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[摘要]随着中国经济的快速发展，建筑领域对建筑造型的要求越来越高，尤其在大型公共建筑中，各种形态的建筑层出不穷。双曲面由于具有双直纹的特点，既符合结构受力要求，在施工中也切实可操作，稍加变化即可现各种形态，因此在现代建筑中逐步得到了应用。本文探讨了混凝土双曲面薄壳筒体的施工工艺。
[关键词] 双曲面筒体双直纹solidworks构造线
中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：
一、工程简介
玛斯菲尔厂房一期工程为深圳市玛斯菲尔时装有限公司投资兴建，其中厂房交通塔主体结构为若干双曲面筒体墙段组成，交通塔建筑高度31.3m，地下两层，地上六层，仿莲花开放屋顶。
交通塔主体结构为两大小不同双曲面筒体经分割连接而成，双曲面筒体在施工过程中运用了本文所述方法。交通塔外观图及施工过程图片如图九至图十一所示。
图一：交通塔模型 图二：剖面图 图三：完成后现场图
二、双曲面原理
2.1双曲面特征
本文探讨的仅为单叶双曲面，双叶双曲面由于没有双直纹特点，在工程上应用较少，不在本文讨论范围，本文所述双曲面均为单叶双曲面。单叶双曲面方程如下：
（注：本文讨论仅限于a=b的情况）
2.2双曲面形成方式
a、直线旋转形成双曲面
两条空间不平行不相交的直线其中一条绕着另一条旋转即可形成双曲面。如图四所示：
图四 直线旋转形成双曲面 图五双曲线旋转形成双曲面
b、双曲线沿直线旋转形成双曲面
一条双曲线绕着旋转轴进行旋转即可形成双曲面，如图五所示。
2.3、双曲面特征在工程上应用
在双曲面上任意定一点，有且仅有两条通过这点且均在此双曲面上的直线。由于有了双直纹的特点，因此在工程上其受力比较均匀，用于双曲面结构的钢筋及型钢不需弯折，处于比较有利的受力状态。在施工过程中，钢管及模板等材料不需弯折即可完成整个支撑系统的搭设工作。在误差允许范围内现有的施工工艺完全满足双曲面构件的施工要求。
三、选择施工工艺
针对双曲面特征需定出与之相适应的施工工艺，现列如下两个方案以供选择
3.1钢模板法：
将双曲面筒体模板分为若干段，每段均用钢模板预制，现场施工时将钢模板现场进行拼接。由于双曲面构件在工程应用较少，无法运用在其它常规工程上，为单个构件制作一套模板造价偏高，且钢模板易弯折变形，单体较重，施工不便。
3.2木模板散装法
按照常规墙板模板制作方法架设双曲面筒体支撑，架设支撑时按照双曲面构造线方向架设主次楞，将木模板加工成一定宽度的板条沿筒体构造线方向铺设作为支撑系统。此方法所需投入仅为木模板、钢管、钢筋等常规建材，且在误差允许范围内可以达到很好的效果。因此此方法较适宜进行双曲面筒体结构的施工。
四、木模法施工工艺
4.1工艺流程
4.2操作工艺
4.2.1测量放线
双曲面筒体墙段有内壁与外壁，内外壁均为双曲面。双曲面筒体按楼层施工时，对应于下部筒壁上的每点在上部筒体筒壁上均有两点与之相连成直线，且该直线在双曲面上。因此在施工段筒体上部找出与下部筒壁上某点相对的上部筒壁两点就可沿着直线方向搭设钢管主楞与铺贴模板。通过如下两种方法可确定筒体上直线方向。
a、方程解析法
双曲面方程如下所示
假设双曲面筒体下部一点为（x0，y0，z0），则经过公式推导，在双曲面上通过此点的两条直线方程如下：
将筒体上部截面的z坐标带入即可求得筒体上部截面两点坐标。
b、软件生成法
solidworks是法国达索系统(Dassault Systemes S.A)的三维机械设计软件，主要应用范围涉及航空航天、汽车、机械、造船、通用机械、医疗器械和建筑等诸多领域，利用solidworks可以方便快捷地生成双曲面筒体上直线网格线，同时solidworks也可将三维图形进行切割转换成cad图纸。通过solidworks建立双曲面筒体的仿真三维模型，即可确定构造线方向以指导施工。如图六所示
图六solidworks生成构造线
综上所述，解析法可以结合microsoft excel软件预定义公式直接求解得出结果，现有各种智能手机均有此功能。软件生成法直观明了，比较贴合工程实际，因此软件生成法较适宜作为双曲面筒体的施工放线控制依据。
4.2.2定位模板制作安装
搭设好排架后根据建筑物轴线关系在施工楼层的筒体底部弹出筒体底部边线。在筒体顶部和底部，用10-20cm厚模板条制作两道筒体内壁的内轮廓线，用钢丝将轮廓线板条固定在内支撑排架上。安装定位模板应控制好标高，且应预留好定位模板外边缘与筒体内边缘处内支撑钢管、模板等支撑结构占用的距离。定位模板如图七所示。
4.2.3筒体内侧面斜向内支撑钢管支撑
在施工楼层筒体下部内轮廓圆周上隔约0.2取一点安装钢管支撑，相应于下部轮廓圆上的每一点在上部轮廓上均有两点与之对应，取相同方向的点进行钢管的安装。钢管与上部定位模板应牢固连接，钢管支撑同时应与其邻的内支撑排架相连，以使钢管不松动、不变形，以免影响曲面定位及混凝土的浇筑。钢管支撑如图七所示。
4.2.4筒壁内面模板的安装
依相同方法沿着筒体构造线方向铺设模板支撑。模板加工成20-30cm宽板条，模板加工宽度随筒体曲面曲率增大而减小。每两条板条接缝处钉间隔1m左右钉一5cm厚细板条将其其固定连接，以增加模板体系稳定性。由于模板加工尺寸小，连接节点多，应选用质量优良，变形能力强的模板进行施工。木模板连接示意图如图九所示。
4.2.5筒体钢筋绑扎
依照设计图纸要求进行钢筋绑扎，对于双层双向配筋的双曲面筒体，其配筋宜设计成图十所示。钢筋绑扎按照传统双层双向配筋墙体进行施工。施工时应控制好尺寸，搭接及锚固长度符合规范及施工图纸要求。
4.2.6放置筒体截面厚度控制件
和普通混凝土墙体不同，由于双曲面筒体竖向不规则，应放置墙体厚度控制件以保持墙体厚度符合设计要求。墙体厚度控制件为A12钢筋点焊而成，0.5m×0.5m布置。厚度控制件与水平向环形主筋连接，用钢丝绑扎牢固，绑扎牢固后控制件应不变形、不移位以免影响筒体厚度。
图七定位模板与钢管支撑图八筒体内侧面模板主视图
图九筒体内侧面模板 图十 双曲面薄壳筒体配筋
4.2.7：筒体外壁模板与钢管内楞安装
双曲面筒体外壁模板与钢管内楞安装方法与内壁支撑系统施工方法大致相同，模板与钢管均沿构造线方向搭设。筒体外侧施工顺序与内侧相反，首先施工外侧面模板，待模板搭设完成后再搭设外侧钢管内楞。钢管内楞与模板条应连接紧密。
4.2.8筒体内外侧水平双钢筋外楞安装
模板搭设完成后在模板上钻对拉螺栓连接孔洞，对拉螺栓间距沿水平与竖向方向取0.3m-0.5m。孔洞钻好后在内外侧同时安装B20双钢筋外楞。
双钢筋外楞在筒体内外侧均绕筒体一周，为了保证体系稳定性，选用带肋钢筋以增加摩擦，增强体系稳定性。钢筋用钢丝绑扎在钢管上。钢筋的冷弯性能应良好，受拉承载力满足国家规范要求。筒体外侧B20双钢筋外楞应与内侧双向钢筋外楞用对拉螺栓进行对拉连接。支撑系统搭设完成后还应设若干斜撑以加强筒体支撑系统稳定性。筒体内侧面支撑双钢筋布置示意图如图八所示。
4.2.9混凝土浇筑
为了保证支撑系统稳定性，应选用天泵进行混凝土浇筑。不应选用地泵以免混凝土输送过程中振动过大影响混凝土浇筑质量。
混凝土坍落度及强度应符合设计及规范要求。浇筑过程中，振捣持续时间应使混凝土表面产生浮浆，无气泡，不下沉为止，混凝土浇筑应振捣密实。养护应及時到位，养护时间应符合设计及规范要求。
4.2.10模板拆除
模板拆除时的混凝土强度也应能保证其表面及棱角不受损伤。不应对楼层形成冲击荷载。拆除的模板和支架宜分散堆放并及时清运。模板拆除应有拆模申请并由项目技术负责人批准。
拆除时先拆掉穿墙螺栓等附件，再拆除斜拉杆或斜撑，用撬棍轻轻撬动模板，使模板脱离墙体，即可把模板吊运走。
五：结束语
双曲面筒体由于有了双直纹特点，因而可以运用传统施工方法结合三维软件进行施工，并能取得较好的经济效果。随着建筑领域对建筑造型要求的日新月异，双曲面结构一定会得到越来越广泛的应用，工程技术人员只有时刻保持与时俱进的工作态度，一丝不苟的工作精神，才能适应现代建筑业的发展，为社会主义的现代化建设贡献更大的力量。
[关键词] 双曲面筒体双直纹solidworks构造线
中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：
一、工程简介
玛斯菲尔厂房一期工程为深圳市玛斯菲尔时装有限公司投资兴建，其中厂房交通塔主体结构为若干双曲面筒体墙段组成，交通塔建筑高度31.3m，地下两层，地上六层，仿莲花开放屋顶。
交通塔主体结构为两大小不同双曲面筒体经分割连接而成，双曲面筒体在施工过程中运用了本文所述方法。交通塔外观图及施工过程图片如图九至图十一所示。
图一：交通塔模型 图二：剖面图 图三：完成后现场图
二、双曲面原理
2.1双曲面特征
本文探讨的仅为单叶双曲面，双叶双曲面由于没有双直纹特点，在工程上应用较少，不在本文讨论范围，本文所述双曲面均为单叶双曲面。单叶双曲面方程如下：
（注：本文讨论仅限于a=b的情况）
2.2双曲面形成方式
a、直线旋转形成双曲面
两条空间不平行不相交的直线其中一条绕着另一条旋转即可形成双曲面。如图四所示：
图四 直线旋转形成双曲面 图五双曲线旋转形成双曲面
b、双曲线沿直线旋转形成双曲面
一条双曲线绕着旋转轴进行旋转即可形成双曲面，如图五所示。
2.3、双曲面特征在工程上应用
在双曲面上任意定一点，有且仅有两条通过这点且均在此双曲面上的直线。由于有了双直纹的特点，因此在工程上其受力比较均匀，用于双曲面结构的钢筋及型钢不需弯折，处于比较有利的受力状态。在施工过程中，钢管及模板等材料不需弯折即可完成整个支撑系统的搭设工作。在误差允许范围内现有的施工工艺完全满足双曲面构件的施工要求。
三、选择施工工艺
针对双曲面特征需定出与之相适应的施工工艺，现列如下两个方案以供选择
3.1钢模板法：
将双曲面筒体模板分为若干段，每段均用钢模板预制，现场施工时将钢模板现场进行拼接。由于双曲面构件在工程应用较少，无法运用在其它常规工程上，为单个构件制作一套模板造价偏高，且钢模板易弯折变形，单体较重，施工不便。
3.2木模板散装法
按照常规墙板模板制作方法架设双曲面筒体支撑，架设支撑时按照双曲面构造线方向架设主次楞，将木模板加工成一定宽度的板条沿筒体构造线方向铺设作为支撑系统。此方法所需投入仅为木模板、钢管、钢筋等常规建材，且在误差允许范围内可以达到很好的效果。因此此方法较适宜进行双曲面筒体结构的施工。
四、木模法施工工艺
4.1工艺流程
4.2操作工艺
4.2.1测量放线
双曲面筒体墙段有内壁与外壁，内外壁均为双曲面。双曲面筒体按楼层施工时，对应于下部筒壁上的每点在上部筒体筒壁上均有两点与之相连成直线，且该直线在双曲面上。因此在施工段筒体上部找出与下部筒壁上某点相对的上部筒壁两点就可沿着直线方向搭设钢管主楞与铺贴模板。通过如下两种方法可确定筒体上直线方向。
a、方程解析法
双曲面方程如下所示
假设双曲面筒体下部一点为（x0，y0，z0），则经过公式推导，在双曲面上通过此点的两条直线方程如下：
将筒体上部截面的z坐标带入即可求得筒体上部截面两点坐标。
b、软件生成法
solidworks是法国达索系统(Dassault Systemes S.A)的三维机械设计软件，主要应用范围涉及航空航天、汽车、机械、造船、通用机械、医疗器械和建筑等诸多领域，利用solidworks可以方便快捷地生成双曲面筒体上直线网格线，同时solidworks也可将三维图形进行切割转换成cad图纸。通过solidworks建立双曲面筒体的仿真三维模型，即可确定构造线方向以指导施工。如图六所示
图六solidworks生成构造线
综上所述，解析法可以结合microsoft excel软件预定义公式直接求解得出结果，现有各种智能手机均有此功能。软件生成法直观明了，比较贴合工程实际，因此软件生成法较适宜作为双曲面筒体的施工放线控制依据。
4.2.2定位模板制作安装
搭设好排架后根据建筑物轴线关系在施工楼层的筒体底部弹出筒体底部边线。在筒体顶部和底部，用10-20cm厚模板条制作两道筒体内壁的内轮廓线，用钢丝将轮廓线板条固定在内支撑排架上。安装定位模板应控制好标高，且应预留好定位模板外边缘与筒体内边缘处内支撑钢管、模板等支撑结构占用的距离。定位模板如图七所示。
4.2.3筒体内侧面斜向内支撑钢管支撑
在施工楼层筒体下部内轮廓圆周上隔约0.2取一点安装钢管支撑，相应于下部轮廓圆上的每一点在上部轮廓上均有两点与之对应，取相同方向的点进行钢管的安装。钢管与上部定位模板应牢固连接，钢管支撑同时应与其邻的内支撑排架相连，以使钢管不松动、不变形，以免影响曲面定位及混凝土的浇筑。钢管支撑如图七所示。
4.2.4筒壁内面模板的安装
依相同方法沿着筒体构造线方向铺设模板支撑。模板加工成20-30cm宽板条，模板加工宽度随筒体曲面曲率增大而减小。每两条板条接缝处钉间隔1m左右钉一5cm厚细板条将其其固定连接，以增加模板体系稳定性。由于模板加工尺寸小，连接节点多，应选用质量优良，变形能力强的模板进行施工。木模板连接示意图如图九所示。
4.2.5筒体钢筋绑扎
依照设计图纸要求进行钢筋绑扎，对于双层双向配筋的双曲面筒体，其配筋宜设计成图十所示。钢筋绑扎按照传统双层双向配筋墙体进行施工。施工时应控制好尺寸，搭接及锚固长度符合规范及施工图纸要求。
4.2.6放置筒体截面厚度控制件
和普通混凝土墙体不同，由于双曲面筒体竖向不规则，应放置墙体厚度控制件以保持墙体厚度符合设计要求。墙体厚度控制件为A12钢筋点焊而成，0.5m×0.5m布置。厚度控制件与水平向环形主筋连接，用钢丝绑扎牢固，绑扎牢固后控制件应不变形、不移位以免影响筒体厚度。
图七定位模板与钢管支撑图八筒体内侧面模板主视图
图九筒体内侧面模板 图十 双曲面薄壳筒体配筋
4.2.7：筒体外壁模板与钢管内楞安装
双曲面筒体外壁模板与钢管内楞安装方法与内壁支撑系统施工方法大致相同，模板与钢管均沿构造线方向搭设。筒体外侧施工顺序与内侧相反，首先施工外侧面模板，待模板搭设完成后再搭设外侧钢管内楞。钢管内楞与模板条应连接紧密。
4.2.8筒体内外侧水平双钢筋外楞安装
模板搭设完成后在模板上钻对拉螺栓连接孔洞，对拉螺栓间距沿水平与竖向方向取0.3m-0.5m。孔洞钻好后在内外侧同时安装B20双钢筋外楞。
双钢筋外楞在筒体内外侧均绕筒体一周，为了保证体系稳定性，选用带肋钢筋以增加摩擦，增强体系稳定性。钢筋用钢丝绑扎在钢管上。钢筋的冷弯性能应良好，受拉承载力满足国家规范要求。筒体外侧B20双钢筋外楞应与内侧双向钢筋外楞用对拉螺栓进行对拉连接。支撑系统搭设完成后还应设若干斜撑以加强筒体支撑系统稳定性。筒体内侧面支撑双钢筋布置示意图如图八所示。
4.2.9混凝土浇筑
为了保证支撑系统稳定性，应选用天泵进行混凝土浇筑。不应选用地泵以免混凝土输送过程中振动过大影响混凝土浇筑质量。
混凝土坍落度及强度应符合设计及规范要求。浇筑过程中，振捣持续时间应使混凝土表面产生浮浆，无气泡，不下沉为止，混凝土浇筑应振捣密实。养护应及時到位，养护时间应符合设计及规范要求。
4.2.10模板拆除
模板拆除时的混凝土强度也应能保证其表面及棱角不受损伤。不应对楼层形成冲击荷载。拆除的模板和支架宜分散堆放并及时清运。模板拆除应有拆模申请并由项目技术负责人批准。
拆除时先拆掉穿墙螺栓等附件，再拆除斜拉杆或斜撑，用撬棍轻轻撬动模板，使模板脱离墙体，即可把模板吊运走。
五：结束语
双曲面筒体由于有了双直纹特点，因而可以运用传统施工方法结合三维软件进行施工，并能取得较好的经济效果。随着建筑领域对建筑造型要求的日新月异，双曲面结构一定会得到越来越广泛的应用，工程技术人员只有时刻保持与时俱进的工作态度，一丝不苟的工作精神，才能适应现代建筑业的发展，为社会主义的现代化建设贡献更大的力量。