一、任务来源
该课题项目研究来源于集团公司内部自主立项项目，由山东高速德建集团有限公司一建建设分公司研发，开展“非正交框架扇形平面清水混凝土结构精致建造关键技术研究”开发。
我公司承建的德州市文化科技中心项目，建筑整体呈扇形展开，东西长约370米，南北长约135米，建筑高度由南到北逐渐递减，外围南侧最高点高度为23.3m。按功能划分为东西区，其中东区设置党史军史馆、科技馆和青少年活动中心，西区设置文化馆、美术馆和图书馆，东西区北侧设置1-2层集中行政办公楼，总建筑面积126650.15m2，其中地上建筑面积94481.20m，地下建筑面积32168.95m。整体项目根据中心对称轴分成两个标段，即东区及西区。我单位为东区施工总承包。
工程结构形式框架剪力墙结构，所有框架柱与地面呈64°角后沿圆弧形呈“A”“V”排列，即形成斜柱框架体系结构。另外本项目所有框架柱、外立面梁、中厅梁、门厅底板均为装饰清水混凝土。本项目为德州市地标建筑物，由清华大学崔恺教授设计。为达到设计意图，攻克本项目的施工难点，所以建立本高新课题的研究。
课题研发的思路是对非常规定位的装饰清水混凝土部位进行技术研发，通过研发设备或者改进工艺解决现场问题，提高项目施工水平。主要的研发内容包括：
1.对清水混凝土施工技术及配合比设计技术进行研究，主要对清水混凝土的配合比调试，清水混凝土浇筑、振捣养护进行研究，总结清水混凝土的施工经验。
2.对斜柱架体支撑及加固技术进行研究，主要对斜柱支撑架体材料的选择、搭设方式、支撑方式的选择进行研究。主要对小角度非矩形截面的加固件进行选择、创新，拟研究一套可周转使用性强的加固工具。（3）对扇形建筑的平面空间定位技术进行研究，重点对扇形平面的分割、斜柱的定位放线、斜柱空间定位进行分析研究。
二、应用领域和技术原理
非正交框架扇形平面清水混凝土结构精致建造关键技术适用于异形清水混凝土构件工程的应用；尤其适用于质量标准要求较高的创优清水混凝土构件项目。
非正交框架扇形平面清水混凝土结构精致建造关键技术通过在工程施工过程中采用精致建造理念，优化施工工艺及施工设备，达到提高技术质量标准的目的。在混凝土施工过程中，研发了基于地域性质的清水混凝土配合比调配及施工关键技术。通过对清水混凝土的配合比进行设计，进行多次试配调配，并浇筑小样试块及样板，形成清水混凝土配合比设计，达到了外墙、室内装饰清水混凝土原材符合施工要求的目的。通过对普通混凝土施工工艺及国内清水混凝土施工的了解和分析，在此基础上改进总结，形成了符合本项目的清水混凝土施工工艺，达到了外墙、室内装饰清水混凝土部位成型后观感、质量俱佳的目的。在异形空间构件模板支设施工过程中，研发了斜柱框架体系下的斜柱斜梁支撑及加固施工关键技术。通过对斜柱构件空间角度及受力分析，研究出了一种斜柱支撑结构，达到斜柱支撑稳固的目的。通过对小角度非矩形截面的受力分析，研发了异形柱模板加固的技术方法，同时总结之前夹具的形式，研究了一套可周转、可调整角度的夹具，达到能稳固地加固非矩形截面构件的目的。
本科研项目实现了清水混凝土原材配比优化、清水混凝土施工精细、异形空间结构支撑假体安全便捷的目的，达到了精致建造的水准，节约了相关的成本，降低了异形空间结构在施工过程中的安全风险，提高了清水混凝土施工质量标准，充分发挥了精致建造的优势，为清水混凝土建筑的发展做出了贡献。
三、性能指标
非正交框架扇形平面清水混凝土结构精致建造中的相关技术能良好地服务于一线施工，其中在清水混凝土配置方面：通过清水混凝土前期原材料、配比等的控制，达到基于德州实际情况下的清水混凝土最合理配比及商混效果。在清水混凝土施工方面：围绕脱模剂试验、螺杆眼处理、蝉缝处理等，形成了一整套适用效果最好的适合企业自身应用需求的技术方法及工具。通过对斜柱浇筑混凝土时振捣的模拟，发现振捣棒无法在正常情况下斜插至混凝土根部，所以在斜柱钢筋绑扎时预埋混凝土振捣串桶，使振捣棒能依靠串桶到达斜柱根部，达到振捣密实的效果。在异形模板架体支撑及构件加固方面：研发了一种可调节式小角度非矩形截面加固器具，通过调节工具和转动轴来调节夹具的角度，达到小角度非矩形截面构件加固可靠的目的。
采用精致建造技术在异形清水混凝土构件施工过程中能有效降低各类安全风险，加快项目施工进度，提高项目技术质量水平，减少维修费用，节约成本。本项目通过非正交框架扇形平面清水混凝土结构精致建造技术的研发，利润率提高了1%，施工工期缩短了5%，施工过程中未出现各类安全事故，保障了项目的良好运行。
四、与国内外同类技术比较
随着建筑行业的发展，越来越多的建筑追求外观独特性。德州市文化科技中心项目外立面采用清水混凝土饰面，整体建筑物呈扇形展开，所有框架柱空间形式以“A”形、“V”形呈现与地面呈现64°夹角，且因造型和角度原因所有截面均为非矩形截面。在施工前本地域内没有公共建筑采用清水混凝土的案例，所有框架斜柱以及异形截面构件的模板加工制作、架体支撑及模板加固均为非常规施工工艺，由于建筑物空间结构特殊且又是以扇形展开，施工过程中的定位困难，这些问题还没有很好地解决，是本次研究需要解决的关键技术。本项目通过对清水混凝土配制及施工工艺、非正交结构支撑及加固工艺及空间矢量定位技术等开展相关研究，并收集整理各种重难点并制定相应措施，形成系统性的技术创新管理流程，为本项目的应用提供技术支撑。
研究人员提出一种定向振捣技术，通过对斜柱浇筑混凝土时振捣的模拟，发现振捣棒无法在正常情况下斜插至混凝土根部，所以在斜柱钢筋绑扎时预埋混凝土振捣串桶，使振捣棒能依靠串桶到达斜柱根部，达到振捣密实的效果。
研究人员研发了一种非正交构件加固支撑技术，一是研究一种高空架体支撑转换层，确定斜柱框架支撑体系，完善施工工艺及施工受力计算模型。二是研究一种非正交斜柱斜梁框架可伸缩式支撑构件，辅助支撑体系对斜柱斜梁进行不同角度、不同方向、不同位置、不同长度的顶紧装置。三是研发一种可调节式小角度非矩形截面加固器具，通过调节工具和转动轴来调节夹具的角度，达到小角度非矩形截面构件加固可靠的目的。
研究人员研发了一种空间矢量定位技术。研究一种大直径折扇形起伏建筑平面空间矢量定位技术方法，达到整体空间定位快速准确的目的。
与同类技术相比，具有以下优点：
1.非正交清水混凝土构件振捣密实，施工操作方便；
2.非正交构件支撑架体稳固，且材料普通减少了成本投入，依照普通施工工艺即可完成；
3.解决了非矩形截面加固困难的问题，材料易获得且投入较少，施工操作简单且可周转；
4.解决了弧形建筑构件定位放线困难的问题，采用折线取弧的原理加配坐标及矢量距离辅助达到定位准确；
以上研究成果提高了施工效率及施工质量，降低了施工作业的安全风险，为非正交清水混凝土工程的施工发展起到了积极作用。
五、成果创造性、先进性
随着建筑行业的发展，越来越多的建筑追求外观独特性。德州市文化科技中心项目外立面采用清水混凝土饰面，整体建筑物呈扇形展开，所有框架柱空间形式以“A”形、“V”形呈现与地面呈现64°夹角，且因造型和角度原因所有截面均为非矩形截面。在施工前本地域内没有公共建筑采用清水混凝土的案例，所有框架斜柱以及异形截面构件的模板加工制作、架体支撑及模板加固均为非常规施工工艺，由于建筑物空间结构特殊且又是以扇形展开，施工过程中的定位困难，这些问题还没有很好地解决，是本次研究需要解决的关键技术。本项目通过对清水混凝土配制及施工工艺、非正交结构支撑及加固工艺及空间矢量定位技术等开展相关研究，并收集整理各种重难点并制定相应措施，形成系统性的技术创新管理流程，为本项目的应用提供技术支撑。
研究人员提出一种定向振捣技术，通过对斜柱浇筑混凝土时振捣的模拟，发现振捣棒无法在正常情况下斜插至混凝土根部，所以在斜柱钢筋绑扎时预埋混凝土振捣串桶，使振捣棒能依靠串桶到达斜柱根部，达到振捣密实的效果。
研究人员研发了一种非正交构件加固支撑技术，一是研究一种高空架体支撑转换层，确定斜柱框架支撑体系，完善施工工艺及施工受力计算模型。二是研究一种非正交斜柱斜梁框架可伸缩式支撑构件，辅助支撑体系对斜柱斜梁进行不同角度、不同方向、不同位置、不同长度的顶紧装置。三是研发一种可调节式小角度非矩形截面加固器具，通过调节工具和转动轴来调节夹具的角度，达到小角度非矩形截面构件加固可靠的目的。
研究人员研发了一种空间矢量定位技术。研究一种大直径折扇形起伏建筑平面空间矢量定位技术方法，达到整体空间定位快速准确的目的。与同类技术相比，具有以下优点：
1.非正交清水混凝土构件振捣密实，施工操作方便；
2.非正交构件支撑架体稳固，且材料普通减少了成本投入，依照普通施工工艺即可完成；
3.解决了非矩形截面加固困难的问题，材料易获得且投入较少，施工操作简单且可周转；
4.解决了弧形建筑构件定位放线困难的问题，采用折线取弧的原理加配坐标及矢量距离辅助达到定位准确；
以上研究成果提高了施工效率及施工质量，降低了施工作业的安全风险，为非正交清水混凝土工程的施工发展起到了积极作用。

一、推广应用范围、条件和市场前景
1.研制出一种定向振捣结构及其施工工艺，实现了振捣施工时的定向轨迹振捣，确保了斜向构件的振捣效果，并降低了成本。
2.设计出一种可调节式盘扣式连接杆件。该调节连接杆，可适用于任何间距之间的立杆连接，保证了中心发散型架体及不合模数架体之间的连接，保证整体性的同时实现可周转使用。
3.设计出一种可调角度式梁夹具。该梁夹具，可适用于非矩形截面梁的加固，保证了异形截面构件的模板牢固性，且可周转使用。
非正交框架扇形平面清水混凝土结构精致建造技术适用各类清水混凝土建筑及异形空间结构施工，其中研发的相关关键技术不受其建筑形式限制，可用于各种建筑物施工。相关的研发为建筑业扩宽了思路。该项成果的应用，有利于规范市场生产和使用，同时，在保证工程质量及安全、降低成本等方面具有积极的意义，可有效推动建筑市场的发展。
二、存在的问题及改进意见
1.存在的问题
（1）本次课题研发只针对本项目在以往施工过程中的不足及重点部分进行精致建造研究，未覆盖到施工的各个工序。
（2）课题成果仅在集团公司内部项目进行了推广应用，如何将成果转化、推广至外部单位应用，还需要进行进一步的总结和优化。
2.改进意见
（1）非正交框架扇形平面清水混凝土结构精致建造过程中还存在的不足，本企业将在下步进行工序划分，单独进行研究，争取形成各工序精致建造技术。
（2）针对课题研究成果，加大企业成果转化力度和进程，培训相关
技术人员进行课题成果学习，提升技术人员素质水平；
（3）在课题成果实现规模应用前，在企业内部项目中积极与业主沟通进行课题成果试点、示范，并积极与政府相关部门协调，推动产品规模化应用；
（4）积极宣贯课题编制的标准成果，指导现场技术人员快速掌握课题成果，加快成果转化进程。