天津博物馆的建筑造型如展翅飞翔的白天鹅，是钢 —混凝土空间组合结构。它的前厅内设置的 10组变截面 v 型混凝土柱，不做任何修饰，以体现混凝土自身的质感。普通的模板和混凝土工艺很难达到设计要求，必须进行特殊混凝土的工艺研究。在施工过程中，承建单位进行了模板类型的优选、钢模内表面的喷塑处理以及混凝土配合比及外加剂的分析和试配，并解决了工程中遇到的一些问题，最终一次成功，达到了设计要求的效果。
接连两年带领工业与民用建筑专业的学生进行毕业实习，参观了天津博物馆的建造和装修过程，一方面看到了国内最为先进、现代化的建筑，开阔了眼界，同时也增长了不少见识，了解了一些新技术、新工艺，受益匪浅。在此，主要是结合工程实例，对工程中空间异型清水混凝土柱的设计及施工技术作一探讨。
1 工程概况
天津博物馆座落于河西区友谊路与平江道交口处，毗邻天津市政治文化中心天津大礼堂国展中心，该馆占地 5. 02 公顷，总建筑面积35000m2，建筑造型如展翅飞翔的白天鹅。由陈列展览区、藏品库房区、图书资料中心、办公与技术用房和设备用房五大部分组成。该建筑物为钢—混凝土空间组合结构， 地上三层， 檐高33.4m，首层和二层为钢筋混凝土框架结构，层高分别为 5.6 米和 13. 7 米。顶层为大跨度螺栓球网壳结构，由 64 根钢柱支撑，覆盖至首层，屋面为彩色压型钢板保温防水层和镀瓷铝板装饰层组成，屋顶平面呈月牙形如同天鹅展翅，正立面及首层外檐均为钢结构玻璃幕墙，由正立面中央玻璃幕墙和两侧玻璃幕墙组成，中央幕墙承重结构为 10 根空间变截面箱型曲梁组成，由伞形钢支撑向外延伸至室外，两侧玻璃幕墙承重结构为空间管桁架斜支撑。本馆造型如展翅飞翔天鹅，线条简洁生动，在突出仿生建筑设计理念的同时，充分体现出极强的视觉感染力和独特的艺术生命力。该馆建成后能够充分反映天津特有的城市风貌和文化底蕴，成为天津市标志性的建筑和人文景观。
2 空间异型清水混凝土柱的设计
为了达到返璞归真的效果，设计在前厅内设置了10 组变截面 v 型混凝土柱，截面由 800 × 800mm 变至 500 ×500mm，高度为 18m，不做任何修饰，以体现混凝土自身的质感。目前国内所做的清水混凝土绝大多数为构筑物，本工程作为室内露明结构则要求混凝土表面达到无明显气泡，既平整更要光滑，色泽一致的标准，普通的模板和混凝土工艺很难做到，必须进行特殊混凝土的工艺研究。
3 空间异型混凝土柱的施工工艺及技术
3.1 设计给异型清水柱体施工带来的困难
异型柱体空间两次变截面且各组柱轴与地面倾角均不相等，使得如何保证柱体表面平整度及无装饰清水混凝土表面的颜色均匀性成为困扰施工的两大难题。
3.2 技术方案的制定
3.2.1 模板类型选择
①选用普通钢模板优点在于规格尺寸一致便于材料的集中管理、使用时无需编号分类、周转性强利用率高。但缺点同样突出，统一的规格无法实现第二次变截面后的梯形效果，加之混凝土浇注后板缝较多将严重影响观感。
②竹模板:考虑到柱矢高为 8～12m 不等，竹胶模板通常可有效减少模板拼缝。但材质刚度差，导致柱体对地倾斜的情况下，模板内混凝土自重将全部落于朝向水平面的两个面层上，极易涨模。表面纹理分布不均匀，易造成浇筑后表面观感不佳。
③定型钢模板:模板尺寸要依 v 型柱几何模型定型制作。根据分层浇注须对钢模分段加工，模板接缝减少。经过对比分析，实际工程中选择了定型钢模板。
3.2.2 钢模内表面处理方案选择
①将纤维隔离层贴于钢模内侧，消除混凝土表面气孔，并有助于脱模如纹理较密，则易造成拆模后混凝土观感不佳。
②外层涂刷色拉油，增强混凝土表面光洁度浇筑时易将油层挂落，影响混凝土表面颜色均匀性。
③钢模内表面喷塑处理，增加混凝土表面平整度，保证颜色均匀性。经过对比，实际工程中选定了第三种方案。
3.2.3 混凝土配合比及外加剂掺入量的控制
施工时，将粗细骨料清洗、晾干，确保骨料含泥量满足规范及清水混凝土施工要求，然后按配合比过泵称量。由于此方案配合比要求时间短、技术性能高，要求试验中心组织技术能手进行分析、调研。在分析多种外加剂的基础上，认为unf - 5 高级混凝土减水剂最适合本项目清水混凝土柱技术要求。根据 unf - 5 特点，制定了三种配合比方法。采用同掺法，在骨料相同的情况下，对 unf -5 减水剂加入量进行了调整: ①掺 1 % ②掺 0.75 % ③掺 0.3 %。
试配过程中，严格规范每道工序，对每一配合比都成型 3 组，待成型、拆模后，通过对比综合参数，认为掺 0. 75 %最适宜，能在确保不损失混凝土强度的前提下，确保无装饰清水混凝土的表面观感。
3.3 工程实施
3.3.1 脚手架体系配合模板支设
根据场地实际状况，按柱体倾斜趋势搭设施工脚手架，在确保施工安全和施工方便的基础上力求省空间、无干涉。
首先，依据事先弹在垫层上的柱轴和各柱角投影，用塑料泡沫大致还原出异型柱体的空间模型。将塑料泡沫假想为与水平面距离最近的柱体底模，待其固定后，使脚手管紧紧贴于泡沫底侧，以支撑模板体系下部。再将钢模板与塑料泡沫代换，并对应垫层墨线反复微调，直至线坠与投影点完全重合。依此法对其他三面进行还原定位。架体搭设过程中，预留混凝土垂直运输通道和振捣操作平台。这样便在完成脚手架搭设的同时，高精度完成模板支设工作。
3.3.2 冬季施工期改善作业环境
柱体浇筑正值冬季施工期，保温棚的搭设不允许泵送浇筑。只能依靠施工队伍人工完成上料与倾倒过程。从模板配筋的实际状况出发，发现其主筋外径较大，箍筋“相对较密”是造成混凝土倾倒过程中发生离析的最主要原因。因此，只能从下料方式和下料位置方面入手，对粗细骨料的离析现象进行控制。施工过程中本着“分节支模、逐层浇筑”的原则并参照相关施工规范采取如下措施:
① 搭设保温棚
为提高混凝土入模温度，并为后期养护工作打好基础，需搭设保温棚。搭设时，既要保证棚内温度满足浇注及养护条件又要避免由于占地面积过大而影响其它分项工程的实施，达到棚内无风、恒温、无结露。
②提高混凝土入模温度
预先对砂子进行热炒，并用热水进行搅拌做好出盘后的测温工作，切实提高混凝土入模温度。
③对混凝土离析进行控制
为保证混凝土不出现离析情况，采用分节浇筑的方法:即在浇筑前在模板体系不会出现位移的情况下，将支好后模板中间部位的某一节（其位置由模板实际尺寸和规范要求确定）取下，准备浇筑。为保证倒入过程顺利，混凝土不离散飞溅，必须在倒入口下串简。
3.3.3 浇筑过程注意事项
结合现场施工作业面的实际情况以及柱体空间几何位置，发现在浇筑和振捣过程中，要集中精力解决以下几个问题:
①解决卡棒问题预制柱振捣过程中常常遇到振捣棒被箍筋弯钩卡住的问题。争得设计同意后现将 135°弯钩变更为 180°弯钩，避免卡棒其他个别情况可通过焊接处理。
②杜绝漏振现象
由于柱体为“v”字型，在混凝土振捣过程中易出现漏振现象，则采取确定具体的棒数及振捣位置的方法，对易漏振或截面突变的局部位置进行内外共振。考虑到混凝土中砂、石比重不同，下落过程中不可避免地会出现微量离析。因此倾倒混凝土前，事先将砂浆倒入模板底部，注意内外振捣。
4 结语
通过对研究方案的实施，空间异型清水混凝土柱一次浇筑成功，表面平整度控制在 0. 5mm，无任何外装饰混凝土面的观感完全达到可与装饰石材媲美的效果。而仅以定型钢模替代以往的竹胶模板这一项，就节约了模板费用 18. 47 万元，取得了良好的经济效益。
在各级领导的支持下，经过项目全体工程技术人员的努力工作，全面完成了天津博物馆工程这一难度大，要求高、工艺新的全部施工任务，并通过了天津市科委、建委的科技成果鉴定，达到了国际先进水平，获得了建设部钢结构学会颁发的钢结构金奖，以及天津市建筑界的最高荣誉——海河杯，目前正在申报“鲁班奖”。
从工程质量创优目标、成本分析目标与实际效果的对比可以发现，新工艺、新技术的推广运用是节约成本、工程创优的前提，对高速优质完成项目施工起着至关重要的作用，为工程按期竣工奠定了良好的基础。
