某劇院工程曲面弧形燈光孔模板施工技術

國家大劇院曲面弧形燈光孔模板施工技術國家大劇院音樂廳內四周有24根截面為橢圓形型鋼混凝土組合柱，長軸1600mm，短軸410mm。在二層整個觀眾席的上部每根型鋼混凝土組合柱+9.100m處標高設計有一燈光孔，燈光孔正前視如圖1，剖面圖如圖2、圖3。燈光孔隨橢圓形型鋼混凝土組合柱分布于音樂廳內四周。燈光孔內有一豎向圓形燈軌。燈軌上安裝兩個可以上下滑動并可360°調整照射角度的照明燈。音樂廳內進行音樂演出時，燈光從四周的橢圓柱內射出，通過燈光強弱的變幻和燈光照射角度的調整，為音樂演出的藝術氛圍進行烘托和渲染，燈光孔是整個音樂廳的音樂藝術和建筑藝術充分結合的重要組成部分。同時，燈光孔處混凝土只做粉刷裝飾。為此，燈光孔的造型和成型效果顯得尤為重要。曲面弧形燈光孔模具施工難點設計方法國巴黎機場設計公司只提供了燈光孔形狀概念設計圖。燈光孔的造型是整個音樂廳音樂藝術與建筑藝術協調統一的重要組成部分，法方設計人員高度關注。（3）燈光孔前后形狀，大小不一，前后形心不疊合，所有的面均為雙曲面。造型藝術性極強。（4）燈光孔的形狀無具體的橢圓方程或曲面、曲線方程，需要深化設計。（5）燈光孔設計在橢圓形型鋼混凝土組合柱內，60mm厚勁性鋼腹板需開洞，洞邊加焊型鋼條加強肋，燈孔周圍鋼筋密集，（6）柱子混凝土設計強度為C80。（7）燈孔模具成型精度要求高，誤差±1mm。（8）燈光孔為清水混凝土結構，澆筑成型后不做任何裝飾，模具尺寸及外觀光潔度要求極高。（9）燈光孔模具本身形狀不規(guī)則，模具安裝就位難度大。（10）燈光孔為異形孔洞，形狀復雜，不同于常規(guī)的模板工程，施工時無參照性。（11）與燈光孔模具接觸的砼量各不相同，傳給模具的受力很不均衡，所以模具本身的剛度要求較高。1.施工程序曲面弧形燈光孔模具設計、施工程序流程圖2.多曲面弧形模具設計2.1針對燈光孔模具以上幾方面的施工難點，結合自身的資源情況和施工經驗，把燈光孔模板的設計思路確定為：定型模板，同時能完好拆除，周轉使用。2.2根據法方提供的概念設計圖進行深化設計，利用計算機程序計算出可供加工尺寸，繪制三維動畫和圖形，報法方設計人員確認。編制加工方案報法方設計人員審批。圖一深化設計后供雕刻機使用的模型2.3根據三維動畫和圖形，在現場按1：1比例制作定型木模具和橢圓形混凝土柱澆筑出燈光孔模型，讓法方設計人員確認。根據成型的燈孔總結經驗不斷的進行細化，修改和更新。2.4根據模型，確保燈光孔模具的成型質量和加工工藝上的科學性和可行性，在方案選擇上以材料的成型效果和加工工藝的難度為比較依據，充分進行市場調研和比較。見表1各種方案綜合比較評價表表1材料成型質量（誤差±±1mm）加工工藝造價（元/個）加工周期（天/個個）剛度母模制作備注木材精度不能保證簡單1003滿足不需要未采用鋼材精度能保證難度很大90005滿足需要未采用ABS板精度能保證難度很大10003滿足需要未采用石膏精度能保證難度大20005不滿足需要未采用樹脂精度能保證難度大10003滿足需要采用通過質量，工期，成本的綜合對比和模型制作后的修改，更新，最后選用了在高溫環(huán)境下極易成型，價格比較適中，工期短的樹脂作為模具制作的主材。2.5為提高模具的整體剛度，在樹脂模具內增加經彎制焊接成的小方鋼內龍骨，保證模具成型后不易變形。2.6考慮到定型模具的形狀不規(guī)則，安裝就位時在模具的后面增加一個5cm寬6mm厚的鋼圈，作為模具的后固定點。2.7根據選定的樹脂材料和現場的模型進行制作方案的編制并報方法設計人員確認。3.燈光孔模具的制作3.1先用硬木按1：1比例加工橢圓形柱子模型如圖二圖二燈光孔模具母模3.2將深化設計數據輸入至雕刻機，使用雕刻機在橢圓形柱子模型上雕刻出1:1的燈光孔，作為制作加工燈光孔模板的母模，并經法方設計人員檢驗確認。3.3按燈孔形狀、尺寸每邊縮小約15mm，用小方鋼加工彎制并焊接模具骨架。3.4在高溫環(huán)境中，把加工好的樹脂材料熱敷在母模內，每次敷設厚度為5mm，每敷一次后，立即加入纖維絲布。當敷設厚度達15mm時，把事先加工好的方鋼龍骨放入母模內。繼續(xù)敷設樹脂和纖維絲布，至厚度達40mm。3.5待樹脂完全冷卻后，從母模內脫出已加工成型的樹脂燈孔模具，對模具尺寸進行嚴格的全面檢查，并經法方設計人員驗收。對個別不符合要求的模具需進行二次修補，直至驗收合格為止。圖三加工成型的燈孔模具4.模具施工音樂廳內共有24個燈光孔，按施工流水段分4批進行施工，每批施工6根柱子。由于工期緊，保證流水施工，保證工期，本工程燈光孔模板共加工12個，流水、周轉施工。4.1施工工藝流程：現場測設控制線→搭設施工操作平臺→橢圓形柱子內勁性鋼腹板開孔、加肋→綁扎柱子鋼筋→安裝燈光孔模板→電專業(yè)管線預埋→校核燈光孔模板位置并固定→橢圓形柱模板安裝→澆筑混凝土→養(yǎng)護→拆模。4.2把柱子垂直中心線及標高引測至勁性鋼腹板上，定出鋼腹板的開孔位置，測出燈光孔模板的控制線。4.3鋼腹板開孔后，需進行鋼腹板的加強，在洞口的兩側加焊鋼板肋。4.4柱子鋼筋綁扎時，先綁扎燈孔兩側鋼筋，再綁扎燈孔下的鋼筋，后綁扎燈孔上的鋼筋；也可先把燈孔模板放入柱子內，定出柱子鋼筋保護層后，再進行鋼筋綁扎。4.5燈孔模板就位后先用鐵絲吊掛在上部鋼筋上，調整、校核其標高位置后，將其固定。固定時，在模板尾部的鋼環(huán)上焊接短鋼筋，短鋼筋和周圍鋼筋點焊固定；在模板前部使用鐵絲固定于柱子筋上。4.6待一切校驗工作進行無誤后，在燈孔模板前后的邊緣，與柱子模板接觸部位滿粘貼海綿條。4.7辦理隱檢后即可支設柱子模板，柱子模板從前后方向合攏，減少模板左右方向的移動，保證燈孔模板不受擾動。4.8在柱子模板與燈孔模板接觸的地方豎向開兩個約100×100mm小孔，用勾頭螺栓穿過小孔鉤住燈孔模板的龍骨，與柱子模板固定，確保燈孔模板在澆混凝土時不位移。5.柱子混凝土澆筑5.1在燈孔模板的周圍，柱子截面小，鋼筋密，下料及振搗相當困難。為了確保混凝土的澆筑質量，位于燈孔模板前下方柱子模板上開兩個200×200mm的振搗口，燈孔模板后下方柱子模板上開一個200×200mm的振搗口，用于燈孔下的柱子混凝土的振搗。5.2柱子混凝土用塔吊澆筑，逐根進行?；炷翝仓耙龊酶鞣N準備工作，組織好混凝土的進場間隙，保證水平、垂直運輸的連續(xù)、通暢、有效?；炷翝仓r從模板上口用串筒下料，根據柱子體積確定好每次的下料量，嚴格控制放料高度在500mm左右，確保C80混凝土的連續(xù)澆筑和充分振搗。5.3澆筑燈孔下混凝土，振搗棒需從預留的振搗口處伸入柱模內振搗混凝土，同時敲打柱子模板配合振搗。待混凝土澆筑至振搗口位置時，及時用多層板封堵振搗口，并繼續(xù)上部混凝土的澆筑。澆筑燈孔上部混凝土需從指定位置伸入振搗棒振搗。6.模板的拆除6.1柱子混凝土同條件試塊強度達到1.2Mpa后，開始拆除柱子模板。本工程施工正值冬季，柱子模板拆除后，為防止柱子混凝土由于溫差出現裂縫，及時用保溫被、塑料布包裹保溫養(yǎng)護。6.2柱子混凝土同條件試塊強度達到設計強度的50%后，拆去保溫，拆除燈光孔模板。拆模時，需從后向前用力頂推，用力均勻，切勿用力沖擊模板，拆下的模板及時清理、維護，以便下次使用。圖四燈光孔拆模后成型效果圖7.技術經濟和社會效益分析7.1經濟效益分析通過對本工程曲面弧形燈光孔模具的成功研制和應用，節(jié)約模板制作工期為2天/個，施工工期為24天。降低直接成本（制作成本）9.6萬元，減少了工程周轉材料積壓和人工窩工，保證了工程施工的連續(xù)性，降低間接成本200萬。7.2社會效益曲面弧形燈光孔施工完成后，經過法方設計人員的驗收全部合格，得到了設計，業(yè)主和同行們的稱贊和好評