太原市某饭店是一座具有山西院落文化风格的商务、会议型公共建筑。其东楼为50年代建造, 是市文物保护建筑, 加固改造的同时重新设计外观, 设计为仿古建筑外形, 屋盖为721m²单檐歇山大坡瓦屋面, 结构形式为钢筋混凝土结构, 屋盖上部的椽头、飞檐、垂花柱均为混凝土材质。紧靠东楼新建会议中心, 屋盖为736m²仿古大坡屋盖, 仿古钢木组合结构, 屋架主、次梁为钢结构, 檩条、椽头为木结构。东楼、会议中心外墙为里外绑扎钢筋网片的砖墙砌体, 喷射混凝土加固, 加固后做仿古淌白墙面砖外墙, 在底部安装须弥座, 中部干挂2道石雕腰线。

本工程屋盖为721m²的单檐歇山大坡瓦屋面, 结构形式为钢筋混凝土结构。古建筑中坡屋盖一般采用杯口粗的麻绳高低 (屋脊、屋檐) 两头固定, 中部靠重力作用下垂, 通过自然变化的曲率而形成的坡度。通过计算机模拟, 大角度曲面坡屋顶30.5°、最大曲率0.052, 曲率较大。常规施工采用干硬性混凝土成坡, 后采用铁锹拍密实, 对后期的屋面防水功能存在较大隐患, 且施工难度较大。

坡屋面施工混凝土的浇筑分2部分进行, 如图1所示, 平缓的下部坡底面模板上直接使用干硬性混凝土浇筑、拍实, 上部坡度大的坡面采用多次安装双面模板约束混凝土。为保证坡度、曲率符合自然变化的要求, 通过双层模板分多个阶段控制坡度和曲率, 即通过一块块上下双层模板拼接控制曲率。

采用双钢管进行面层模板加固固定, 如图2所示, 双钢管3型卡加固竖向龙骨, 采用垫块、马凳作为控制屋盖混凝土厚度的方式。上层模板全部提前准备, 将胶合板一分为二, 裁成900mm的同等大小尺寸, 按铺设位置编号放在坡屋面准备好。

双层模板及混凝土浇筑施工做法:支设满堂脚手架→铺设加固下层模板→绑扎屋面钢筋→拍实最下部混凝土→铺设上层最下部1道模板→浇筑第1道混凝土, 同时开始铺设上1道模板→浇筑第2道混凝土, 同时开始铺设第3道模板→……→浇筑屋脊处混凝土。

浇筑混凝土以斜屋檐为起点, 先进行混凝土拍实浇筑, 绕屋面循环浇筑, 拍实后安装加固1排900mm的模板, 然后进行混凝土的填充浇筑, 开始浇筑后, 每填充完一部分, 开始安装同位置上部的模板, 以此类推, 不停歇浇筑填充混凝土, 直至浇筑完整个坡屋面。

采用商品混凝土, 坍落度要控制在 (180±30) mm, 在混凝土中加入缓凝剂, 由于坡屋面浇水养护不便, 采取涂膜养护。养护期为14d, 确保混凝土不发生裂缝、渗漏现象。

拍实混凝土与填充混凝土交界面要采用同混凝土配合比的水泥砂浆, 坐浆5mm左右, 保证黏结密实。

安装上层胶合板前, 在板底胶合板上开孔, 孔的间距为模板上、下各空10cm, 待孔钻好后安装长400mm的12mm限位螺栓 (不得设置在模板接缝处) , 设置止水片防止从止水螺栓处渗水。

为保证观感质量, 浇筑时上层模板之间的缝隙采用海绵条及胶带封堵, 确保不发生跑浆现象。

采用双层模板, 可进行混凝土振捣, 相对于拍实的做法可保证坡屋面混凝土密实, 提高屋面的防水性能。坡屋面成型后效果如图3所示。

本工程东楼屋盖仿古椽头 (飞椽) 、飞檐均为混凝土材质, 成型后直接彩绘, 美观大方。

1) 飞檐架体搭设及位置控制本项目的屋盖四角飞檐及周边飞椽均为高空作业, 尤其是飞檐在施工中, 高24m, 向外悬挑2.7m。四角保证在同一标高是难点, 空间定位难;浇筑混凝土时, 悬挑超过2.7m, 悬挑架体的安全及架体浇筑混凝土后产生的变形会影响飞檐的高差、位置, 空间位移的超前控制难。

项目通过计算确定模架、混凝土等变形情况测算出悬挑工字钢的位移变形量, 尽量采用刚性控制, 提前预留变形量, 确保浇筑后位置的准确 (见图4) 。

2) 仿古椽头做法针对中部仿古椽头的等距离、等尺寸布置, 底模支设完毕后, 采用定型模板。椽头间选用无扭曲、无变形的胶合板 (表面光滑、提前加工成填充造型) 进行加工, 即按照椽头间的距离, 利用胶合板模型作填充物, 整体拼装成3m长的定型模板, 平铺在底模上, 如图5所示。

针对角部放射性布置、等尺寸的要求, 同样采用在底模支设定型模具的办法, 即制作椽头间空隙尺寸的填充物 (采用方木拼接) 。然后用钢钉固定在底模上, 涂刷隔离剂 (保证拆模时不损伤椽头棱角) , 角部按照放射性布置, 椽头顶部采用木龙骨整体固定。

在仿古建筑中有很多悬挂式小型预制混凝土构件, 形式多种多样, 有八棱柱、圆柱状及其他各种造型, 现场支模浇筑很难做到。

本项目中仿古建筑悬挂构件造型复杂, 现场无法现浇, 所以采用预制构件、埋置连接构件及安装的做法。采用定型木模预制复杂构件, 预留部分连接钢筋在外部, 安装时与角梁主体结构钢筋焊接后再浇筑连接部位。

预制构件时根据构件形状埋置钢筋挂件, 一般为4根带箍筋形式, 顶部做成弯曲状, 保证锚固长度 (18~20钢筋) 。

浇筑屋檐、挑梁或飞檐时预留钢筋及浇筑孔, 尺寸为预制构件上部悬挂混凝土构件尺寸。

安装预制混凝土构件, 穿过浇筑孔, 将钢筋与屋檐、挑梁或飞檐内钢筋焊接牢固, 下部连接钢筋支设小型木模, 浇筑高一强度等级的混凝土或灌浆料, 使构件与屋檐、挑梁或飞檐连接成一体。

该做法确保了混凝土结构形式下的构件安装安全、稳固和垂花柱 (预制小型混凝土构件) 观感质量, 与装配式建筑施工的思路一致。

屋脊脊瓦固定采用“灰泥砌筑+穿筋”模式, 其关键技术是: (1) 在施工前对伏脊砖进行预排, 利用BIM技术及空间定位技术确定每个预埋连接件的准确位置; (2) 在屋脊梁浇筑混凝土时预埋连接钢筋, 采用20钢筋, 一头丝扣, 浇筑预埋时确保预埋钢筋的位置及垂直度满足后期安装要求; (3) 安装时, 脊瓦分为2类交替使用, 穿于钢筋之上再以湿法砌筑, 最后1匹砌完后用套筒封口; (4) 注意钢筋螺栓的防水问题, 采用硅酮密封胶沿开孔周圈进行封闭, 如图6, 7所示。

会议中心736m²仿古大坡屋面为仿古钢木组合结构;屋架主、次梁为钢结构;檩条、椽头为木结构。通过精确的空间定位技术, 确保了仿古造型空间位置的准确。通过焊接钢筋与木檩条连接, 保证了钢木结构二者连接牢固和受力协调。

工艺流程:弹线→焊接钢筋、刷防锈漆→檩条钻孔→铺设檩条、连接→抱箍与椽尾固定、与钢柱焊接。

1) 在横向钢梁上弹线确定预焊钢筋的位置确定横向钢梁上预焊钢筋的位置与图纸设计檩条的间距和檩条变坡点的位置一致, 保证檩条在施工时能够相互交错放置, 间距均匀, 同时保证效果美观, 且每根檩条首尾都保证有钢筋穿孔连接固定。

2) 焊接钢筋、刷防锈漆按照横向钢梁上弹出檩条中心线的位置, 在钢梁侧面焊接HPB23512钢筋。钢筋长度为10d+檩条的截面高度+50mm, 焊接长度为10d。焊接时, 从一侧向另一侧进行 (基本不用考虑温度引起的变形和钢材的线性膨胀系数) 。焊接完毕后, 清除焊渣并刷防锈漆。

3) 檩条钻孔因为每排檩条的长度都是相等的, 预留出相邻檩条的搭接长度100mm后, 按横向钢梁预焊钢筋的间距位置在每根檩条首尾钻12mm的孔, 保证每根檩条上的连接孔与横向钢梁上的预焊钢筋一一对应。

4) 铺设檩条、连接檩条首尾相应位置钻孔完成后, 开始铺设檩条, 檩条首尾的连接孔对着钢梁的预焊钢筋, 用锤子把檩条钉下去, 露出的50mm钢筋头斜钉入檩条内。由于每根檩条首尾都有钢筋连接固定, 保证了檩条长时间后纵横向位移的问题。

5) 抱箍与木椽尾部固定、与钢柱焊接飞檐部分的翼角椽, 体积大, 为保证翼角椽能飞出600mm, 用2根截面尺寸较大的木椽叠加起来完成。翼角椽的连接固定除采用以上方法外, 在该椽的尾部沿木椽断面周圈增加带冲孔的钢板抱箍。抱箍采用100mm×2mm的钢板制作。抱箍环抱木椽尾部后, 用170mm长的钉对充好的孔眼直接钉入木椽内, 保证抱箍和木椽的紧密连接。同时焊接在木椽尾部钢柱上的另一条抱箍与木椽尾部的抱箍焊接连接, 使整个翼角椽与水平、竖向受力构件连为一体, 保证了长时间后木椽的位置。

该仿古钢木组合结构连接施工关键技术主要通过预焊钢筋及防火、防腐处理后连接檩条, 其实用且操作简便。

该项技术是针对仿古屋面造型特殊而对防雷装置进行的改进创新, 以适应古建筑造型的一种安装方式。采用的避雷支架抱卡直径需要加工成与屋面瓦片直径一致, 抱卡两侧设2个固定孔, 在瓦片上画出固定孔位, 使用调速电钻匀速地在瓦片上打出固定眼, 使用长为5cm的自攻螺丝及膨胀栓将其牢固地固定在瓦片上, 将镀锌圆钢放置在支架的固定端上, 用螺栓将圆钢拧紧。瓦屋脊避雷支架经现场拉拔试验, 可承受>50k N的垂直拉力, 符合规范要求, 满足功能安全使用要求。完毕后使用透明耐候胶对开孔处进行密封。

仿古建筑外墙装饰施工主要指外墙仿古淌白墙面砖工程、干挂石刻腰线、仿须弥座施工。外墙为灰色系的仿古淌白墙面砖外墙和根部须弥座, 在1, 2层间和4, 5层间设2道干挂石雕腰线。

外墙面砖施工难点主要有2点:达到仿古淌白墙的外观效果;原有墙体加固后粘贴保温板, 在保温层挂网抹灰处粘贴仿古面砖, 要保证面砖长久牢靠地铺贴, 难度较大。

要达到外墙仿古淌白墙效果, 排砖要仿古;灰缝仿古, 与古砖缝相同尺寸;根据样板排砖效果, 确定砖缝为6mm。按照砖缝尺寸及面砖尺寸进行整体CAD排砖, 窗口、变形缝等部位尽量用整砖或半砖。

为保证外墙砖牢固, 具体措施如下。

1) 施工流程水泥砂浆找平层→挤塑保温板层→聚合物砂浆层→排砖、定位 (腰线、须弥座) 、放线→外墙仿古面砖粘贴勾缝, 水泥砂浆找平及保温层铺设, 增加钢丝网。

2) 施工工艺基层处理→调制聚合物砂浆→安装挤塑板→打磨→聚合物砂浆层→安装钢丝网→聚合物砂浆层→外墙面砖粘贴。

施工前清除基层表面浮灰、油污、风化物等。用激光经纬仪测设垂直度, 用1∶3水泥砂浆找平墙面。

使用电动搅拌器配制胶粘剂, 配制量以60min用完为宜。在聚苯板边缘抹宽80mm、高10mm的胶粘剂, 板中间呈梅花点布置, 间距≤200mm。

粘贴挤塑板前挂好水平线和垂直线, 水平粘贴挤塑板, 上下2排应错开1/2。粘贴时边粘板边用2m靠尺压平, 保证平整度和粘贴牢固。保温板靠紧贴严, 板间不留间隙。粘贴采用条点法 (接近满粘) , 在聚苯板四周及中间涂抹50mm宽、10mm厚的聚合物砂浆, 中间梅花形点粘, 要求粘贴牢固, 涂胶面积>40%。将涂好砂浆的聚苯板立即进行粘贴, 并用手均匀用力按压, 聚苯板安装时, 相邻板应保持齐平, 挤紧板缝, 间距≤2mm。锚栓按≥5个/m²进行安装, 按要求用冲击钻钻孔 (这里要注意操作工人施工手法, 一定要通过扳手拧紧膨胀螺栓, 切不可用铁锤直接捣入) 。

保温板粘贴24h后, 用靠尺检测其平整度, 不平处用衬有平整处理的粗砂纸打磨, 采用轻柔的圆周运动打磨。保温板粘贴完、检查合格后开始安装钢丝网, 通过锚栓固定于墙体基层, 并涂抹抗裂聚合物砂浆。

涂抹抗裂砂浆完毕后粘贴外墙面砖, 墙面找平前应同时从上至下, 4个大面全部采用钢丝吊线, 形成1个平面控制网, 依次打点找平, 然后从上至下进行。

排砖方案经业主确定后方可大面积施工。必须样板引路, 样板合格后进行施工。

贴砖前应按排砖方案测设主控制线、分控制线及每块砖的就位线, 后排定标砖, 并按就位线控制砖上口线、侧线、下口线, 贴砖时须注意黏结剂的平整、垂直度, 缝宽均匀一致, 贴砖24h后进行养护, 定人、定时确保粘贴牢固, 待强度达到要求并对空鼓砖进行更换后, 用1∶1白水泥砂浆勾缝, 定期养护确保收缩一致, 避免出现裂缝。

镶贴墙面时, 应先贴大面, 后贴阴阳角、凹槽等费工多、难度大的部位。镶贴时随时用棉丝将挤出的浆液擦净, 并及时进行清缝工作, 不要碰撞镶贴好的砖, 防止错动。

须弥座及石雕腰线均安装在经过加固、粘贴保温后的砌体结构上, 对其固定、安装均需考虑安全性, 确保其安装牢固、稳定。外墙须弥座安装外观如图8所示。

依据本工程实际情况, 对安装施工图进行了设计, 须弥座通过定制加工石材板采用干挂的方式安装, 针对加固墙体及外保温情况, 通过穿墙螺杆穿过整个墙体焊槽钢进行拉结, 墙体内侧通过横向槽钢进行固定, 与螺杆拉结, 外侧采用主、次钢龙骨进行须弥座干挂。

表面石材钻孔、剔槽时, 石材饰面板上、下侧面用电钻打孔, 孔径5mm, 深18mm, 孔位距石板背面以8mm为宜, 每块板的上、下边均≥2个。在孔的后面剔一条槽, 槽的宽度稍大于铜丝的直径, 槽深4mm, 以便固定连接件。将长200mm铜丝的一端插到孔底并用铅皮固定牢固, 然后顺槽弯曲卧入槽内, 不得凸出板的端面, 以使相邻板的接缝严密。

须弥座安装前应找好水平线和垂直线, 先在基层大面两端找水平基准线, 找平后, 拉横线。安装时先装中间或角部的板, 依次向中间或两侧排版, 用连接件将板块连接在钢筋网上, 板的内侧与基层表面距离为30mm。

1) 工艺流程放线→基层处理→焊接角钢、钢板→防锈处理→石雕石材选择→挂钢丝→石材开槽→安装→打密封胶→墙面清理→验收。

2) 施工方法采用穿墙螺栓将镀锌钢板和镀锌角钢固定在结构墙体上, 穿墙螺栓穿过墙体, 焊竖向槽钢与角钢连接。按水平线焊横向角钢次龙骨, 在角钢上打孔, 安装不锈钢挂件。

3) 筛选石材石材进场后安排专人进行筛选, 按各位置分块图将石材按照排版图码放整齐, 色差大、有缺陷的按质量标准进行筛除。

清理饰面石材表面, 吊直、套方、找规矩, 根据石材排列, 弹出垂直线和水平线, 弹出安装石材位置线和分块线。干挂石材同须弥座做法。

沿腰线石材边贴防污条, 在间隙处嵌弹性胶棒, 用嵌缝枪把密封胶打入缝中后, 清理石材表面。

现代施工技术与施工材料应用于仿古建筑施工中, 对仿古建筑后期的维护保养、成本降低极其有效。但由于我国对古建筑或仿古建筑一直采用传统工艺和做法, 所以现代材料和现代施工技术应用的实例较少, 还有许多方面需要研究并进行实践探索。