某劇院工程曲面弧形燈光孔模板施工技術(shù)

國(guó)家大劇院曲面弧形燈光孔模板施工技術(shù)國(guó)家大劇院音樂(lè)廳內(nèi)四周有24根截面為橢圓形型鋼混凝土組合柱，長(zhǎng)軸1600mm，短軸410mm。在二層整個(gè)觀眾席的上部每根型鋼混凝土組合柱+9.100m處標(biāo)高設(shè)計(jì)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(lè)廳內(nèi)四周。燈光孔內(nèi)有一豎向圓形燈軌。燈軌上安裝兩個(gè)可以上下滑動(dòng)并可360°調(diào)整照射角度的照明燈。音樂(lè)廳內(nèi)進(jìn)行音樂(lè)演出時(shí)，燈光從四周的橢圓柱內(nèi)射出，通過(guò)燈光強(qiáng)弱的變幻和燈光照射角度的調(diào)整，為音樂(lè)演出的藝術(shù)氛圍進(jìn)行烘托和渲染，燈光孔是整個(gè)音樂(lè)廳的音樂(lè)藝術(shù)和建筑藝術(shù)充分結(jié)合的重要組成部分。同時(shí)，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(diǎn)設(shè)計(jì)方法國(guó)巴黎機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)公司只提供了燈光孔形狀概念設(shè)計(jì)圖。燈光孔的造型是整個(gè)音樂(lè)廳音樂(lè)藝術(shù)與建筑藝術(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的重要組成部分，法方設(shè)計(jì)人員高度關(guān)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(shù)性極強(qiáng)。（4）燈光孔的形狀無(wú)具體的橢圓方程或曲面、曲線方程，需要深化設(shè)計(jì)。（5）燈光孔設(shè)計(jì)在橢圓形型鋼混凝土組合柱內(nèi)，60mm厚勁性鋼腹板需開(kāi)洞，洞邊加焊型鋼條加強(qiáng)肋，燈孔周?chē)摻蠲芗?）柱子混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)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(jié)構(gòu)，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(fù)雜，不同于常規(guī)的模板工程，施工時(shí)無(wú)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(shè)計(jì)、施工程序流程圖2.多曲面弧形模具設(shè)計(jì)2.1針對(duì)燈光孔模具以上幾方面的施工難點(diǎn)，結(jié)合自身的資源情況和施工經(jīng)驗(yàn)，把燈光孔模板的設(shè)計(jì)思路確定為：定型模板，同時(shí)能完好拆除，周轉(zhuǎn)使用。2.2根據(jù)法方提供的概念設(shè)計(jì)圖進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算出可供加工尺寸，繪制三維動(dòng)畫(huà)和圖形，報(bào)法方設(shè)計(jì)人員確認(rèn)。編制加工方案報(bào)法方設(shè)計(jì)人員審批。圖一深化設(shè)計(jì)后供雕刻機(jī)使用的模型2.3根據(jù)三維動(dòng)畫(huà)和圖形，在現(xiàn)場(chǎng)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(shè)計(jì)人員確認(rèn)。根據(jù)成型的燈孔總結(jié)經(jīng)驗(yàn)不斷的進(jìn)行細(xì)化，修改和更新。2.4根據(jù)模型，確保燈光孔模具的成型質(zhì)量和加工工藝上的科學(xué)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(jù)，充分進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研和比較。見(jiàn)表1各種方案綜合比較評(píng)價(jià)表表1材料成型質(zhì)量（誤差±±1mm）加工工藝造價(jià)（元/個(gè)）加工周期（天/個(gè)個(gè)）剛度母模制作備注木材精度不能保證簡(jiǎn)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(shù)脂精度能保證難度大10003滿足需要采用通過(guò)質(zhì)量，工期，成本的綜合對(duì)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(jià)格比較適中，工期短的樹(shù)脂作為模具制作的主材。2.5為提高模具的整體剛度，在樹(shù)脂模具內(nèi)增加經(jīng)彎制焊接成的小方鋼內(nèi)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(shí)在模具的后面增加一個(gè)5cm寬6mm厚的鋼圈，作為模具的后固定點(diǎn)。2.7根據(jù)選定的樹(shù)脂材料和現(xiàn)場(chǎng)的模型進(jìn)行制作方案的編制并報(bào)方法設(shè)計(jì)人員確認(rèn)。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(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入至雕刻機(jī)，使用雕刻機(jī)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(jīng)法方設(shè)計(jì)人員檢驗(yàn)確認(rèn)。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(shù)脂材料熱敷在母模內(nèi)，每次敷設(shè)厚度為5mm，每敷一次后，立即加入纖維絲布。當(dāng)敷設(shè)厚度達(dá)15mm時(shí)，把事先加工好的方鋼龍骨放入母模內(nèi)。繼續(xù)敷設(shè)樹(shù)脂和纖維絲布，至厚度達(dá)40mm。3.5待樹(shù)脂完全冷卻后，從母模內(nèi)脫出已加工成型的樹(shù)脂燈孔模具，對(duì)模具尺寸進(jìn)行嚴(yán)格的全面檢查，并經(jīng)法方設(shè)計(jì)人員驗(yàn)收。對(duì)個(gè)別不符合要求的模具需進(jìn)行二次修補(bǔ)，直至驗(yàn)收合格為止。圖三加工成型的燈孔模具4.模具施工音樂(lè)廳內(nèi)共有24個(gè)燈光孔，按施工流水段分4批進(jìn)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(gè)，流水、周轉(zhuǎn)施工。4.1施工工藝流程：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)設(shè)控制線→搭設(shè)施工操作平臺(tái)→橢圓形柱子內(nèi)勁性鋼腹板開(kāi)孔、加肋→綁扎柱子鋼筋→安裝燈光孔模板→電專業(yè)管線預(yù)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(hù)→拆模。4.2把柱子垂直中心線及標(biāo)高引測(cè)至勁性鋼腹板上，定出鋼腹板的開(kāi)孔位置，測(cè)出燈光孔模板的控制線。4.3鋼腹板開(kāi)孔后，需進(jìn)行鋼腹板的加強(qiáng)，在洞口的兩側(cè)加焊鋼板肋。4.4柱子鋼筋綁扎時(shí)，先綁扎燈孔兩側(cè)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(nèi)，定出柱子鋼筋保護(hù)層后，再進(jìn)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(diào)整、校核其標(biāo)高位置后，將其固定。固定時(shí)，在模板尾部的鋼環(huán)上焊接短鋼筋，短鋼筋和周?chē)摻铧c(diǎn)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(yàn)工作進(jìn)行無(wú)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(shè)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(dòng)，保證燈孔模板不受擾動(dòng)。4.8在柱子模板與燈孔模板接觸的地方豎向開(kāi)兩個(gè)約100×100mm小孔，用勾頭螺栓穿過(guò)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?xí)r不位移。5.柱子混凝土澆筑5.1在燈孔模板的周?chē)?，柱子截面小，鋼筋密，下料及振搗相當(dāng)困難。為了確?；炷恋臐仓|(zhì)量，位于燈孔模板前下方柱子模板上開(kāi)兩個(gè)200×200mm的振搗口，燈孔模板后下方柱子模板上開(kāi)一個(gè)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(jìn)行?；炷翝仓耙龊酶鞣N準(zhǔn)備工作，組織好混凝土的進(jìn)場(chǎng)間隙，保證水平、垂直運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)、通暢、有效?；炷翝仓r(shí)從模板上口用串筒下料，根據(jù)柱子體積確定好每次的下料量，嚴(yán)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(yù)留的振搗口處伸入柱模內(nèi)振搗混凝土，同時(shí)敲打柱子模板配合振搗。待混凝土澆筑至振搗口位置時(shí)，及時(shí)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(qiáng)度達(dá)到1.2Mpa后，開(kāi)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(xiàn)裂縫，及時(shí)用保溫被、塑料布包裹保溫養(yǎng)護(hù)。6.2柱子混凝土同條件試塊強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%后，拆去保溫，拆除燈光孔模板。拆模時(shí)，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(shí)清理、維護(hù)，以便下次使用。圖四燈光孔拆模后成型效果圖7.技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益分析7.1經(jīng)濟(jì)效益分析通過(guò)對(duì)本工程曲面弧形燈光孔模具的成功研制和應(yīng)用，節(jié)約模板制作工期為2天/個(gè)，施工工期為24天。降低直接成本（制作成本）9.6萬(wàn)元，減少了工程周轉(zhuǎn)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(wàn)。7.2社會(huì)效益曲面弧形燈光孔施工完成后，經(jīng)過(guò)法方設(shè)計(jì)人員的驗(yàn)收全部合格，得到了設(shè)計(jì)，業(yè)主和同行們的稱贊和好評(píng)