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国内清水混凝土建筑的典范之作

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上海保利大剧院为国内首座清水水景剧院,由一个1500座大剧院、一个400座多功能厅及排演厅、车库等组成,总建筑面积5.6万㎡,其中地上面积3.6万㎡,地下2.0万㎡,地上6层,地下1层、局部2层。该工程荣获2014—2015年度中国建设工程鲁班奖。我们还是来看一下这个国内清水混凝土建筑的典范之作,其工程质量到底如何吧!



该项目清水混凝土面积达到了3.65万㎡,主要分为外立面清水、台阶清水、楼梯清水、直墙清水、弧形清水、清水梁、清水板、清水柱等八种类型。对于这样大规模的清水混凝土工程,施工过程是如何实施的呢?

样板先行


针对样板引路及现场实施过程出现的局部质量偏差,邀请国内各方面专家进行会商研讨。

清水样板墙


清水墙上幕墙埋件样板


配合比的确定


前三段样板墙配合比改进:



通过三段样板墙的浇筑过程和成品展示的对照分析,得出以下几个结论:

a. 混凝土的水胶比宜控制在0.38~0.42;
b. 混凝土的砂率宜在0.42~0.44;
c. 入模坍落度应在170±10mm;
d. 延展度应控制在400±20mm。

对存在的问题进行暴露和解决。通过清水砼样板墙的实施,发现有熊猫眼、气泡较多等问题。通过分析认为是砼配合比造成的砼工作性能不能满足质量要求,为此对砼的砂率及外加剂进行调整和反复试配,最终确定了最佳配合比。



在进行第四段样板墙施工前要求搅拌站进行多次试配,在达到上述工作参数要求的同时努力对外加剂进行试配,克服现阶段小样出现的表面气泡数多的问题,确保在清水混凝土达到最接近设计师要求的效果:

a. 混凝土表面无明显色差;
b. 每平米气泡面积不大于20cm2;
c. 无大量“泪痕”点,每平米不超过10点。

最终,第四段样板墙实践完成后,根据业主、监理、设计等各方的意见最终明确正式清水混凝土施工的配合比:



模板施工


清水混凝土模板面板选用优质多层覆膜模板。根据前期试验结果及现场情况,室外100×100范围围护清水墙面板采用进口WISA模板(后采用国产的新港板代替),室内清水混凝土墙面板采用国产优质覆膜板。

综合对比分析,特意为本项目清水施工研制了118模板支撑系统。该系统以周边的组合边框结合内部40×100×3方钢管背楞组成,组合边框和背楞采用焊接方式连接。



对模板尺寸、平整度、拼缝间隙、螺杆位置等进行逐项检查。


模板起吊


模板入模拼装


五段式对拉螺杆


根据对日本已完清水混凝土工程考察结果,日方在施工中均采用三接头的对拉螺杆,施工中有效解决了螺杆眼部位的失水漏浆的问题,有效避免了熊猫眼的发生。为了有效保护清水模板的表面,通过多轮试验对比,特别研制出了五段式对拉螺杆。


五段式对拉螺杆示意图和组合图


对混凝土的配比、模板的平整度、接缝的严密程度及支撑系统的刚度等进行实验。
对混凝土的投料方式、振捣点的位置确定等施工工艺进行实验。
“五段式模板对拉螺杆”已申请专利。



保利大剧院工程特点、难点


特点1:上海软土地区,台仓区域基坑挖深14.35m。

该建筑基础部分施工属于深基坑施工,淤泥层难出水、承压水难控制,基坑变形控制难。项目部制定专项方案,采取合理布置深井管及滤管、实时控制抽水量、按需减压措施,并结合开挖和支撑措施。




特点2:外方内圆、异形截面多,功能空间标高超过95种。


建筑内部5个“万花筒”,结构构件为圆形或者曲面,主要功能空间标高达到95种。对此采用BIM技术,优化设计、定型模板、工厂制作、实物放样、按序拼装、过程控制、检查验收、全站仪测量,技术复核等措施解决。




特点3:高大模板,模板支设难度大。

内部空间有多处高大空间结构,最大支模高度达33.95m,最大梁截面0.8m×4.6m,最大梁跨度24.8m。对此,项目部采取新型碗扣式支撑架、水平加强层、竖向加强柱、对称浇筑、专家论证、过程控制、实时监测架体稳定性措施。




特点4:清水混凝土

·技术复杂程度:
①构件总面积36500㎡;
②表面不作装饰;
③构件分布广、类型多(包括墙、梁、板、柱、楼梯);
④异形构件多,包括圆柱、弧墙、弧梁,双曲面楼梯;
⑤外墙高33.6m,总长400m,厚度仅180mm;
⑥预埋件总数多达2128个,且需一次成型,精度要求高;
⑦与普通混凝土交互相连,局部强度等级为C50。

·相关技术措施:
①钢筋施工采用定型模具、梯格筋、定位箍固定;
②模板施工采用BIM技术、优化设计、自主研发118模板体系、工厂制作、实物放样、精密拼装、研缝、五段式对拉螺杆及胶缝、PVC管隔离、板面清理修复保护措施;




③预埋件位置控制及预防漏浆采取优化设计、预埋衬板、附设限位筋、四周设明缝条、技术复核措施;
④混凝土色泽一致及性能稳定控制难,采取配合比试验研究、原材料源头控制、连续监控措施;
⑤现浇混凝土采取分区分段浇筑、指定下料口、指定振捣点、辅助振捣、顶面添补碎石、木板保护措施。




清水混凝土效果:




特点5:屋面结构复杂,高低错落,异形结构多,机电设备多,屋顶材质多。

屋面高低错落,位于7个标高;有平屋面、斜屋面,种植屋面和蓄水屋面,有圆形、抛物线形,还有21个设备基础。施工组织及质量控制难度大,对此项目部采取BIM技术、深化设计、统筹策划、分层分段施工、细部质量控制、分层检查验收措施。





特点6:五个圆筒形空间纵横交贯,装饰材料规格尺寸繁多,观众厅异形截面木饰面构造复杂。

五个圆筒形相贯线为扭曲空间曲线,铝格栅饰面有347种规格尺寸,总量为57168根;观众厅侧墙及包厢采用波浪式圆弧形木饰面,实木条有82种规格尺寸,总量为23480根。





饰面条精确加工、安装及质量控制难度大,对此采取BIM技术设计放样、全站仪测量、副龙骨精确调整、逐件编号下单、工厂加工、按序号拼装、大面与收口部位协调安装、小批量检验与总体校核相结合的措施。




特点7:剧院内机电系统专业多,安装量大,交叉作业多,易碰撞情况多。

综合平衡布线、交叉施工组织、专业协调、协同难度大。对此项目部采取BIM技术、综合深化设计、合理组织协调、施工仿真模拟、设备技术参数的评审复核确认的措施有效解决了难题。




特点8:高大空间立体温湿度(舒适度)控制难度大

观众厅有三层共1524座,包括底层观众席和两层楼座,最高处为16米,观众既有水平分布还有立体分布;立体温湿度(舒适度)控制难度大;采取高大空间的CFD气流模拟分析,综合优化设计、立体分层控制、精心调试的措施解决了问题。




特点9:区域照度的保证与节能要求的综合平衡难度大

入口大厅、前厅和观众厅均为高大空间。区域照度的保证与节能要求的综合平衡难度大;对此,采用BIM技术模拟、深化设计、优选灯具、自然光源与照明灯具照度结合、照明系统的控制等措施解决问题。




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