土木工程现场施工技术管理应用(二)混凝土工与木工(上海大学徐卫军)

在新加坡的建筑工地上,施工现场看到过浇筑混凝土时的人,就会知道,木工在新加坡的建筑施工现场,不但支好模板,是木工们自己职责。浇筑混凝土,也是他们尽木工之责的一项义务。准确的说,是由大木工来做的,国内通常把做家具的木工,叫做小木工,把做建筑工地的木工,叫做大木工。我曾寻问过一些项目经理和总工,在我们中国,浇筑混凝土工作,是泥水匠(瓦工)来完成的,我刚进无锡市建筑公司第五工程队,就是作为瓦工,被分进姚荣泉的混凝土班组,这里怎么用木工来浇筑混凝土呢?他们都直言不讳的告诉我,让木工浇筑混凝土,是因为中国有句老话,木工手艺好不好,就看细节处理到不到位,木工心细的特点,来浇筑混凝土,好处至少有3个,首先,便于木工在浇筑混凝土时,检查模扳加固情况,便于及时处理,其次,振动棒在木工手中,他不但爱惜自己支好的模板,珍惜自己劳动成果,还会做到不触碰水电,消防,门窗周围安装的预埋件,再就是瘦模,浇好的混凝土比预先计划的稍小一些,便于瓦工粉刷泥浆,由于瓦工对模板的性能不了解,振动棒不触碰模板,又怕混凝土不密实,接触模板,又容易造成肥模(浇好的混凝土超越线外),甚至还有跑模的风险,瓦工浇筑的混凝土,这样拆模后,给清理界面外混凝土工作,就带来过更大麻烦,遇到漏浆,跑模,加固不到位的仓位,还要用电锤清理界面外混凝土后,对于因混凝土骨料太大,电锤多清的部分,还要通过重新灌浆补实。不但浪费材力,人力,而且还容易延误了工期。

对于施工现场的木工来说,支楼梯的模板,是一件比较难的事,当然会者不难,难者不会,对于初进入施工现场的木工,或者在数学中,数形基础相对少一些的木工,用放大样的方法,来获得平地起步楼梯模板的起步尺寸,可以学习参考,这也是我国古代木匠的实践经验总结。先让我展示这种放大样的图,然后解释图示原理。


这是待支楼梯示意图,在木工脑海里形成的理想模板图,现在想得到AB的起步尺寸
这放大样后得到的图,由于各线均按比例,因此,量取AB的長度,再按比例扩大即可

其实绘成这大样图,更直观,这是我特绘制的,量取AB长也更直接

对于数学基础较好的木工,当然通过实践经验和勾股定理,就能准确的算出数据,因为在直角三角形中,

长边長X坡度系数=斜边長

短边长÷坡度比=长边长

AB=楼梯的板厚÷坡度比X坡度系数。

对于规则的旋转楼梯,所谓规则,就是楼梯从上往下的正投影是圆形的盘旋楼梯,这里我顺便介绍一下盘梯的旋转度数计算,及梯面数(通常说的踏步),梯面高(每个踏步高),同一个踏步中,离圆心近叫内踏步,离圆心远的叫外踏步,内踏步宽度和外踏步宽度计算方法等等,从下图的草稿中均能读懂。对于刚进工地的木工,是一次学习,对于已经会操作的木工,也算是一次巩固,对于大师级的木匠,就当是班门弄斧,先让我呈上我计算旋转搂梯的草稿图,旨在说明计算方法。

这是我在计算旋转楼梯旋转角度和内外梆板的高度草稿
这是已知弦長和半径,如何得到角度知面积的方法草稿

在掌握计算方法后,就能游刃有余的在施工现场应用。

这里我把有关楼梯支模的常识,简单介绍一下。

楼梯踏步的高度一般在150mm到170mm之间,根椐具体的楼梯尺寸计算结果,尽量选择偏小一些数据,更为合适,不但能满足建筑视觉审美,还便于孩童的行走。

楼梯踏步的宽度,一般在260mm到300mm之间,根据具体楼梯尺寸的计算结果,尽量选择偏大一些,更为合适,不但满足建筑通常的审美,还便于行走安全,使人不易因宽度太小而踩空。关于楼梯梯段的宽度,不得小于800mm,是根据两个正常身材的人,在上下楼梯相遇时,能侧身通过,对于肥胖的人,只能单人通行。

建筑上说的层高,不是指底层平面到上层楼板下的净房高,而是净房高加楼层(楼板)的厚度,因此,计算楼梯踏步时,要用层高减去楼板的厚度,其实量净房高,更为方便,省去因计算失误带来不便。具体的我通过举例来说明,首先测出某楼层之间的净高度为3000mm,然后用3000mm的这净房高除以理想设计的20个踏步数,得出楼梯踏步高为150mm,因为20踏步的数量,是用户的建议,根据工程伦理和工程常识,选择单数。所以,用与20踏步数相邻19和21,这两个踏步数分别进行反推,得出结果是:

3000÷21=142.9(mm)和3000÷19=157.9(mm)

显然,142.9mm不在正常踏步高度150mm到170mm范围内,因此取157.9mm作为楼梯踏步高度,踏步数取19层踏步较为合适。当然,中间有休息平台时,上下台阶数取相同的单数。为什么楼梯踏步数,通常设为单数,这不但和人的出行,正常的右脚朝前,生理机能,生活习性,右手承重等有关,还受我们的中华传统文化影响,古代把单数视为阳,双数视为阴,天为阳,地为阴,皇帝也用九五之尊的说法,根据工程伦理,对单数为尊,视为吉祥数字,这些都是建筑楼梯选择踏步单数的重要因素。

对于不规则的异形楼梯,怎么计算,下次在混凝土钢结构中,再细细讲解。

让我们以参观的民俗,来放松一下思绪,现来谈谈古时代的木工作品,用以厚实我们施工现场的木工基础知识。前几天,我与工友参观了常熟支塘的民俗博物馆,看到古时木工的制作工具和成品艺术,真的惊叹不已。

对于木工的基本工具,就是根据木工的五项基本技能而衍生出的工具,这五项基本技能即是锛砍凿拉刮,因此就有锛(常用去除树皮),刨,斧,凿,锯等工具,具体精细的辅助工具,则是木工根据自己工作的需要,自己制作,比如,整平的线刨,槽刨,划线的木斗等等。

先说说古建筑为什么这么美,梁思成说过“中国建筑之个性乃即我民族之性格,即我艺术及思想特殊之一部,非但在其结构本身之材质方法而已。”,从这里可以看出中国古建筑之美,源于我们民族性格之美,更是我们民族凝聚力彰显,对整个建筑的体,形,器,具,细比例,尺寸的细节研究,让建材在手艺的作用下,和谐的连结在一起,才能创造出整个建筑的功能全,形体美,尤其是对比例的把握,人情世故的处理,最能考验古代建筑师(木匠)综合实力的功底。

这里我举个古代木匠处理人情世故的例子,当然我说的人情世故,不是今天的腐败现象,而急人所用,帮人所需的为他人服务思想,具体来说说木匠和铁匠曾经的关系,在古代没有货币流通的情况下,木工的工具中需要铁器,锯条,錾子,斧子等,需要铁匠帮忙,铁匠的锤柄又需要木工的制作,这样,木匠既想得到铁匠的劳动成果。又要发现铁匠的更多需要,于是观察铁匠的工作,生活,终于有天,木匠发现铁匠的炉中火苗,需要压缩空气来助旺。于是回家做了个风箱,风箱由木箱,木活塞,风门等构成,用人力推拉,把风吹入铁匠的炉底,使火旺盛。这种因需要创新制作出的风箱,作为厚礼,送给铁匠,再从铁匠那里,得到自己需要的铁器,当然属于礼尚往来,铁匠和木匠这种相互依存,密切配合,共同进步,才使铁匠和木匠,在手艺路上,都发展成最后的炉火纯青地步。建筑工地的施工现场,更需要这种凝聚力,使各个工种既能密切配合,又能各展其长,才能使整体建筑功能完善,外形独特,符合人类生成发展的工程伦理,朝着合作健康的方向发展。

上高中那年,听父亲说,学木匠,要跟在师傅后,没工资的拉三年大锯,锯树,锯木料,还时不时的挨训,这是锻造工匠精神的毅力和谦卑。古时木匠业流传一句扎实基本工的话,叫一锯二刨三打眼,根据这个流程,能打眼打准眼也渐近真正的木匠,但还不是合格的木匠,待自己能自做墨签,因古代没有铅笔,木匠自制墨签,在木料上写字,即能学鲁班文化,能制作这种墨签,得练就精雕细琢的细节和手法,墨签宽3分3厘,在这3分3厘上,破出33根木丝,呈毛刷状,醮墨能写鲁班文化特有的字样,在这3分3厘上,破的丝越多,说明手艺越精,绝非今天领导说了算,而是硬功夫的这样破料和剪料。木匠活,这是一份流汗吃苦的细致活,古代木匠大师,都是这么过来的,没有捷径可走。

1981年,我还在中学读书,我的堂哥,当时在中学教数学,他可能听了我父亲,时常讲木匠的鲁班文化,对人生成长的影响,也许深受木匠执艺的感动,便主动对我父亲说,这兄弟,学木匠的工具,我星期天去帮他办,我闲下来时,也与他一起干干这木匠活,我对木匠在板上取圆,橢圆,木匠活,也很感兴趣。从此,我们家有了一套木工工具,虽不全,但粗活能完成,这大概就是我人生的第一次择业,可见,我们的父辈,对木匠职业的渴望和追求,在我们这代人身上的影响。

于是,我也从书店。买来许多关于古建筑的书籍,想从中得到做一个木匠大师的启示,对于寺庙,祠堂,教堂,书房等建筑,都是我研究的对象,渐渐的我了解梁的高宽比例要求,柱高与面宽的关系,柱高与柱经的苗条,这些比例,均与我们先辈的生活习性,产生出共鸣的心里韵律,这种审美体验在当年的木材材质中,均能得到显现。承上启下的斗栱,不但解决了梁柱接触时的应力传递,而且给整个建筑带来了韵律美感;成双结对的门赞,不但解决了门楣上方的结构支撑,而且给整个建筑带来了雕塑艺术并明示主人所处社会地位(1品到5品官,门赞为6个,6品到7品官,门赞为4个,以下的官位及大户人家为2个,仅从古建筑艺术的角度来看)。

再说说我们认为的古代小木匠们作品,看看陈列在博物馆里的艺术品,就了解古代木匠们对艺术的追求及人生达到的素养。

博物馆迎客厅介绍
这是古代先贤对修心读书的心声
这是古代木匠对知音者的描述
这是古代木匠对棋的感悟,输赢不重要,重要的是陪伴与深情
这是古代木匠对读书与实践的理解
这是古代木匠对艺与名人的诠释

对古时的木匠工艺赞叹之余,我陷入了沉思,曾经红极中华大地的乡镇企业,就是江苏无锡的几个农村木匠领军兴起的,曾经作为农村智者木匠们,今天也必将是乡村振兴引领者,翻开木匠们的历史,从木匠手艺起步到中国的建筑鼻祖,鲁班做到了;从木匠到画家,齐白石做到了;从木匠到民族国家的领导人,李瑞环做到了……。由此可见,木匠们,是我们人类早期文明的先行者,是创新发展的开拓者,是一支最具智慧建设新时代的队伍。

施工现场,有木工问我,古代在没有玻璃的时代,古建筑用什么办法来采光呢?

提到这个问题很好,至少说这个木工在建筑工作中,学会了思考,只有思考中,发现问题,才设法去解决问题。我对他提出的问题,作出了肯定,然后告诉他。

在玻璃工业问世之前,古代平民窗户一般用糊纸,柳条编织成网,芦苇杆碾扁编网,稻谷杆编网等,镶嵌在窗内,用以采光,富商及官职人家,用明瓦代替这些编网材料,明瓦不是瓦,制作过程也非编网,而是用蚌壳打磨成带有四角圆角的薄片,镶嵌在窗户上,可有规则的排列或根据主人喜好的形状排布,既能体现数学艺术的视觉之美,又能达到采光的效果。

明瓦的主要材料是蚌壳,到达明代,明瓦材料进行了革新,其实,这时才叫真正的明瓦时代,木工师傅们将羊角熬成胶液,待冷却凝固后,压成薄片,这个过程需要严格控制胶液的各个时期温度,才能产出良好的羊胶薄片,安装在窗户上,便有了良好的采光透光效果,甚至可以在胶液中掺加色素材料,做出色彩斑斓的薄片,生产出有色明瓦来,由于明瓦的成形,是胶液盛放在有形的模具里,所以,可做成任何形状的胶片,如果做成灯罩,就成了羊角灯,安装在古建筑的榔檐里,就更加美艳动人。

建材的开拓和木匠手艺的精进,都离不开敬业的思考,善于发现问题,敢于提出问题,设法解决问题,达到健康的创新,这让我想到建筑材料的更新,想到进入建筑市场不久的铝模,说实在的,新材料的应用,确实需要我们土木工程现场施工人员,在实践中观察和研究,看新材料的使用效果,记得第一次接触铝模,是在新加坡的勿洛工地,使用起来,确实轻快,便于安装,所不足的是,在铝模表面,涂上模板油,显得很滑,钢筋工不方便施工,而且在上面工作的钢筋工,浑身都是油污。后来,我从铝模和木模物理质性比较,铝模比木模导热快,传热性能也比木模好,因此在铝模上浇筑混凝土,混凝土浇筑后,降温较快,保温效果明显低于木模板,因此,铝模虽有周转快,拆模早的优点,但在我国中西部天气较冷的地方,不建议使用铝模。因为铝模与木模比较,混凝土同龄期情况下,回弹强度相对较低,铝模的这些性能,就注定了铝模比木模成型的混凝土强度低。即使在温热带地区,遇到低温气候,宜适当采取保温措施,延迟拆模,拆模后也不宜冷水养护,采用养护剂喷涂保湿,或定期喷洒温水养护,目的有利于混凝土正常水化。铝模扳的密闭性较好,透气性能差,混凝土中的气泡在铝模中就不易排出来,如果是循环用了多次的铝模,表面的隔离涂层磨损,可能导致金属单质铝与水泥的碱性溶液发生反应,产生大量气泡。这就让我们在使用铝模板时,要考虑铝模板密闭性带来的危害,设法采取改善铝模板的透气性,可尽量降低混凝土的粘度,增强混凝土的流动性,使用低引气外加剂,模板刷铝模专用脱模剂,如一品EP——06,可有效改善铝模容易出现的气泡问题。

刚才提到铝模成形的混凝土,一个重要缺陷,是回弹强度相对较低,这里顺便介绍一下回弹仪,随着无损检测技术在工程建设中的广泛应用,回弹仪是一种控制施工过程中的质量仪器,它能检测混凝土成形后的抗压强度和识别混凝土标号的工具,这种既能检测建筑质量,又能监控使用过程中,规避风险的回弹仪,是1948年,在瑞士的建筑工程中发明使用的,工作原理是根据物理学中,能量转换守恒方程,具体地说,就是重锤以恒定动能撞击混凝土表面,垂直混凝土握把前的弹击杆,使接触点及周边的混凝土变形,混凝土吸收一部分能量,另一部分能量转化为重锤的反弹动能,当反弹动能在回弹议内部全部转化为势能时,重锤在回弹仪内部反弹就达到了最大的反弹距离,回弹仪将重锤最大的反弹距离以回弹值方式显示在回弹视屏上,实质是最大反弹距离与弹簧初始长度之比值。正常情况下,在某一混凝土待测区域内,取16组回弹值数据,去掉一个最大值和一个最小值,其余数据的平均值,则是我们需要的数值,这个数值,与混凝土标号所呈现的回弹值比较,也就得出成形的混凝土标号(例如,C35混凝土,对应数为38.41),这当然属于回弹仪使用方法了。

有木工在做后浇带处时问我,为什么要做后浇带,多麻烦,钢筋底层在后浇带两边钉木条,两层钢筋网中间,在后浇带两边焊接阻挡混凝土进入后浇带网片,上层钢筋网上,在后浇带两边还要固定木方,我们木工这活,就是多干的。我看到有的后浇带处,钢筋断开,有的后浇带处,钢筋不断开,还有的在后浇带处的梁内,也加2米多的加强筋。我听了以后,告诉他,后浇带通常有两种,分别是沉降后浇带与伸缩后浇带。你一定想知道它们的区在在哪里,要回答这个问题,让我们先来了解一下,什么是沉降后浇带,为什么要设计沉降后浇带,沉降后浇带主要考虑高层建筑部分结构和群房之间沉降差而设计的,宽度一般为0.8米到1米,在这个区段内,两侧的结构沉降差反应到钢筋上,所产生的钢筋应力和应变,相对来说不会太大,不至于影响到结构的沉降,因此,沉降后浇带钢筋一般不考虑断开设计。伸缩后浇带是为防止因建筑面积过人,结构因温度变化,混凝土收缩开裂而设置的,伸缩后浇带钢筋应断开,梁板结构的板筋应断开,在梁筋贯通,若钢筋不断开,钢筋附近的混凝士收缩,将受到较大的约束,产生拉应力开裂,从而降低了结构抵抗温度应力的能力。我讲完,他说,我们现在的这个后浇带,就是伸缩后浇带,我点了点头,在楼层上的后浇带,一般都是伸缩后浇带,楼与楼靠近一起,用沉降缝来处理,一般在10厘米甚至更宽一些。

对于施工现场中,木工不仅仅要知道木工本专业内的知识,了解混凝土结构原理,对木工的工作也大有益处,至少说模板何时起拱,起多高拱,心中有数,而比领导或带班指导更从容,心里更踏实。我们都知道,桥梁的梁支模过程中,有个预拱度,这个预拱度是抵消混凝土梁自重所产生的垂直挠度,同样,在楼建尤其厂房建设中,由于板面和梁跨度大,就需要模板起拱,用以抵消拆模后,梁,板构件自重下沉的力,以防梁,板构件弯曲变形,《混凝土结构施工规范》中要求,当梁,板跨度大于等于4米时,模板施工的起拱高度宜为千分之一到千分之三,注意,下面还有一句,且起拱时不得减少构件的截面高度,因为截面高度减少,构件起拱就要增高,这千分之一到千分之三。是根据平衡方程求得的结果,支点发生变化,方程就不等了。举个例子,当跨度为9米时,起拱高度为9毫米到27毫米之间,根据混凝土质量,木板材料,支撑体系环境等情况,在9毫米到27毫米之间选取合适值。

现在,我建议施工现场的木工,在应用好自身技术的同时,开动脑筋,灵活思维,在关注混凝土成形的同时,就地取材,简易操作,达到精准高效。

诚然,我们现场施工的每一个人,都要根据自己的岗位,做到知责于心,担责于身,履责于行,这样,我们的建筑才能在安全,高效,创艺的道路上,不辱使命的前行。

参考书录

1.《混凝土结构工程施工规范》2011——7——29

2.《建筑质量问题典型案例分析》(苗春,王伶,扬辉主编)中国建筑工业出版社,2022年9月第一版

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