固和施工的效果。钢带安装好后为了加强模板的稳定性，要在模板四周垂直加5cm×10cm木方4个，并用4根钢管固定木方。这样不仅可以对木模板进行保护，而且可以缓冲振动棒的压力，使混凝土成型效果更好，同时这样保护也有利于对模板进行垂直定位，使模板的受力形成一个整体，达到二次加固的作用。在两圆柱相交节点2m高度内每隔100mm高设置一道附加钢带，中间的间隙用土工布包裹方木填塞密实。相贯线位置用胶带封堵，后用砂浆填塞，有效减少两圆柱接缝位置的漏浆率，提高混凝土成型质量。斜柱加固最大的影响因素[5]是模板支撑体系设计不合理，由于安装常规设计，在加载后易产生整体性偏移。所以斜柱加固在钢带外侧一圈满布钢管，在钢管外再额外加一道钢带，使斜柱均匀受力，增加模板刚度。在每层设置间距1000mm钢管斜撑，并用钢带将直圆柱斜圆柱拉结在一起，一拉多撑，有效支撑混凝土水平推力，做到安全可靠，如图7所示。

图7 竖向支撑

(4)模板拆除

斜柱虽然两端固结不属于悬臂结构，但由于倾斜角度过大，混凝土强度到达100%方进行拆模。模板拆除顺序与安装顺序相反，先支后拆，后支先拆。先拆掉外圈钢带再卸掉钢管，再拆内钢带，然后用撬棍轻轻撬动模板，使模板与混凝土分离。

3.3 混凝土工程

(1)混凝土浇筑采用分层浇筑，分层厚度不大于50cm，圆柱高度大于3m时采用串筒分段浇筑并振捣密实，大圆柱分段一次最多浇筑3m。

(2)斜柱斜度大，螺旋箍筋密集，造成混凝土下料困难，振捣棒极易卡在螺旋箍筋上，可采用特制的推子辅助下料[6]。振捣棒随推子一起下放，提起推子，边振捣边缓慢往上提振捣棒。节点位置使用锤子等在外部进行敲打，提高混凝土密实度，减少蜂窝现象，有效提高了混凝土成型质量。

4 实施效果检测

(1)经过复核，斜柱相贯线平顺美观，斜度符合设计要求，节点位置准确。斜柱最大的偏位4mm，满足规范要求，加固方案可行。

(2)混凝土回弹强度全部符合设计要求，拆模后外观没有明显的蜂窝麻面，混凝土成型质量较好。

(3)采用木质圆模有效缩短了一个月工期，节约了模板投入249 550元(与32根钢模相比)，技术创效显著。

(4)该工程获得了2017年度福建省闽江杯优质工程，结构成型质量获得了专家组的好评。

5 结语

通过对现浇混凝土外倾式不等径斜交圆柱节点施工技术的研究，利用辅助平面法成功解决了木质圆模在相交节点无法定位的问题，并通过科学可行的加固方式与混凝土振捣方法，解决了相交节点众多施工难题，节约了成本，缩短了工期，提升了混凝土成型质量，做到科技技术创效，为现浇混凝土外倾式不等径斜交圆柱节点提供了成熟完善的施工技术。

参考文献

[1] JGJ162-2008 建筑施工模板安全技术规程[S].2008.

[2] 王晓雪.相贯线在数控加工中的解析求法[J].山西大同大学学报,2010,26(5)：70-71.

[3] 何铭新，钱可强.机械制图[M].北京：高等教育出版社，1997：117-132.

[4] 同济大学建筑制图教研室.画法几何[M].上海：同济大学出版社，1984：45-50.

[5] 郑燚绅，符勇.QC在大截面斜向劲性柱施工中的应用[J].广东土木与建筑,2011,5(5)：25.

[6] 黄景忠，邓蓉.混凝土内斜柱施工技术[J].福建建筑,2010,150(12)：71-73.