随着时代发展，建筑设计对建筑造型的艺术性要求越来越高，各种异形结构层出不穷。不同类型的曲面也越来越多地出现在建筑屋面造型中，其中尤其以现浇混凝土的曲屋面结构施工最为困难。异形曲面由于曲率不规则，较难在工厂实现规模化预制，只能通过现浇混凝土的方法进行施工。现浇钢筋混凝土曲面结构的重难点在于模板及脚手架工程，如何搭设出设计要求的曲率屋面，成为空间曲面现浇结构屋面施工的难点。

　　 科威特大学城附属设施项目(ACSF项目，academic support facilities)，即603地块示范学校(Model School)，设计为附属中小学及幼儿园。占地面积100 200m ^[2]，建筑面积54 129m ^[2]。整个地块以一条景观河流将男、女学校分隔开来(见图1),MS1为男子中学，MS2为男子小学，MS3为幼儿园，MS4为女子小学，MS5为女子中学。建成后可容纳包括幼儿园在内共12个年级近700名学生。

　　 整个603地块5个单体均为现浇混凝土曲面屋顶，屋面面层为六边形面砖。整个地块曲屋面水平投影面积共计27 926m ^[2]，按起伏程度分为2种:陡屋面(约26 000m ^[2])和缓屋面(约800m ^[2])。

　　 施工前建立曲屋面分析模型，将曲面划分为足够小的单元网格，在一定精度范围内，每个单元可近似看成平面，以平面模板加定型背楞框架组成单元体，然后按节点高度拼接成曲面，如图2所示。

　　 对于坡度较缓的屋面，综合考虑脚手架模数与支撑体系的安全性，依照1.2m×1.2m单元网格划分单元，曲面边缘、临界处可以采用1.2m×0.6m,1.2m×0.9m等多种尺寸单元。面板采用普通胶合板模板，背楞采用标准工字钢梁定制框架，支撑体系为碗扣式脚手架。

　　 由于异形曲面特性，相邻单元体四角标高并不一定相同，因此在脚手架顶端设置可调高度顶托(见图3)，通过4个可调螺栓分别与4块相邻单元体固定。螺栓可在平面内180°旋转以满足因单元体倾斜度不一引起的角点位置变动，使单元体间平滑过渡，形成近似曲线的效果。顶托螺栓直接固定于标准模块的背楞工字梁上，使得荷载可以通过顶托直接传递到脚手架上。

　　 对于坡度较陡的屋面，每个单元的曲率变化仍然很大，无法使用平面模板代替曲面。对此，依然按照1.2m×1.2m划分单元网格，每个单元模块均水平布设，在单元上竖起20个木方，以不同长度的木方模拟曲面变化，如图4所示。

　　 沿高度变化方向，每列木方顶部用一条木方相连作为模板背楞，木方具有一定柔韧性，可以在一定范围内弯曲。木方背楞上铺设模板面板，单元曲率变化幅度较大，无法使用一整块规则面板，依照背楞间距，面板分条拼装，如图5所示。

　　 曲屋面设计图纸为等高线标高图，利用建模软件建立曲屋面模型，将曲面划分为若干单元，单元划分遵循以下原则。

　　 1)以曲面在平面上的垂直投影进行划分，水平投影与斜面面积大小误差以接缝调整。

　　 2)宜划分为大小相等的正方形单元，划分简单，便于制作单元体。

　　 3)单元大小考虑脚手架立杆间距模数，优先采用碗扣式(或盘销式)脚手架。

　　 4)应验算脚手架体系安全性及以平代曲的误差。

　　 综合考虑以上因素，以1.2m×1.2m为基本单元，1.2m×0.9m,1.2m×0.6m等尺寸为辅助单元。

　　 对于缓屋面基本单元设置大小为1.2m×1.2m,1.2m×0.9m,0.9m×0.6m等多种尺寸;对于曲率变化较大的屋面设置单元大小为1.2m×1.2m。

　　 在深化设计阶段，通过三维建模，将每个单元四角的标高标识在施工图纸中，现场可直接按图纸标高施工(见图6)。施工图纸报监理批准后用于现场实施。

　　 缓屋面无需单独制作单元体模块，按图纸标高搭设脚手架，安装背楞，调整标高，铺上模板即完成单元体模板搭设(见图7)。

　　 对于陡屋面，每个单元体采用20根100mm×50mm木方裁成相应高度，在木方顶端铺装面板形成曲面。木方顶部应根据曲率加工成斜面，以方便模板铺装。

　　 脚手架为满堂架，依据深化设计图设置立杆位置，按照规范要求设置横杆步距、斜撑、扫地杆等。

　　 对于陡屋面，首先根据屋面的标高确定阶梯平台的高度，综合考虑施工便易程度与木方的稳定性来决定平台的位置，木方的长度不宜>600mm，相邻平台高差较小时尽量合并，以提高工作效率。

　　 脚手架搭设完毕以后，检查阶梯平台的标高，对有误差的位置进行微调，务必保证平台的标高与深化设计一致。单元体木方加工成型后无法更改，更换木方十分不便，且造成材料浪费。

　　 将单元体安装至对应位置，用钉子等固定在阶梯平台上，过程中注意不要破坏木方。

　　 对于缓屋面，曲率变化较小，每个单元可直接使用整块模板铺装，使用钉子等直接将面板固定在背楞工字木梁上。

　　 对于陡屋面，曲率变化较大，将面板裁成100～200mm的板条铺装成单元体，并设置木方背楞，将面板与标高点控制木方固定在一起。过程中需注意控制面板产生一定的弯曲，使其更贴近曲线的曲率变化。

　　 由于木梁背楞不能弯曲，单元体直接必然会产生或大或小的缝隙，尤其缓坡度屋面，对于这些缝隙则采用零散木方材料填充并用铁皮覆盖，以防止浇筑漏浆，保证混凝土的表观质量。

　　 1)曲面板的钢筋为纵横双层、双向布置。

　　 2)对于异形空间曲面板，常规的钢筋下料软件无法满足要求，可按钢筋间距对模型进行剖切，精确提取钢筋形状，测量出其长度后即可作为钢筋下料依据，以免钢筋多次切割，造成浪费。

　　 3)优先选用整根钢筋绑扎，减少在曲面位置搭接。利用钢筋自重自然形成弯曲。

　　 4)对于曲率变化较大的屋面，为保证屋面板底面的保护层厚度，防止钢筋安装过程中由于重力作用变形，在曲率变化大的位置应增加垫块密度。

　　 5)钢筋绑扎完成后，安装侧模。

　　 1)应选用坍落度较小的混凝土(120mm±20mm)，可塑性强，更易于达到曲面浇筑效果。

　　 2)浇筑标高控制，采用在顶层钢筋之上附加钢筋的方法，按保护层厚度30mm，用14mm+16mm2根钢筋绑在顶层钢筋之上，作为控制基准;浇筑完成时，将两个钢筋移除。

　　 3)分层浇筑，每层高度600mm。为防止混凝土堆积在下部，应从上往下依次浇筑，以控制板厚度。

　　 4)坡度过于陡峭的地方，为防止混凝土流淌，在每层间设置钢丝网。

　　 1)根据当地市场行情，MS1单体曲屋面总计3 150m ^[2]，采用本工法模板体系平均每m ^[2]造价138.3美元(含深化设计费);若采用定制钢架背楞体系，即按照曲面形状定制型钢背楞，在背楞上铺设模板的方法，1m ^[2]造价为450美元，因此采用单元模板的方式，有较为可观的经济效益。

　　 2)定制模板体系无法周转，整个模板体系除了脚手架均为一次性使用，投入巨大;而单元模板体系，在拆模后仍可用于其他部位，可实现周转;对多个单体仅需按流水段设置，投入2～3套模板体系即可，可大幅节省投入成本。

　　 3)单元模板四角节点均为快速拆装节点，且模板体系背楞与模板固定一体，拆除时背楞与模板一起拆除，相比传统的木方次背楞，型钢梁主背楞的模板体系，拆除速度大幅增加，节省工期。

　　 4)本工法中模板与定型背楞做成一体，极大提高了面板的周转次数，传统方式模板周转5～10次后表面质量变得很差，本工法模板与背楞整体拆除，可使模板的周转次数达30次以上。

　　 现浇曲面屋面结构在现代工程中具有广泛应用，在一定曲面变化程度下，采用单元体模板拼装形式，将模板制作过程转移至工厂，施工现场仅进行安装拆除工作，施工效率高，且施工质量易于控制。模板工程施工步骤得以简化，整个施工过程更易具体量化，便于施工进度控制。单元体模板拼装既满足曲率要求，又节省大量木方，提高施工安装效率。