淺圓倉錐形殼結(jié)構(gòu)體系的選擇與施工關(guān)鍵技術(shù)

傳統(tǒng)高支模施工工藝由于腳手架搭設(shè)高度高、整體剛度小、變形大和穩(wěn)定性差,造成施工安全的可靠度低，工期得不到保證，投資及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不佳等，要有效解決這些問題，在設(shè)計階段進(jìn)行正截錐形殼倉頂蓋的技術(shù)設(shè)計，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的倉頂蓋的結(jié)構(gòu)類型，是統(tǒng)籌設(shè)計和施工，提高結(jié)構(gòu)可靠度和保證施工安全的關(guān)鍵途徑，在國家大力推廣綠色裝配式建筑的產(chǎn)業(yè)政策下，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)是淺圓倉正截錐形殼倉頂蓋結(jié)構(gòu)體系的最佳體系，也是結(jié)構(gòu)可靠、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計和施工方案，本文將重點分析和探討其錐形殼結(jié)構(gòu)體系的選擇，并闡述施工關(guān)鍵施工技術(shù)等。1

淺圓倉頂蓋正截錐形殼結(jié)構(gòu)體系的分析和選型1.1

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以河南某面粉項目為例，設(shè)計參數(shù)：單倉倉容10?000?t，內(nèi)徑25?m,檐口高度31.3?m，倉壁厚250?mm，錐形頂高5.55?m，坡度25°，板厚150?mm，錐底和錐頂分別設(shè)有500?mm×750?mm和600?mm×800?mm的環(huán)梁，且倉頂布置有工藝設(shè)備通廊，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動荷載。優(yōu)點：該體系較為普遍采用，倉壁與倉頂錐形殼均為鋼筋混凝土，整倉結(jié)構(gòu)的可靠度、受力性能、抗震性較好。缺點：淺圓倉正截錐形殼頂板施工為高空、大跨、重荷施工，難度極大、安全可靠度低、施工周期較長、投資、經(jīng)濟(jì)效果欠佳。1.2

雙層彩鋼扣板頂蓋結(jié)構(gòu)以中央儲備糧某直屬庫項目為例，設(shè)計參數(shù)：單倉倉容6?500?t，內(nèi)徑25?m，倉頂蓋由上下兩層多塊四邊形或多邊形彩鋼扣板、玻璃巖棉保溫隔熱層、內(nèi)張力圈、C形檁條、H形斜鋼梁等構(gòu)成。優(yōu)點：該體系為全鋼結(jié)構(gòu)正截錐形殼，具有施工便捷、工期短、節(jié)約投資優(yōu)點。缺點：其是近年來從國外引進(jìn)的試驗推廣倉，因淺圓倉壁為鋼筋混凝土；倉頂蓋為全鋼結(jié)構(gòu)，整體受力性能、結(jié)構(gòu)可靠度和抗震性較差，且目前技術(shù)不成熟，特別是抗震設(shè)防等級要求高的地區(qū)應(yīng)慎重選用。同時，其頂蓋結(jié)構(gòu)施工仍需搭設(shè)與倉同高的中心腳手架，附壁拉結(jié)的難度較大，存在安全風(fēng)險。1.3

裝配鋼筋混凝土錐面頂殼體系以北京某儲備糧庫項目為例，設(shè)計參數(shù)：單倉倉容10?000?t，內(nèi)徑30?m，檐口高度15.6?m，倉壁厚270?mm，錐形頂高8?m，坡度30°，錐底和錐頂均布置有環(huán)梁，預(yù)制的錐形殼板設(shè)計有3種規(guī)格，分別是底層板48塊、中層板32塊和上層板16塊，預(yù)制板端部厚300?mm，每塊板中間填充泡沫保溫板，平均重約5?t/塊，倉頂錐形殼板總重約500?t。優(yōu)點：該體系需在工廠提前預(yù)制，工期節(jié)約，受力性能、結(jié)構(gòu)可靠度和抗震性較雙層彩鋼扣板頂蓋體系較好。缺點：自重較大，根據(jù)采用該體系項目的施工實踐，需占用滑模平臺和搭拆芬克式鋼屋架鋼結(jié)構(gòu)支撐，存在一定安全風(fēng)險，經(jīng)濟(jì)效果欠佳等。1.4

鋼–混凝土組合結(jié)構(gòu)錐面殼體系以河南某面粉項目為例，設(shè)計參數(shù)：單倉倉容10?000?t，內(nèi)徑25?m，檐口高度28?m，倉壁厚250?mm，錐形頂高6?m，坡度27°，倉壁厚250?mm，錐底設(shè)計有400?mm×850?mm鋼筋混凝土一道大環(huán)梁，倉頂設(shè)計有三道鋼架環(huán)梁，現(xiàn)澆板厚130?mm，采用型號：YX75-230-690-1.0鍍鋅壓型鋼板兼作底模。優(yōu)點：鋼–混凝土組合結(jié)構(gòu)錐面殼體系能充分發(fā)揮鋼材抗拉和混凝土抗壓性能好的優(yōu)點，具有良好的受力和抗震性能，該體系應(yīng)用于淺圓倉頂蓋，具有以下優(yōu)點。（1）整倉結(jié)構(gòu)可靠度、受力性能和抗震性好：樓承板混凝土與倉壁通過大環(huán)梁現(xiàn)澆一體，充分發(fā)揮了鋼材抗拉和混凝土抗壓性能好的優(yōu)點；充分利用了拱殼結(jié)構(gòu)受力原理。（2）施工工期短：鋼架梁、倉頂檁條、支撐、樓承板等在專業(yè)鋼構(gòu)加工廠提前預(yù)樓承板作為現(xiàn)澆板的永久底模，無需任何支撐，節(jié)省了支拆模工序，在充分保證施工安全的同時，能有效縮短工期和降低安全風(fēng)險。（3）安全可靠度大：淺圓倉正截錐形殼倉頂蓋的高空、大跨、重荷施工，其為典型的“危大工程”，對項目各參加方而言，安全是最大風(fēng)險，以往項目頻繁發(fā)生的安全事故，過高的施工成本、過長的工期讓各參加方苦不堪言。本體系施工采用倉中心立塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為操作平臺，安全可靠，樓承板作為永久底模和下道工序施工平臺，無需任何支撐，消除了一切風(fēng)險因素，減少了安全事故發(fā)生概率。（4）經(jīng)濟(jì)效果好：由于此結(jié)構(gòu)體系的樓承板可作為現(xiàn)澆板底筋和底模，減少了混凝土用量，不但能降低投資，且能較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系工期提前25?d以上，為業(yè)主帶來了提前投產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)和社會效益；同時給承包人帶來了節(jié)省搭設(shè)腳手架、傘形鋼結(jié)構(gòu)支撐的制安和模板支拆等費用，有效地降低了工程成本，能實現(xiàn)各參加方共贏效果。（5）結(jié)構(gòu)合理：淺圓倉250?mm厚的倉壁與130?mm厚現(xiàn)澆板整澆一體，倉整體性和抗震性較好，同時壓型鋼板底模是將鍍鋅鋼板壓制成凸凹肋板或波形板，在承載力和剛度大幅提高同時，肋部可敷設(shè)水電管線，結(jié)構(gòu)合理。缺點：需做好錐面殼板與倉壁間關(guān)鍵節(jié)點連接。2

各結(jié)構(gòu)體系對應(yīng)的施工實踐和方案選擇2.1

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系施工方案分析鋼筋混凝土正截錐形殼結(jié)構(gòu)體系經(jīng)過多年的施工實踐，常采用從地面搭設(shè)滿堂鋼管腳手架的高支模方案、立柱–傘形鋼結(jié)構(gòu)支撐方案和倉壁預(yù)埋鋼絲繩環(huán)，搭設(shè)鋼絲繩網(wǎng)格支撐的方案3種，3種方案均需投入大量人力、物力和財力，不但施工成本高、工期長，且存在很大安全風(fēng)險，在設(shè)計與施工統(tǒng)籌之下，性價比較低。2.2

裝配鋼筋混凝土錐形殼體系施工方案分析目前淺圓倉項目設(shè)計的倉內(nèi)徑20～30?m居多，倉頂錐形殼板跨度大，而隨之裝配式板的截面尺寸和自重也大，一般每塊重約5?t，頂蓋總重達(dá)500?t。根據(jù)采用該體系項目的施工實踐，仍需借用滑模平臺，并搭拆芬克式鋼屋架鋼結(jié)構(gòu)支撐，且對吊裝機(jī)械的起重噸位提出了較高要求，另需采用大噸位汽車式起重機(jī)，存在一定安全風(fēng)險，經(jīng)濟(jì)效果欠佳。如推廣此方案，應(yīng)借助BIM等技術(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減少截面尺寸，降低構(gòu)件自重是推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。2.3

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)錐面頂殼體系施工方案分析鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)錐面頂殼體系能充分發(fā)揮鋼材抗拉和混凝土抗壓性能好的優(yōu)點，在具有良好抗震性的同時，采用倉中心立塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作平臺施工，并將樓承板作為永久底模，無需任何支撐，在縮短工期的同時，消除了一切風(fēng)險因素，對投資人是性價比最高、投資效益最好的方案；對承包人是施工成本最低和經(jīng)濟(jì)效果最后的方案。3

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)正截錐形殼體系施工關(guān)鍵技術(shù)3.1

工藝流程地下通廊底板施工時預(yù)埋塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)固定支腿→安裝塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)平臺→坡向鋼架梁地腳螺栓復(fù)核→環(huán)形鋼架梁中心圈拼裝→環(huán)形鋼架梁中心圈吊裝及臨時固定→坡向鋼架梁安裝→屋面支撐體系安裝→拆除淺圓倉中心塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)→永久底模安裝→殼板鋼筋綁扎→隱蔽驗收→澆筑殼板混凝土→連廊支架柱、洞口上翻沿二次施工→循環(huán)至下一個倉。3.2

錐形殼頂蓋施工總體部署根據(jù)施工組織設(shè)計確定的錐形殼頂蓋工期，組織流水施工，一般以2個或4個倉為單元，確定每個單元施工的錐形殼頂板數(shù)量、配備相應(yīng)機(jī)械、材料和設(shè)備等。鋼架梁等鋼構(gòu)件的吊裝采用塔式起重機(jī)，參數(shù)選擇時應(yīng)考慮環(huán)形鋼架梁中心圈總重量；殼板混凝土澆筑采用汽車泵的方案，參數(shù)選擇時應(yīng)考慮淺圓倉高度和場地情況。施工時先吊安淺圓倉中心標(biāo)準(zhǔn)節(jié)平臺，接著吊安鋼架梁中心圈，并臨時固定，后吊安坡向鋼架梁，并依次吊安屋面支撐、樓承板底模等，最后進(jìn)行殼板鋼筋綁扎和混凝土澆筑，各工序均按流水單元組織流水施工，循環(huán)至全部完成。3.3

利用BIM技術(shù)，模擬施工，進(jìn)行可視化技術(shù)交底淺圓倉頂蓋為錐形殼幾何體，由于其倉型體的特殊，做好施工充足施工準(zhǔn)備和可視化交底是確保工程質(zhì)量、施工安全和工期關(guān)鍵。施工前，由公司技術(shù)中心的BIM工程師按圖紙設(shè)計進(jìn)行建模和可視化設(shè)計，并模擬施工，對專業(yè)勞務(wù)人員進(jìn)行可視化BIM交底，讓作業(yè)人員從感官上認(rèn)知；在工藝上熟悉；在要點上牢記；在操作上可靠。3.4

安裝倉中心塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)平臺倉中心塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)平臺主要用來臨時固定鋼架中心圈，此工序是進(jìn)行錐形殼頂蓋施工基礎(chǔ)工序。在淺圓倉中心地下通廊底板施工時，統(tǒng)籌預(yù)埋塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)固定支腿（選用塔式起重機(jī)廠家原廠產(chǎn)品），倉壁滑模完成后，進(jìn)行塔式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)平臺的安裝，頂標(biāo)高應(yīng)結(jié)合圖紙設(shè)計的錐形殼板標(biāo)高安裝。當(dāng)標(biāo)高不吻合時應(yīng)采用附加型鋼平臺的措施，并按國家現(xiàn)行規(guī)范要求的腳手架和塔式起重機(jī)的驗收程序組織驗收，合格方可進(jìn)行下道工序。3.5

環(huán)形鋼架梁中心圈吊裝環(huán)形鋼架梁中心圈的安裝是錐形殼鋼骨架施工第一步，先用激光鉛錘儀將淺圓倉中心點投測到標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上，用塔式起重機(jī)將在地面拼裝好的環(huán)形鋼架梁中心圈，按投測的中心點吊裝到位，固定時采用自制專用卡具，同時用4條纜風(fēng)繩在4個方向與倉壁連接牢固。3.6

鋼架梁吊裝（1）鋼架梁吊安順序：先安裝坡向主鋼架梁GL1（16根）,再安裝環(huán)向鋼架梁GL3（32根），后安裝坡向次鋼架梁GL2（16根），吊安時按向心軸網(wǎng)分構(gòu)件依次對稱的方案。（2）吊裝質(zhì)量控制：鋼架梁吊裝采用塔式起重機(jī)，根據(jù)BIM模擬施工的坡角，使鋼架梁起吊前即形成設(shè)計的坡角，便于一次安裝到位，鋼架梁就位時，兩端由操作人員用繩索輔助到正確位置，測量校正無誤差后，用安裝螺栓臨時固定牢固，并用圖紙要求級別的摩擦型高強(qiáng)連接副連接到位，宜按“先緊固螺栓后焊接”的順序施工，且應(yīng)滿焊，焊縫寬度和高度滿足設(shè)計要求。單倉鋼架梁吊裝必須在當(dāng)日完成，避免夜間大風(fēng)等不可抗力因素造成位移和破壞，產(chǎn)生不必要損失。3.7

屋面支撐的吊安屋面支撐可使屋蓋形成整體的空間骨架，在施工和正常使用時保證構(gòu)件的穩(wěn)定和安全，屋面支撐一般采用20?mm圓鋼，屋面支撐端部與鋼架梁連接時采用專用楔形墊件，且應(yīng)將花籃螺栓緊固到位。3.8

壓型鋼板永久底模的技術(shù)及吊裝要求（1）壓型鋼板的材質(zhì)和型號。壓型鋼板底模，即樓承板底模，一般分為開口式和閉口式2類，材質(zhì)和型號應(yīng)按圖紙設(shè)計選用，一般采用YX75-230-690-1.0鍍鋅壓型鋼板兼做底模，開口式是同類板型中受力最好的，確保底模有足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。（2）壓型鋼板永久底模的排版和下料。淺圓倉頂蓋為錐形殼板，采用BIM技術(shù)進(jìn)行排版設(shè)計，板塊為等腰梯形，環(huán)向按2跨1塊，坡向按17塊下料，下料時必須考慮壓型鋼板在鋼梁上的支撐長度≥50?mm，同時在加工廠應(yīng)1∶1放樣加工，確錐形殼板底模安裝尺寸吻合，壓型鋼板永久底模按鋼架梁形成的坡面，沿環(huán)向鋪設(shè)。

（3）壓型鋼板永久底模的安裝。安裝前，應(yīng)按BIM排版圖紙和加工單編號，防止錯用，按“自下而上，環(huán)向鋪設(shè)，完善邊角”的順序安裝，壓型鋼板在鋼梁上支撐長度應(yīng)≥50?mm，并點焊固定牢固。1）壓型鋼板吊運：吊運時使用專用軟吊索，確保壓型鋼板底模板材不變形、不卷邊和不損壞。2）邊角切割要求：環(huán)形鋼架梁等封邊處，選用等離子切割機(jī)或剪板鉗裁剪邊角，裁切放線時富余量應(yīng)在5?mm范圍內(nèi)，盡量保留肋部和切割吻合，在消除板縫漏漿的同時，確保倉底板的美觀。3）洞口處補(bǔ)強(qiáng)處理：由于淺圓倉工藝要求，預(yù)留洞較多，工藝洞口采用現(xiàn)場切割的方式留設(shè)，且應(yīng)按洞口尺寸對應(yīng)的加強(qiáng)措施節(jié)點圖補(bǔ)強(qiáng)，并及時進(jìn)行洞口安全防護(hù)，謹(jǐn)防洞口高空墜落事故發(fā)生。（4）細(xì)部節(jié)點技術(shù)措施。1）抗剪栓釘設(shè)置：栓釘在組合結(jié)構(gòu)中起抗剪與連接錨固的作用，要求如下。技術(shù)參數(shù)要求：直徑≥16?mm，栓釘長≥100?mm；設(shè)置與焊接要求：在鋼架梁與壓型鋼板交接處的凹肋內(nèi)設(shè)置抗剪栓釘，每肋每跨均設(shè)置2個，栓釘焊接時應(yīng)穿透壓型鋼板，焊在鋼梁上。2）測溫等糧情監(jiān)控套管、埋件設(shè)置：應(yīng)設(shè)置在凹肋內(nèi)，位置按圖紙設(shè)計可進(jìn)行微調(diào)，同時增加加固鋼筋焊接牢固。3.9

殼板鋼筋綁扎樓承板鋼筋多采用工廠內(nèi)采用專用設(shè)備加工成鋼筋桁架，再將鋼筋桁架與壓型鍍鋅鋼板焊接成一體，形成組合結(jié)構(gòu)體系。由于淺圓倉頂蓋為正截錐形殼異型結(jié)構(gòu)，只能現(xiàn)場制作、綁扎形成桁架，其主要技術(shù)及操作要點如下。1）殼板鋼筋制作：正截錐形殼樓承板鋼筋主要由凹肋內(nèi)下弦鋼筋、上弦鋼筋、腹桿鋼筋（勾筋）、上部負(fù)筋和構(gòu)造鋼筋組成，應(yīng)嚴(yán)格按圖紙設(shè)計和國家現(xiàn)行規(guī)范加工。2）殼板鋼筋綁扎：凹肋內(nèi)下弦鋼筋一般配置2Φ10，順環(huán)向綁扎在樓承板肋內(nèi)，與勾筋、上部網(wǎng)片筋形成桁架，與樓承板底模焊接成一體，混凝土澆筑后形成組合結(jié)構(gòu)體系。淺圓倉倉上連廊支架柱、洞口上翻沿鋼筋應(yīng)嚴(yán)格按圖紙設(shè)計預(yù)留插筋，嚴(yán)禁遺漏。殼板鋼筋綁扎完成后，應(yīng)及時設(shè)置鋼筋墊塊，確保鋼筋位置準(zhǔn)確，且混凝土澆筑過程中嚴(yán)禁踩踏變形。3.10

殼板混凝土澆筑采取汽車泵和“