專利名稱：一種具有曲面造型的建筑物混凝土頂面的建造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有曲面造型的建筑物或構筑物混凝土頂面的建造方法， 特別是，涉及一種具有曲面造型的混凝土屋面的施工方法。
在本專利說明書中，關于建筑物頂面的術語"曲面"包括但不限于雙曲 面、雙斜面、單曲單斜面、J求面、橢球面、橢圓面、拋物面、這些要素的相互 組合以及進一步與平面的組合，等等。
特別是，在本專利說明書中，關于建筑物頂面的術語"雙曲面"不僅包括 橫截面呈數(shù)學意義雙曲線的曲面，而且包括在xyz三維坐標系中xz和yz面上 的投影均為曲線的任何曲面。
背景技術：
隨著建筑業(yè)的發(fā)展，各種具有獨特曲面造型的建筑物頂面設計越來越多， 例如，對于曲斜薄板頂面的結構，目前的施工策略是根據(jù)設計圖紙上標注的數(shù) 量有限的標高數(shù)據(jù)，定制許多數(shù)米長的非標準鋼^f莫，然后，在該鋼模的幫助下 進一步進行后續(xù)的施工。
由于定制的非標準鋼模是專門為某一建筑的施工而特制的，難以再次用于 其他異形建筑物頂面的施工；由于定制的非標準鋼模重量大，也^f吏得吊裝的能 源消耗多；定制的非標準鋼模的吊運、安裝、調試、拆卸都消耗大量的時間和 人力。這些因素都導致施工工裝的準備成本非常高，也使得施工成本增加。
特別是，對于混凝土曲斜面薄板結構，由于各點的曲率大小不一，圖紙上 提供的標高數(shù)據(jù)量有限，如按現(xiàn)有方法施工，不能滿足施工需要，不能確保薄 板結構曲率的精度要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有曲面造型的建筑物或構筑物混凝土頂面的建 造方法，其降低了施工的難題和強度、施工進度快、施工成本低、工程質量高。
為此，本發(fā)明提供了 一種具有曲面造型的建筑物或構筑物混凝土頂面的建 造方法，將空間曲面結構進行水平投影；將水平投影面分成若干個網(wǎng)格；通過 建立局部坐標系，計算出水平投影面坐標系中各網(wǎng)格節(jié)點所對應的空間曲面上 的標高；根據(jù)各標高數(shù)據(jù)確定各承力鋼管橫桿的位置，以完成搭架作業(yè)，然后， 按照各網(wǎng)格線立放木板，把標高數(shù)據(jù)投到木板上畫成曲線，然后進行加工以形 成背枋，再把所形成的背枋固定在相應的各承力鋼管橫桿上；在混凝土中摻入 適量減水劑和粉煤灰的小粒徑；泵管先布置于雙曲板的最低處，沿對角線方向 從下往上布料，向最高點推進；泵車在對角線的兩側交替下料，澆筑振搗，由 人工隨著拍實、收光。本發(fā)明可采用各種可重復利用的、甚至是標準的木模板、竹模板、或鋼模 板，因此，可節(jié)約資源。
根據(jù)本發(fā)明，支模澆混凝土較快，可極大地加快施工進度，確?；炷两Y 構實體質量和外觀曲線。
根據(jù)本發(fā)明的澆筑法，可一次澆筑成形，不留置施工縫，可有效地避免冷 縫的發(fā)生，確保曲面混凝土薄板屋面結構的密實性，與分時澆筑法相比，可節(jié) 約勞動力和機械的組織時間、混凝土的調配時間，以及處理施工縫的時間，相 應縮短了工期。
總之，根據(jù)本發(fā)明的建造方法，不僅可以降低施工難度，提高施工速度， 保證施工質量和安全，而且節(jié)省勞動力和材料的投入，降低制造成本，因此， 具有明顯的經(jīng)濟效益。同時，與定制鋼才莫相比，采用可重復使用的普通竹、木 模板，節(jié)約了吊裝能耗，還具有環(huán)保意義。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的坐標網(wǎng)格測量定位法的原理圖2是4艮據(jù)本發(fā)明的支模示意圖3是根據(jù)本發(fā)明的雙曲板混凝土澆筑推進示意圖4是才艮據(jù)本發(fā)明的雙曲面標高插值計算的一個原理示意圖5是根據(jù)本發(fā)明的雙曲面標高插值計算的另一原理示意圖6是根據(jù)本發(fā)明的雙斜面標高插值計算的原理示意圖；以及
圖7是才艮據(jù)本發(fā)明的單曲單斜面標高插值計算的原理示意圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明，首先將建筑物或構筑物的具有曲面造型的頂面進行細化，從 而根據(jù)圖紙上標注的有限的標高數(shù)據(jù)得到更多的標高數(shù)據(jù)。
具體地說，如圖1所示，假如圖紙上標注了 一部分空間雙曲面OBCD四個 角點的標高數(shù)據(jù)，可以設計曲板標高較低的角點O為坐標原點建立ab向坐標 系；然后，對該空間雙曲面OBCD往基準面上進行水平正投影，得到四邊形 oB'C'D';再將四邊形oB'C'D'劃分成若干個網(wǎng)格，例如，在oD'邊插入坐標為 xl、 x2的兩個點，在oB'上插入yl、 y2、 y3、 y4四個點，這樣就把四邊形oB'C'D' 劃分為3 x 5 = 15個小四邊形，出現(xiàn)4 x 6 = 24個節(jié)點，由此可以找到在空間雙曲 面OBCD上的對應的24個節(jié)點。
由于可以在設計圖紙上查到o、 B'、 C'、 D'四個點x和y坐標，本領域的技 術人員可以容易地得到四邊形oB'C，D，內(nèi)網(wǎng)格的其它4 16~4 = 20個節(jié)點處的x 和y坐標。
另外，再將空間雙曲面結構的每個網(wǎng)格進行正、側面投影，本領域的技術 人員可以通過建立局部坐標系，采用曲斜面投影豎向標高計算公式計算出四邊 形oB'C'D'內(nèi)各節(jié)點所對應的空間雙曲面OBCD節(jié)點處的z坐標。
特別是，網(wǎng)格劃分一般以1000x 1000mm為宜。在對應曲率較大的部位，網(wǎng)格劃分可以更小一些。
這樣，就得出了水平投影面坐標系中每一個網(wǎng)格節(jié)點處對應的空間雙曲面
OBCD上點位的標高；然后，將標高進行現(xiàn)場引測標注，作為搭架及支模的依 據(jù)，將所有計算出的點位標高連起來即可形成設計要求的支模的光滑雙曲面。
特別是，標高往上引測的順序是首先引測雙曲板四周角點，然后引測設 計軸線交點，最后引測各網(wǎng)格節(jié)點。這樣的好處是，可以用四周角點及軸線上 若干個點的標高作為控制性標高，對各節(jié)點標高進行校核。往上引測時應采用 儀器或吊線復核與基面上節(jié)點是否對中。
然后，如圖2所示，從基礎面l開始搭設承力鋼管豎桿3、承力鋼管橫桿2、 5、和承力鋼管斜桿4、根據(jù)各標高數(shù)據(jù)確定各承力鋼管橫桿6的位置。
放樣切割、鋪設背枋7，即龍骨。首先，找到背枋7對應的網(wǎng)格線，并計算 好各背枋7的尺寸，然后，把標高數(shù)據(jù)投到木板上畫成曲線，進行加工，這樣 能確保鋪設的模板達到設計的曲率要求，以保證混凝土薄板底模的彎曲效果及 承力要求。
之后，進行屋面薄板底模8的支設，在背枋7上鋪設各才莫板8，并且進行固 定和加固。模板可根據(jù)曲率的大小選擇木模或竹夾板，在曲度較大處用強度較 好的竹夾板，以便彎曲。
然后，進行屋面梁板鋼筋綁扎。
如圖3所示，為確?；炷翝仓B貫，采用泵送混凝土澆筑方式，并且泵 管先布置于雙曲板的低處Hmin，以便沿對角線L的方向D從下往上布料。如有
多塊雙曲板相連，也便于同時向多塊雙曲板下料?；炷翉淖畹忘cHmin向最高
點H,推進，泵車下料時應往對角線L的兩側Dp D2交替下料，在澆筑振搗 時，可由人工隨著拍實、收光。
根據(jù)雙曲混凝土薄板特性，為控制混凝土的流淌，增加混凝土的和易性， 避免堵塞泵管，可采用摻入適量減水劑和粉煤灰的小粒徑混凝土進行澆筑，并 控制出泵管口混凝土坍落度在12 ~ 15cm范圍之內(nèi)。
根據(jù)雙曲薄板設計的不同曲率，須控制好對角界線L的兩側Dp D2混凝土 澆筑的分層高度，以600~900mm高度為宜，待振搗拍實到位后再往上堆積混 凝土。總推進方向D也分段實施，以800~1200mm高度進行控制，下一節(jié)高 度混凝土充分振搗拍實后再進行上一節(jié)施工，直至雙曲面最高處。
特別是，根據(jù)本發(fā)明，為了得出水平投影面坐標系中每一個網(wǎng)格節(jié)點處對 應空間雙曲面上點位的標高，需要標高計算公式，如果曲面具有明確的方程， 將x和y的坐標代入該方程就可以得到z坐標。然而，在更多情況下，需要利 用數(shù)學插值的方法得到相應的z坐標。
根據(jù)本發(fā)明，如圖4和5所示，對于雙曲面網(wǎng)格，以通過最低點的水平面 建立局部坐標系的基準面，以與不通過局部坐標系原點的兩個相鄰的網(wǎng)格邊線 向面對的局部坐標平面上進行投影。
雙曲面上任意一點空間豎向標高Z計算公式如下
Z二Z'十/^二i - Vi 2 一fl2 + /z。
6其中，R表示在一側面正投影上的曲率半徑，由下式求得
—2(//c-/z0)
如圖5所示，He表示左側投影曲線上任意一點的豎向標高，由下式求得
A =尺l - 6。)2 +乓
其中，a、 b為雙曲面網(wǎng)格上任一點在ab水平投影坐標系中的坐標值；R， 表示左側投影的曲率半徑，bo表示切點m到a軸的距離，h!表示切點m的豎向 標高，ho為坐標原點的相對豎向標高，Rp bo、 h,、 ho均為i殳計已知值；m點 為曲線與b軸平行線的切點。
如圖6所示，對于雙斜網(wǎng)格，以通過最高點的水平面建立局部坐標系的基
面上進行投影。雙斜面上任意一點空間豎向標高Z計算公式如下
Ha、 Hb分別表示正、右側投影線上任意一點的豎向標高，由下式求得
L2[aLi-b(H匪-H])]
L丄3
1
其中，a、 b為雙斜面網(wǎng)格上任一點在ab水平投影坐標系中的坐標值；Hmax 表示雙斜面板上最點標高值；H，表示右側投影斜線低點標高值；L,表示右側投 影斜線寬度；L2表示正投影斜線高度；L3表示正投影斜線寬度；Hmax、 B^、 Lj、 L2、 L3均為i殳計已知值。
如圖7所示，對于曲斜面網(wǎng)格，以通過最高點的水平面建立局部坐標系的 基準面，以與不通過局部坐標系原點的兩個相鄰的網(wǎng)格邊線向南對的局部坐標 平面上進行投影。曲斜面上任意一點空間豎向標高Z計算公式如下:
Z = //。 +仏_ //max
Ha、 Hb分別表示正、右側投影線上任意一點的豎向標高，由下式求得
J， b J Hmax-Hi )， [R2-[Lx+a-~^-^]2 -Ly
仏一隨_ "
其中，a、 b為曲斜面網(wǎng)格上任一點在ab水平投影坐標系中的坐標值；Hmax 表示曲斜面板上最點標高值；Hi表示右側投影斜線低點標高值；L,表示正投影 曲線低點與切點距；Ly表示正投影曲線低點與水平切線的距離；Hmax、 L,、 L2、 Lx、 Ly均為i殳計已知值。
通過以上的說明，本領域的技術人員理解了本發(fā)明的實質特征，并且可在 此基礎上對本發(fā)明進行修改、完善、或改進，然而，這樣做都將落入本發(fā)明的 保護范圍。
權利要求
1.一種具有曲面造型的建筑物或構筑物混凝土頂面的建造方法，包括搭架步驟、現(xiàn)場標高引測標注步驟、固定背枋步驟、鋪設模板步驟、鋼筋綁扎步驟、和混凝土澆注步驟，其特征在于，在現(xiàn)場標高引測標注步驟之前，將空間曲面結構進行水平投影；將水平投影面分成若干個網(wǎng)格；通過建立局部坐標系，計算出水平投影面坐標系中各網(wǎng)格節(jié)點所對應的空間曲斜面上的標高；在所述固定背枋步驟中，根據(jù)各標高數(shù)據(jù)確定各承力鋼管橫桿的位置，以完成搭架作業(yè)，然后，在由各承力鋼管橫桿限定的曲面上鋪設背枋，再把所形成的背枋固定在相應的各承力鋼管橫桿上；并且在所述混凝土澆注步驟中，在混凝土中摻入適量減水劑和粉煤灰的小粒徑；泵管先布置于雙曲板的最低處，沿對角線方向從下往上布料，向最高點推進；泵車在對角線的兩側交替下料，澆筑振搗，由人工隨著拍實、收光。
2. 如權利要求1所述的建造方法，其特征在于，在現(xiàn)場標高引測標注過程 中，首先引測曲面的四周角點，然后引測設計軸線交點，最后引測各網(wǎng)格節(jié)點。
3. 如權利要求l所述的建造方法，其特征在于，包括按照各網(wǎng)格線立放木 板，把標高數(shù)據(jù)投到木板上畫成曲線，然后進行加工，以形成背枋。
4. 如權利要求1所述的建造方法，其特征在于，在所述混凝土澆注步驟中， 控制出泵管口混凝土坍落度在12~15cm范圍之內(nèi)。
5. 如權利要求l所述的建造方法，其特征在于，泵車在對角線的兩側交替 下料過程中，分層高度為600~900mm，待振搗拍實到位后再往上堆積混凝土。
6. 如權利要求l所述的建造方法，其特征在于，在所述沿對角線方向從下 往上布料過程中，分段實施高度為800~1200mm,下一節(jié)高度混凝土充分振搗 拍實后再進行上一節(jié)施工，直至雙曲面最高處。
7. 如權利要求1所述的建造方法，其^征在于，對于雙曲面網(wǎng)格，以通過 網(wǎng)格的最低點的平面為基準水平面建立局部坐標系，雙曲面上任意一點空間豎 向標高Z計算公式如下Z = Z' + / 0 = i - —a2 + /j。其中，R表示在一側面正投影上的曲率半徑，由下式求得Hc表示左側投影曲線上任意一點的豎向標高，由下式求得其中，a、 b為雙曲面網(wǎng)格上任一點在ab水平投影坐標系中的坐標值；R 表示左側投影的曲率半徑，bo表示切點m到a軸的距離，ht表示切點m的豎向 標高，ho為坐標原點的相對豎向標高，R，、 bo、 h，、 ho均為i殳計已知值；m點 為曲線與b軸平行線的切點。
8. 如權利要求l所述的建造方法，其特征在于，對于雙斜面網(wǎng)格，以通過 網(wǎng)格最高點的平面為基準水平面建立局部坐標系，雙斜面上任意一點空間豎向 標高Z計算公式如下Ha、 Hb分別表示正、右側投影線上任意一點的豎向標高，由下式求得L2[aL"b(H,麗-H0] L1L3其中，a、 b為雙斜面網(wǎng)格上任一點在ab水平投影坐標系中的坐標值；Hmax 表示雙斜面板上最點標高值；H,表示右側投影斜線低點標高值；U表示右側投 影斜線寬度；L2表示正投影斜線高度；L3表示正投影斜線寬度；Hmax、 Ht、"、 L2、 L3均為i史計已知值。
9. 如權利要求l所述的建造方法，其特征在于，對于曲斜面網(wǎng)格，以通過 網(wǎng)格最高點的平面為基準水平面建立局部坐標系，曲斜面上任意一點空間豎向 標高Z計算公式如下<formula>formula see original document page 3</formula>Ha、 Hb分別表示正、右側投影線上任意一點的豎向標高，由下式求得<formula>formula see original document page 3</formula>其中，a、 b為曲斜面網(wǎng)格上任一點在ab水平投影坐標系中的坐標值；Hmax 表示曲斜面板上最點標高值；H,表示右側投影斜線低點標高值；L表示正投影 曲線低點與切點距；Ly表示正投影曲線低點與水平切線的距離；Hmax、 H,、 L,、 L2、 Lx、 Ly均為i殳計已知值。
全文摘要
一種具有曲面造型的建筑物或構筑物混凝土頂面的建造方法，將空間曲面結構進行水平投影；將水平投影面分成若干個網(wǎng)格；通過建立局部坐標系，計算出水平投影面坐標系中各網(wǎng)格節(jié)點所對應的空間曲面上的標高；根據(jù)各標高數(shù)據(jù)確定各承力鋼管橫桿的位置，以完成搭架作業(yè)，然后，按照標高數(shù)據(jù)形成背枋，再把所形成的背枋固定在相應的各承力鋼管橫桿上；在混凝土中摻入適量減水劑和粉煤灰的小粒徑；泵管先布置于雙曲板的最低處，沿對角線方向從下往上布料，向最高點推進；泵車在對角線的兩側交替下料，澆筑振搗，由人工隨著拍實、收光。該建造方法可降低施工的難題和強度、施工進度快、施工成本低、工程質量高。
文檔編號E04B7/10GK101538907SQ200910080678
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權日2009年3月25日
發(fā)明者雄 呂, 俊 周, 琨 張, 林偉洪, 湯麗娜, 鄧蘭艷, 松 陳, 剛 黃 申請人:中建三局第二建設工程有限責任公司