超高層建筑整體鋁合金模板施工方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

曹菲菲，姚傳勤，張琳邡

(安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽　淮南　232001)

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超高層建筑整體鋁合金模板施工方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

曹菲菲，姚傳勤，張琳邡

(安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽淮南232001)

摘要：針對(duì)鋁合金模板在超高層建筑應(yīng)用中有一定的局限性，一次性投入較大，對(duì)安裝的要求比較高的問題，以深圳某工程項(xiàng)目為例，對(duì)鋁模板施工方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過工程計(jì)算，以及對(duì)實(shí)際工程的跟蹤，從鋁模板設(shè)計(jì)、鋁模板操作工藝、實(shí)體作業(yè)及細(xì)部構(gòu)造做法對(duì)鋁模板施工方案進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)其進(jìn)行成本分析，驗(yàn)證其可行性。為今后類似項(xiàng)目提供相關(guān)參考資料。

關(guān)鍵詞：鋁合金模板；施工方案；優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著時(shí)代的發(fā)展，超高層建筑的數(shù)量逐漸增多，高度不斷刷新。超高層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)決定了建筑模板是施工過程中不可缺少的建筑材料。建筑模板的使用直接影響到資源的消耗和環(huán)境的保護(hù)，綠色建筑的提出，使傳統(tǒng)的木質(zhì)模板很難符合要求，所以人們積極尋求新技術(shù)、新工藝。鋁合金模板使用周轉(zhuǎn)次數(shù)高、無建筑垃圾、回收價(jià)值高的優(yōu)點(diǎn)使工程施工響應(yīng)了低碳、節(jié)能、綠色施工的號(hào)召。由于模板工程一般約占鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造價(jià)的30%，勞動(dòng)量占到35%，工期占到50%以上，對(duì)工程的成本、工期、質(zhì)量有較大的影響，鋁合金模板質(zhì)量輕、拆裝方便、安裝精度高、構(gòu)件耐久性好，混凝土成型好，能很好的解決這些問題。鋁合金模板作為一種新型模板，最先出現(xiàn)于美國，它采用高強(qiáng)度的鋁合金材料，并通過機(jī)械連接使鋁合金模板形成一個(gè)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性較好的整體。但是鋁合金模板在超高層建筑應(yīng)用中還是有一定的局限性。

1) 一次性投入較大。相對(duì)于木模板和鋼模板來說，鋁合金模板的前期投資比較大，后期的建筑效果、承載力大小和周轉(zhuǎn)次數(shù)的多少都是無法預(yù)知的，考慮到成本問題，大多數(shù)施工企業(yè)還是選擇傳統(tǒng)的木模板或鋼模板。

2) 對(duì)安裝的要求比較高。在后期支設(shè)模板時(shí)，對(duì)測量放線精準(zhǔn)度和支撐桿件預(yù)埋位置的要求很高。需要施工技術(shù)熟練的工人并且管理達(dá)到一定水平時(shí)，才能體現(xiàn)出鋁合金模板的優(yōu)點(diǎn)，這就需要制定一系列的培養(yǎng)計(jì)劃，加強(qiáng)對(duì)施工隊(duì)伍專業(yè)化的培訓(xùn)。

3) 當(dāng)前的鋁合金模板在施工過程中還存在一定的局限性，不能運(yùn)用在每一個(gè)部分，比如：地下室、轉(zhuǎn)換層、弧形梁板等部位都不能使用鋁合金模板。

基于鋁合金模板的局限性，其在使用過程中就會(huì)存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，所以大部分企業(yè)為避免高風(fēng)險(xiǎn)，不會(huì)選擇鋁合金模板。所以鋁合金模板系統(tǒng)在超高層建筑中的推廣應(yīng)用還有一定的難度。現(xiàn)在這種模板在先進(jìn)西方國家運(yùn)用較多，在我國，只有香港和澳門有較廣泛的使用，內(nèi)陸地區(qū)施工企業(yè)大部分還是使用木模板和鋼模板。

1工程概況

以深圳某工程項(xiàng)目為例，該工程主塔樓A座，地下4層，地上64層，建筑總高度約300 m。設(shè)計(jì)為核心筒框架結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)層高4.2 m，另外有避難層5.1 m。外框設(shè)計(jì)20根巨柱，標(biāo)準(zhǔn)層巨柱內(nèi)部設(shè)置圓形大鋼管，核心筒形狀為矩形，標(biāo)準(zhǔn)層平面尺寸38 m×14.9 m，從七層開始核心筒墻體和巨柱逐漸內(nèi)縮(見圖1)。本工程從第七層開始使用鋁合金模板，墻板采用整塊標(biāo)準(zhǔn)板連接，有單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)板作為背楞連接板。外圍弧梁梁底板采用放樣做成異形模板，側(cè)模板采用400標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行以線代弧拼接，以底模板孔位約束其側(cè)模形狀。

2模板的選擇

城市化進(jìn)程的加快和建筑業(yè)的迅速發(fā)展使超高層建筑成為現(xiàn)實(shí)，但在其實(shí)際施工過程中必然會(huì)面臨一些問題，受到一定的制約。如混凝土、模板、鋼筋、施工精準(zhǔn)度等，這些技術(shù)方面的問題都影響著超高層建筑的質(zhì)量、工期和成本。模板作為影響項(xiàng)目整體的重點(diǎn)因素，在選擇上必須全面考慮。

工程中經(jīng)常用到的木模板可隨意拼裝，適于形狀復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)，前期投資較少，但是木模板在施工過程需要專業(yè)的技術(shù)工，需要量大且周轉(zhuǎn)次數(shù)很低，而且很容易造成施工現(xiàn)場雜亂、不整潔。模板前期投入雖少，但是后期的投入很多，這對(duì)項(xiàng)目的成本有很大影響。使用木模板，混凝土成型后往往達(dá)不到清水的效果，經(jīng)常需要在后期裝修時(shí)再進(jìn)行處理。

鋼模板雖然強(qiáng)度、剛度大，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，但是鋼模板有一最大的缺點(diǎn)是自重大，在施工過程中需要完全借助垂直機(jī)械的運(yùn)輸，這無疑增加了施工項(xiàng)目的成本。對(duì)于超高層這種需要大量模板的建筑，鋼模板顯然不是最合適的選擇。

塑料模板，是實(shí)現(xiàn)“以塑代木”的一種新型模板，以其自重輕、耐水性好、韌性強(qiáng)，周轉(zhuǎn)次數(shù)多成為綠色建筑產(chǎn)品的發(fā)展方向之一，但其承載力較低，在超高層建筑中的使用就受到了制約。

鋁合金模板，同作為一種新型模板，質(zhì)量輕，強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性高，耐久性好，使用壽命長，成本低，周轉(zhuǎn)次數(shù)高，施工過程中不依賴吊裝機(jī)械，并且可以實(shí)現(xiàn)混凝土的整體澆筑，拆模后混凝土表面平整光潔。鋁模板能極大程度的滿足超高層建筑對(duì)模板質(zhì)量、安全、成本、施工速度等方面的要求。

針對(duì)各種指標(biāo)，對(duì)以下幾種模板的對(duì)比分析(見表1)。

表1　建筑鋁模板與其他模板技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

根據(jù)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的模板，對(duì)工程質(zhì)量、成本和進(jìn)度都有較好的影響。木模板可用在形式復(fù)雜多變，外觀質(zhì)量要求相對(duì)較低的部位；鋼模板可以用于地下室，保證地下室工程的施工質(zhì)量。在超高層建筑中，豎向結(jié)構(gòu)形式一致性較高，結(jié)構(gòu)多以標(biāo)準(zhǔn)層為主，可使用整體澆筑。綜合各種因素，鋁合金模板系統(tǒng)是可以滿足這種需求模板系統(tǒng)，所以在本工程建筑施工中，考慮鋁模板為主，木模板配合施工的施工方案。

3鋁合金模板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1　鋁合金模板系統(tǒng)的組成

鋁合金模板系統(tǒng)由模板系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、固定系統(tǒng)、附件系統(tǒng)而組成。模板采用高強(qiáng)度鋁合金鑄造，支撐系統(tǒng)由支撐頭、可調(diào)鋼管立柱等支撐桿件構(gòu)成，梁板模板或裝配好的整體模板就是通過這些支撐桿件支撐起來，形成一個(gè)具有一定強(qiáng)度的整體，固定系統(tǒng)包括連接配件、穿墻螺栓等，保證了模板的穩(wěn)定性，附件系統(tǒng)包括拆模器等。這樣的模板系統(tǒng)一般不需要水平支撐，只需通過鋼管立柱等管件將系統(tǒng)豎向支撐起來。

3.2　鋁模板的優(yōu)點(diǎn)

質(zhì)量、成本、進(jìn)度三大目標(biāo)的控制是做好項(xiàng)目的關(guān)鍵，在超高層建筑中選用鋁合金模板系統(tǒng)對(duì)做好目標(biāo)控制有著很重要的作用。

1) 鋁模板質(zhì)量較輕，承載力較好，比起鋼模板來說施工過程中不需要利用大型吊車，拆卸容易，只需由人工進(jìn)行運(yùn)輸和安裝即可，降低了施工成本并加快了施工進(jìn)度；

2) 在一些特殊的施工環(huán)境中，比如潮濕、易腐蝕，木模板和鋼模板不能使用，而鋁模板表面有氧化鋁保護(hù)，耐濕、抗腐蝕，不會(huì)生銹，適合在這些環(huán)境特殊的工程中使用，并且能達(dá)到很長的壽命期，加之周轉(zhuǎn)次數(shù)高，極大程度上降低施工模板的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著；

3) 使用鋁模板的工程，可實(shí)現(xiàn)模板的早拆，而且在拆模之后，混凝土表面平整光潔，很容易達(dá)到清水混凝土的要求，省去了后期抹灰的工作量。相對(duì)于普通的木模板不僅提高了施工質(zhì)量，也節(jié)省了一定的工期；

4) 鋁模板的經(jīng)濟(jì)性在建筑物的標(biāo)準(zhǔn)層達(dá)到25層以上時(shí)才能顯示出來，超高層建筑的層數(shù)都在25層以上，且豎向結(jié)構(gòu)形式一致性較高，標(biāo)準(zhǔn)層占有大部分比例，可以選擇整體裝配式的模板系統(tǒng)施工技術(shù)，鋁模板的標(biāo)板配置和整體式混凝土澆筑的特點(diǎn)很適合這種建筑的使用，因此超高層建筑使用鋁模板對(duì)工程施工很有利；

5) 模板達(dá)到使用壽命后回收價(jià)值高，鋁模板報(bào)廢后，鋁材的回收殘值較高，每平方米能達(dá)到400元左右，顯示出較強(qiáng)的均攤成本優(yōu)勢，這是其它模板還無法實(shí)現(xiàn)的。

3.3　鋁合金模板的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1) 梁模板設(shè)計(jì)。梁截面(b×h)為200 mm×400 mm時(shí)，梁底設(shè)單排支撐。梁底支撐縱距1 300 mm，梁底中間鋪板，梁底支撐鋁梁100 mm寬，布置在梁兩側(cè)。

梁截面(b×h)為200 mm×800 mm 、200 mm×1500 mm、 300 mm×700 mm 、400 mm×700 mm、 400 mm×800 mm時(shí)，梁底設(shè)單排支撐。梁底支撐縱距1 300 mm。梁底中間增加先拆支撐，因此，實(shí)際支撐縱距650 mm。梁底支撐鋁梁100 mm寬，布置在梁兩側(cè)。

梁截面(b×h)為600 mm×800 mm、 800 mm×700 mm、 800 mm×800 mm、 800 mm×1000 mm、 800 mm×1200 mm時(shí)，梁底設(shè)四排支撐，梁底支撐縱距1 300 mm。梁底中間增加先拆支撐，因此，實(shí)際支撐縱距650 mm。梁底支撐鋁梁100 mm寬。

梁截面(b×h)為1000 mm×800 mm、1000 mm×1000 mm、 1200 mm×1000 mm時(shí)，時(shí)，梁底設(shè)四排支撐。梁底支撐縱距1 300 mm。梁底多增加兩排支撐，因此，實(shí)際支撐縱距325 mm。梁底支撐鋁梁100 mm寬。

本工程所使用的鋁合金模板寬度規(guī)格有400 mm、300 mm、250 mm、200 mm、150 mm、100 mm等，高度均為68 mm。

主要型材截面參數(shù)如表2所示。

表2　主要型材截面參數(shù)

2) 板模板設(shè)計(jì)。板模板標(biāo)準(zhǔn)尺寸400mm×1200mm，局部按實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸配置。鋁板材4 mm厚。樓面設(shè)置100 mm寬鋁梁為龍骨，底部支撐間距1300mm×1300mm布置。樓面不分區(qū)施工，跟鋼筋工穿插施工。

3) 墻模板設(shè)計(jì)。工程墻模板采用整塊通長配置，局部按實(shí)際結(jié)構(gòu)配置。墻模板沿水平與垂直方向設(shè)置T18高強(qiáng)螺栓，縱向最大間距為900 mm、底部間距200 mm、向上三道500 mm、上部間距800 mm，同時(shí)在螺栓處沿水平方向設(shè)置兩根鋼背楞(尺寸80mm×40mm)。

4) 柱模板設(shè)計(jì)。工程柱模板采用特制桁架型背楞，間距500 mm一道。底部采用井字形及斜拉上下錯(cuò)開布置，四周采用斜支撐增強(qiáng)抗彎。

5) 支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)。工程標(biāo)準(zhǔn)層及層高小于3.0 m的樓板、梁底均使用單支撐鋼支柱，大于3.0 m處，支撐系統(tǒng)拉兩道橫桿布置。

通過有限元分析和手工計(jì)算，對(duì)模板結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，對(duì)模板結(jié)構(gòu)的受力分析、強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算，最后通過部分調(diào)整，使整個(gè)體系滿足規(guī)范要求。這也說明了設(shè)計(jì)方案在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式上是可行的，并且實(shí)施過程中遇到的難題均可解決。

4鋁合金模板的施工工藝

4.1　施工準(zhǔn)備

1) 做好鋁模板的施工技術(shù)方案。

2) 組織施工人員熟悉鋁模板施工流程、施工方法，并對(duì)進(jìn)場后的鋁模板進(jìn)行裝箱并檢查模板及配件是否齊全，編碼是否完整。

3) 清洗模板，并涂刷水性模板隔離劑以便日后施工使用。

4.2　測量放線

測量放線主要是為模板定位，在超高層建筑中，對(duì)鋁合金模板安裝精準(zhǔn)度的要求非常高，做好墻柱的定位線和墻柱控制線、洞口線對(duì)模板的安裝及其重要。

4.3　預(yù)留預(yù)埋

測量放線后，進(jìn)行墻柱鋼筋的綁扎，并做好水電箱等專業(yè)施工的預(yù)留預(yù)埋，完成后進(jìn)行隱蔽驗(yàn)收。

4.4　模板安裝

1) 墻、柱鋁模安裝。檢查墻、柱腳的混凝土標(biāo)高是否符合要求后，按編號(hào)把刷好隔離劑的模板找出來，用各種支撐桿件將模板固定，并通過銷釘將墻模與墻模、柱模與柱模固定。安裝完成之后進(jìn)行垂直度檢驗(yàn)，對(duì)偏差過大的進(jìn)行校正，使其誤差控制在可調(diào)范圍之內(nèi)。

2) 梁、板模板的安裝。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，按編號(hào)找出梁模板和板模板，梁模板的安裝順序是梁底模板 梁側(cè)模 墻柱板之間角模，梁底模與柱模板通過支撐立桿連接，底模與側(cè)模通過螺栓連接。梁模板安裝完畢后，再一次拼裝板模板。安裝完成后用水平檢測儀檢測其平整度，并對(duì)不平的地方進(jìn)行調(diào)整。

3) 洞口模板。按照設(shè)計(jì)圖紙，將洞口、樓梯位置的模板正確安裝。

4.5　模板驗(yàn)收

模板全部安裝完畢之后，施工方先自行組織檢驗(yàn)，對(duì)模板整體進(jìn)行校正、加固，確定無誤后再通知相關(guān)單位進(jìn)行驗(yàn)收。為了更好的完成這一分項(xiàng)工程，企業(yè)可編制鋁合金模板預(yù)拼裝檢查驗(yàn)收表，使各個(gè)節(jié)點(diǎn)的檢查驗(yàn)收有據(jù)可循，過程更加簡明清晰。

4.6　混凝土澆筑

模板驗(yàn)收后，進(jìn)行混凝土澆筑，混凝土澆筑環(huán)節(jié)影響著工程的質(zhì)量，澆筑期間必須加強(qiáng)監(jiān)督，檢查混凝土有無外漏、脹模等現(xiàn)象，檢查模板在建筑過程中有無發(fā)生位置偏移，以及銷釘?shù)攘慵欠裨谡饎?dòng)過程中發(fā)生松動(dòng)，以防發(fā)生混凝土坍塌事故，保證工程的安全性。

4.7　模板拆除

模板一般在混凝土澆筑完成后12個(gè)小時(shí)后便可拆除，拆除順序?yàn)椋合炔鹭Q向墻板模板，再拆橫向梁板模板，拆除后將模板及時(shí)清理干凈并將模板運(yùn)至下一施工層。

5結(jié)語

針對(duì)鋁合金模板在應(yīng)用中的問題，一些已經(jīng)運(yùn)用鋁模板系統(tǒng)的大型企業(yè)也提出了相應(yīng)的技術(shù)措施，如勞務(wù)工人技術(shù)不穩(wěn)定的問題，企業(yè)可采用廠家租賃模式，這種模式的優(yōu)點(diǎn)在于：勞務(wù)穩(wěn)定，產(chǎn)業(yè)化工人，勞動(dòng)技能高，成品保護(hù)意識(shí)好，操作規(guī)范。隨著鋁合金模板技術(shù)的不斷提高，其中存在的問題會(huì)逐漸得到解決。

鋁合金模板的應(yīng)用，不僅是技術(shù)上的進(jìn)步，更能使企業(yè)實(shí)現(xiàn)效益最大化，對(duì)建筑工程的質(zhì)量、成本、進(jìn)度、安全、環(huán)境等各個(gè)方面都起著巨大的作用。鋁合金模板的使用雖存在一定局限性，但在目前的建筑中已經(jīng)克服了許多技術(shù)上的難題，能很好的適用于大型高層、超高層的工程，并且當(dāng)前一些追求工程質(zhì)量的大型企業(yè)在高層或超高層建筑中已經(jīng)開始普遍運(yùn)用高鋁合金模板。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，鋁合金模板技術(shù)會(huì)在已有的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，吸取經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)發(fā)展，不斷成為建筑工程中不可缺少的模板技術(shù)。

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(責(zé)任編輯：何學(xué)華，吳曉紅)

Optimal Design of Monolithic Aluminum Alloy Template Construction Scheme for Super High-rise Building

CAO Fei-fei,YAO Chuan-qin,ZHANG Lin-fang

(School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)

Abstract:In the application of aluminum alloy template in high-rise building, there are some limitations, such as large one-time investment, and high requirements for installation, a project in Shenzhen was taken as an example to optimize construction scheme design of aluminum template.Through engineering calculation, and tracking the actual project, the construction scheme of aluminum was optimized in aspects of aluminum template design, aluminum template operation process, solid work and detailed structural approach. Its cost analysis verified its feasibility. The research provides a reference to similar projects.

Key words:aluminum alloy template; construction scheme; optimal design

作者簡介：曹菲菲(1988-)，女，安徽淮南人，助教，碩士，研究方向：工程管理。

收稿日期：2015-03-31

中圖分類號(hào)：TU755.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-1098(2015)04-0065-05