大跨度半球形钢筋混凝土穹顶结构及其模板体系的制作方法

本实用新型涉及建筑施工领域，具体涉及半球形穹顶结构及其浇筑模板。

背景技术：

近年来，西方的欧式风格以及中国的传统建筑形式已成为国内建筑的潮流模式，穹顶造型美观，是中国古典建筑与西式宗教建筑风格的结合，备受人们的青睐。

目前市场上大部分建筑材料抗压能力强，抗剪、抗弯、抗拉的能力较差，而穹顶可将上部荷载转为“拱”的轴向压应力，而不产生拉、剪、弯的应力，可以节省大量的建筑材料，具有美观和节能的双重优点。

然而由于穹顶结构表面为弧面，采用传统方法施工作业难度高、模板拼缝不严实、混凝土外观成型质量差、模板支撑体系所受集中荷载大、安全难以保证。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型所要解决的问题是提供一种施工成体低、施工难度小、并能有效保证施工质量和安全的大跨度钢筋混凝土穹顶结构及其施工方法。

一种大跨度半球形钢筋混凝土穹顶结构，包括半球形的钢筋混凝土穹顶，穹顶与周边的斜屋顶相连并支撑于斜屋顶之上，穹顶底部与斜屋顶连接位置设置有底部腰梁，所述穹顶的顶部垂直向上设置有檐口。

所述檐口呈柱筒形，外径2500mm～3000mm，壁厚500mm～800mm，高度0.5m～1m。

所述底部腰梁沿着穹顶底部外侧环向设置，宽度1000mm～1300mm，高度1200mm～1800mm。

一种应用于所述的大跨度半球形钢筋混凝土穹顶结构浇筑的模板体系，包括模板和支撑架体，所述模板包括外侧的腰梁模板、穹壁模板、檐口外模板和内侧的穹顶内模板、檐口内模板。

所述腰梁模板通过斜撑杆件垂直支撑在斜屋面边缘；

所述穹顶内模板支设在支撑架体顶部。

所述穹壁模板通过止水螺杆和外龙骨拉结在穹顶内模板外侧、腰梁模板和檐口外模板之间。

所述檐口外模板和檐口内模板通过穿墙螺栓拉结支设在穹壁模板和穹顶内模板的上方。

所述支撑架体为满堂红脚手架，包括间隔排布的支撑立杆、连接在支撑立杆之间的水平杆以及连接在支撑立杆上的竖向剪刀撑。

所述支撑立杆之间之间还连接有水平剪刀撑。

所述支撑架体还包括设置在支撑立杆顶部的双排斜向钢管、斜向连接在双排斜向钢管和穹顶内模板之间上的斜撑。

所述双排斜向钢管双排为一组、沿着穹顶内侧面间隔设置，并由檐口想底部腰梁倾斜设置。

所述斜撑的顶部与穹顶内模板之间依次连接有外龙骨和背楞。

所述模板的经纬方向每隔50mm进行切槽处理，切槽深度不大于板厚的1/3。

所述穹壁模板的中部延其环向、均匀间隔设置有浇筑口。

所述浇筑口126的尺寸范围是300mm～600mm，间距是1m～2m。

本实用新型的有益效果：

本实用新型设计了一种大跨度穹顶结构，为了保证结构整体强度、稳定性及外部造型需求，在穹顶底部和周围斜屋面之间增设底部腰梁，保证了后浇筑的穹顶结构和先施工的斜屋面之间的连接强度；同时为了降低穹顶的施工难度，提高施工效率，改变了穹顶的顶部设计，设计成檐口结构，便于上部混凝土下料、保证了收口部位的成型质量。

本实用新型的模板体系具有安全性高、成型效果好和节约成本的优点：采用钢管扣件式满堂架作为整个穹顶屋面的支撑体系；选用Φ48×3.5钢管作为模板的龙骨和背楞，相比木方龙骨整体性及刚度增加；采用溜槽浇筑混凝土，控制混凝土自由下落高度；采用预制模板，尺寸精确度高；在模板的内侧进行切缝，便于模板弯曲处理；选用自密实混凝土浇筑，确保成型效果；模板采用双层曲面模板拼装而成，拼缝处采用腻子填塞抹平，防止漏浆，减少后期修补费用。

附图说明

图1是本实用新型的穹顶结构示意图。

图2是本实用新型的模板支设的结构示意图。

图3是本实用新型的模板体系的结构示意图。

图4是本实用新型的模板体系节点的结构示意图。

图5是本实用新型浇注成型的结构示意图。

图6是本实用新型的施工流程示意图。

图中，1-穹顶；2-斜屋面；3-檐口；4-穿墙螺栓；5-双排斜向钢管；6-斜撑；7-竖向剪刀撑；8-水平剪刀撑；9-支撑立杆；10-水平杆；11-外龙骨；12-模板；121-腰梁模板；122-穹壁模板；123-穹顶内模板；124-檐口外模板；125-檐口内模板；126-浇筑口；13-模板拼缝；14-止水螺杆；15-背楞；16-内龙骨；17-底部腰梁。

具体实施方式

参见图1、图5所示，这种大跨度半球形钢筋混凝土穹顶结构，包括半球形的钢筋混凝土穹顶，穹顶1与周边的斜屋顶2相连并支撑于斜屋顶之上，穹顶底部与斜屋顶连接位置设置有底部腰梁17，所述穹顶的顶部垂直向上设置有檐口3。

所述檐口3呈柱筒形，内径2120mm，外径2720mm，高度0.8m，其中结构顶标高22.287m，底标高21.487m，；所述底部腰梁17沿着穹顶底部外侧环向设置，宽度范围1120mm，高度1470mm，其中结构顶标高19.975m，底标高18.505m。

参见图2所示，这种应用于所述的大跨度半球形钢筋混凝土穹顶结构浇筑的模板体系，包括模板12和支撑架体，所述模板12包括外侧的腰梁模板121、穹壁模板122、檐口外模板124和内侧的穹顶内模板123、檐口内模板125；所述腰梁模板121通过斜撑杆件垂直支撑在斜屋面边缘；所述穹顶内模板123支设在支撑架体顶部；所述穹壁模板122通过止水螺杆14和外龙骨11拉结在穹顶内模板外侧、腰梁模板121和檐口外模板124之间；所述檐口外模板124和檐口内模板125通过穿墙螺栓4拉结支设在穹壁模板122和穹顶内模板123的上方；所述穹壁模板122的中部延其环向、均匀间隔设置有浇筑口126；所述浇筑口126的尺寸范围是300mm～600mm，间距是1m～2m。

参见图3所示，所述支撑架体为满堂红脚手架，包括间隔排布的支撑立杆9、连接在支撑立杆之间的水平杆10以及连接在支撑立杆上的竖向剪刀撑7；所述支撑立杆9之间之间还连接有水平剪刀撑8；所述支撑架体还包括设置在支撑立杆9顶部的双排斜向钢管5、斜向连接在双排斜向钢管5和穹顶内模板123之间上的斜撑6；所述双排斜向钢管5双排为一组、沿着穹顶内侧面间隔设置，并由檐口想底部腰梁倾斜设置；所述斜撑6的顶部与穹顶内模板123之间依次连接有外龙骨11和背楞15。

参见图4所示，所述模板的经纬方向每隔50mm进行切槽处理，所示切槽深度不大于板厚的1/3。

一种大跨度钢筋混凝土穹顶结构的施工方法，其施工流程如图6所示，包括BIM模型制作、放穹顶控制线、满堂支架搭设、穹顶龙骨安装、模板拼装、混凝土浇筑等步骤，主要步骤操作要点如下：

1．放穹顶控制线

在下层砼楼板上弹出穹顶水平投影线，包括圆心点、穹顶平直段水平投影线、穹顶底部内梁边水平投影线及穹顶底部边200mm控制线。

在屋面结构的模板工程开始施工之前，要求在楼面板上进行控制线的投放；同时要求把斜屋面平面布置的轮廓线投放出来。根据施工图纸的标高标注情况，计算出屋面各个角点的标高数值并标注在楼面斜屋面轮廓投影线的相应位置上，对标注在楼板上的斜屋面各个角点完成标高进行一一核实，以便于工人选取合适长度的钢管立杆进行满堂架搭设，进而保证对斜屋面结构模板支设标高的控制。

2．满堂红脚手架搭设

采用满堂红脚手架作为整个穹顶屋面的支撑体系，满堂红脚手架与周边楼板支撑架为一个整体，保证架体整体性，搭设高度满足相关规范要求。

满堂红脚手架支撑立杆距梁侧、柱边的间距为300mm；支撑立杆间距900mm，步距1500mm，水平杆横、纵两个方向拉通设置，支撑立杆离地200mm处两个方向各设置一道水平扫地杆；支撑立杆接长严禁搭接，必须采用对接扣件连接，相邻两立柱的对接接头不得在同步距内，且对接接头沿竖向错开的距离不宜小于500mm，各接头中心距主节点不宜大于步距的1/3；在支撑架体外侧周边及内部纵、横向每5m～8m，设置由底至顶的连续竖向剪刀撑，剪刀撑宽度为5m～8m；剪刀撑杆件底端与地面顶紧，夹角为45°～60°；在竖向剪刀撑顶部交点平面应设置连续水平剪刀撑，水平剪刀撑至架体底平面距离与水平剪刀撑间距不宜超过8m。

支撑立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度不应超过500mm，顶托的伸出长度不宜超过200mm；沿梁两侧立杆搭设水平钢管（水平杆中部加设两根顶托、立杆），用于摆放梁底木方；穹顶内侧最底部需设置水平剪刀撑，中间高度位置加设水平剪刀撑；穹顶外双排防护架同时支设，外架满挂安全网。

3．穹顶龙骨、背楞安装

安装的顺序为：斜撑的固定→内侧维度内龙骨固定→周圈经度背楞固定→微调整体弧度及加固。

其中搭设内龙骨的斜撑，与内侧满堂红脚手架用旋转扣件连接，不得少于三个连接点；纬度内龙骨，采用双排Φ48×3.6的钢管，根据不同位置确定钢管的弧度，同一标高两根钢管用现场废钢筋头4根Φ22～25焊接成整体，现场加工；经度背楞，采用单排Φ48×3.6的钢管，间距250～300mm，与主龙骨焊接固定，通过计算，确定钢管的弧度，现场加工。

4．模板拼装

模板采用18mm厚木胶板，为将木模板现场加工成双曲面，沿模板经纬方向每隔50mm进行切槽处理，槽与槽之间模板表面轻微切割，保证模板整体性、弧度满足要求，且不得破坏模板的整体强度。

施工流程：定位放线→铺放模板→将模板与背楞用钉子钉牢→钻穿螺栓孔→模板拼缝腻子修补→钢筋绑扎→插放防水、固定穿墙螺栓→铺面模板→紧固螺栓→验收。

施工工艺要点如下：

（1）内外模板均采用放大样方式现场预制、分段组拼，每一段的高度根据胶合板的规格确定穹顶的弧长；外模与内模之间通过三段式止水对拉螺栓连接；在每段模板安装前，先找出每段模板上下两边的圆心，在满堂架上加固好，圆心不能移动，然后将按照实际放样组拼好的分片模板先后进行现场组装，与模板背楞连接，根据每道对拉螺栓的所在的纬线圆半径进行校正、固定，确保模板弧度的准确性。

（2）模板拼缝13的位置采用腻子抹平，防止混凝土浇筑过程中漏浆，减少拼缝及后期顶面的修补工作。

（3）外模板支设时在穹顶中部标高位置设置浇筑口和振捣口，洞口尺寸400mm×400mm，沿穹顶中部标高位置间距1.5m设置1个，以便混凝土下料、振捣棒下伸至穹顶底部和观察混凝土填充是否密实，混凝土浇筑至振捣口位置后，将振捣口位置外模封闭，继续浇筑穹顶上部混凝土，浇筑口封闭模板事先准备，封闭时间控制在半小时内完成，保证上下层混凝土相互粘结紧密，防止出现冷缝。

（4）内外双层模板采用三段式止水对拉螺杆、穿墙螺栓固定，纬向间距500一道。螺杆拆除后使用水泥防水砂浆加108胶封堵。

（5）顶部800高檐口部位，对撑吊模加固。

5．混凝土浇筑

由于穹顶后期装修的特殊性，为保证穹顶混凝土观感质量，减少后期表面修补，混凝土采用自密实混凝土，在保证混凝土强度的前提下适当加入减水剂和粉煤灰从而减少水泥用量，降低水化热。混凝土坍落度控制在120~140MM，浇筑顺序由底到高，周圈循环浇筑。

浇筑形式采用塔吊加溜槽的方式浇筑，混凝土自吊斗口下落的自由倾落高度不得超过2m。

底部混凝土通过模板中部预留洞口浇筑、振捣，浇筑完成后将振捣口位置外模封闭，继续浇筑穹顶上部混凝土。

如需留设施工缝，在新旧混凝土接口位置，埋设4×300止水钢板。

混凝土浇筑完成后，为减少砼的水分散失和塑性开裂，必须从砼入模开始就进行湿养护，砼初凝之后，宜采取薄膜覆盖，并及时浇水，以使砼能及时散热，养护龄期不宜少于14天；上层拆模时间应大于3天，最好7天以后。