弧形梁模板施工技术在房建工程中的应用分析

2024-01-16李佳旭中铁十六局集团第二工程有限公司天津610041

砖瓦 2024年1期

李佳旭（中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 610041）

弧形房屋工程造型优美，但建造过程极为困难，此类工程在建造时，既要兼顾美感，又要保证结构受力满足设计和性能要求。当前，圆弧形房屋的施工一般采用控制点的方式开展放样工作，然后按照混凝土支模的形式来进行，但是这种做法不能很好地适应建筑的圆弧部位，这就造成了在施工过程中圆弧的中心和结构中心或者是梁中心均不在一个平面内。随着施工技术的不断提高，弧形梁模板逐渐成为我国近几年的一种新型结构施工形式，极大地减少了弧形结构的建造困难。为了更好地了解弧形梁模板在实际工程中的作用方式，本文从多个方面对该施工技术进行了阐述，为其在房屋建筑中的应用提供参考。

1 项目概况

某市级艺术馆项目总建筑面积5.23 万m2，工程使用面积4.3万m2。工程建设总高度38.2m，其中，地上建筑5 层，地下建筑1 层。在该项目中，地上建筑层高7.6m；地下建筑工程为车库，层高为5.6m；在艺术馆的中间位置为中庭区域，其跨度为28.6m；地上建筑均设置了悬挑板，其长度为4.5m。该艺术馆有6处弧形梁结构，梁的尺寸固定，均为600mm×1300mm，梁结构顶部标高为28m，结构横向跨度为17m。中庭区域因特殊的结构造型，弧形梁布置较多，其主梁和次梁的尺寸分别为500mm×1200mm和350mm×600mm，该区域顶部标高和横向跨度分别达到了38m 和26m。本文以某艺术馆施工全过程为例，对弧形梁模板的具体施工方法进行了探讨。

2 弧形梁模板施工技术

2.1 材料选择

本工程的模板支架选择扣件钢管架体，钢管材料采用Q235 钢，钢管直径和厚度分别为48mm 和2.8mm。模板采用厚度为14mm 的双面木胶合板，方木尺寸为50mm×100mm[1]。

2.2 地基处理

在该工程项目中，其中庭区域直接设置在地下车库之上，地下车库的顶板厚度虽按设计要求进行浇筑，符合规范要求，但与将支撑体系直接设置在地上相比，其结构稳定性不足，需要对支撑体系架设区域进行加固。因中庭区域弧形梁施工区域与地下车库的顶梁在同一个垂直面上，所以，在基础加固过程中，需要精确确定建筑结构中的弧形梁模板竖向受力，进而对地下车库顶板采用套扣架的回顶加固措施。该措施是在车库地面设置3 排支撑杆，支撑杆之间的距离为500mm，支撑杆顶部位置设置U形托座，托座中布置方木，从而构成了一个回顶体系[2]。

2.3 设计底模板

弧形梁模板组成部分有3 个，分别为底模板、侧模板及领梁板，组成示意图如图1所示。

图1 组成示意图

在支撑体系架设前，需要采用BIM 软件对结构进行总体设计，此外，还需验算最不利位置，确保施工安全性。通过计算可得：梁底模板支撑架体横向和竖向距离850mm，沿着轴线方向，在每个跨度内都要加上2个顶部支撑立杆，立杆的布置间距为1300mm，梁侧模板需要在竖向布置3 道。如果能够将这些设计参数实施在支撑体系架设中，那么就可以达到施工规范及安全要求。

弧形梁在混凝土浇筑过程中，由于受到外力作用，支撑体系容易产生变形。为了保证弧形梁模板的安全性，必须在梁模板的中间位置设置一个位移传感器，并将该传感器与一个声光报警装置相连，当该位移变形超出预定的临界值时，就会发出警报，施工单位可及时进行处理[3]。

在梁底模施工过程中，一般采用全站仪等测量仪器对梁底模板开展翻样工作。为了保证梁底模板的材料利用率，拟通过BIM软件分析计算弧形跨径，基于计算结果可知：可以在短向和长向两个方向上进行裁板，其中，长向和短向裁板分别为16张和13.5张，根据材料利用率最大的原则，本工程使用短向裁板法。

2.4 设计侧模板

弧形梁侧模板的组成部分有3 个，分别是主楞、次楞和内外侧模板，主楞和次楞分别为钢管和方木。一般情况下，侧模板既要有足够的刚度，又要有较好弯曲能力，所以在侧模板设计过程中，应优先使用较长且厚度较大的模板。在确定好侧模板之后，利用加工模具将侧模板嵌套在该模具中，进而得到最优侧模板的尺寸数据，再按此数据进行梁侧模板的加工和试验，在确保性能验收合格后，方可使用。

由于梁侧模板的次楞为方木，所以在装配过程中，方木需要与梁的侧面弯曲度具有很好的匹配性，因此，方木的弯曲性能也要满足一定的要求。根据拱型构造的受力原理，当方木承受横向荷载时，方木的受压侧会发生变形，进而缩短了其长度。此时，需要将方木进行特殊处理，处理方法为：设定锯缝深18mm，方木以一定间隔（间距为90mm）锯缝，随后在方木锯缝侧进行煨弯处理，图2 为侧模煨弯模具。经这样的处理后，再将方木装配至梁侧模板上即可避免变形导致的长度缩短。

图2 煨弯模具

2.5 模板支设

在模板设计相关工作全部完成后，需要开展模板的支设工作，具体施工方法及工艺如下[4]：

（1）支设内外侧模板。基于结构施工图纸，计算好内外侧模板尺寸，首先固定端部模板，然后按顺序由两侧向中间逐渐靠拢。基于布置间距沿梁高的方向，沿外侧面开2.5mm的切口，让切口反对着梁，未切口侧紧靠着梁的弯曲表面，用铁钉将其钉牢，并在其上面铺设方木，布设间距为200mm，同时用铁钉进行固定。

（2）支设顶板。在梁的外侧，顺着梁的方向铺设木胶板并用铁钉固定，木胶板的高度80mm、厚度10mm。

（3）支设混凝土支撑块。在顶板支设完毕后，先用钢筋将其固定，然后将已安装好的梁模板和具有同样大小的混凝土支撑块按顺序布置，撑块需以布置间距350mm且顺着梁的方向进行布置。

（4）布设PVC管。沿弧形梁的突出部分，在其一边钻一排圆形孔洞，孔洞直径和间距分别为14mm 和350mm，孔洞与梁顶面和地面的距离均为120mm。钻孔完成后，在孔洞内插上PVC管，管的直径与孔洞直径相同，再用对拉螺钉将PCV管材紧固。

（5）梁侧模板紧固方法。梁侧模板通常使用对拉杆件固定的方法，梁侧模布置了经过特殊处理的方木，在纵向配置了钢管进而承受浇筑混凝土时产生的压力。在安装拉杆时，要处理好杆件和钢筋之间的冲突，在对拉杆件周围设置一段混凝土内顶条，避免拉结得太紧而导致弧面呈现效果不佳。为了增强梁下端的灌浆效果，需要对钢管开展锁口处理。

2.6 模板的封边处理

（1）梁模板的封边方法

在通常情况下，模板的施工以大面优先，在梁侧模板周边区域会留下一些模板，当梁侧模板支设完成后进行封边收口。因与弧形梁相邻的楼面模板是一种平面弯曲模板，因此在施工中应采取简便、快速和精确的收边方法[5]。

（2）封边收口措施

当封边口很小时，一般施工嵌套裁板法加工边模。首先，将未裁切的基板与邻近的楼层板竖向对齐；然后，以投影线的方式将边模的实际尺寸映射在基板上，根据画出的投影线对基板进行裁切，并将裁切好的边模进行固定。当封边口很大时，一般通过量度法进行边模的裁切。具体实施过程为：制备一块面积稍大于封边口的基板，采用钢尺测量施工完毕的楼层板与封边口的边长长度，并映射到基板上；然后，以梁底模板作为模具，基于上述边长映射点将梁底模板弧线映射至基板上；最后，使用弯锯对基板进行裁切，并将裁切好的边模进行固定。

2.7 混凝土浇筑

在支设模板工作完成后，需要开展混凝土浇筑施工，具体施工注意事项如下：

（1）采用泵送方法浇筑。在混凝土浇筑之前，必须首先检查混凝土性能，在确保混凝土性能满足规范要求后方可浇筑。

（2）在浇筑时需要注意浇筑顺序，应遵循先柱子后梁板的施工原则。

（3）在梁板混凝土浇筑施工时，采用中间点往两边逐层逐段浇筑的方法，每一段的浇筑时间都不能超过混凝土的初凝时间，并且每一层的浇筑厚度都不能超过380mm。

（4）在浇筑过程中，为了保证浇筑质量，必须采用振动棒进行连续振捣，以排除混凝土中存在的气泡，进而确保梁内混凝土性能。此外，在施工过程中，要对混凝土的浇筑量进行监控，防止混凝土浇筑过量或偏少，以免弧形梁产生变形。在浇筑施工结束后，需要按照要求进行28d的标准养护。

（5）在预留弧形梁试件浇筑时，需要通过试验确定其力学性能，在确保其符合设计要求后，方可使用弧形梁模板。

2.8 拆除支撑体系

在混凝土浇筑及标准养护工作全部结束后，需要拆除梁模板。拆除顺序一般为“先侧后顶”，在施工过程中必须留下2个方木支撑。待所有的模板都拆除后，统一进行存放和处置。在拆除模板的过程中，注意不能对混凝土结构造成损伤，如有损伤应立即进行修复，进而保证弧形梁的施工质量[6]。

3 试验分析

试验分析主要的评价标准为弯矩和剪力，选择该工程中的某一个弧形梁为研究对象，从梁中点开始向两侧每隔一段距离各选取3个试验测点，包含中点在内共计7个试验测点。试验采用大型力学测量装置，分别测量了各个测点的弯矩和剪力，并与基于BIM 软件设计得到的同位置的弯矩和剪力的理论值进行比较，进而分析本施工技术的合理性，比较结果见表1[7]。