超高層鋼木結(jié)合模板體系施工資源占用分析

王金鑫 王志瓏 盧 程 孫 文 李國冰 馬 超 周 璇

中建一局集團(tuán)第三建筑有限公司 北京 100161

20世紀(jì)以來，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)騰飛和城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，超高層的建造也在國內(nèi)迅速興起。經(jīng)過21世紀(jì)首個十年繁榮發(fā)展階段的不斷探索和刻苦鉆研，第2個十年我國超高層建設(shè)水平已躋身世界前列。僅2018年單年完工的200 m以上建筑物就達(dá)88座，占同年全球范圍總量的62%，累計總高度達(dá)21 556 m，排名世界首位。

過去20年，無數(shù)個城市拔地而起向上生長的過程，就是國內(nèi)建筑行業(yè)無比珍貴的成長經(jīng)歷。經(jīng)過長期的鉆研探索，我國超高層建造技術(shù)已日益成熟，國內(nèi)已經(jīng)形成多個形式的模架體系，紛紛在不同設(shè)計形式的超高層建設(shè)項目得以應(yīng)用實踐。

受益于近年來超高層建造模架體系發(fā)展的多元化，超高層項目模架體系的選型環(huán)境更加理想。由此，模架體系的先進(jìn)性、科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性以及對項目的針對性，更多地成為模架體系選型的關(guān)鍵考量，其中所選模架體系的科學(xué)性與對項目的針對性更是容易成為制約整個混凝土結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)因素。

1 工程概況

萬達(dá)·西安one項目2地塊工程（萬達(dá)天鼎）位于西安市高新區(qū)，建筑面積178 550 m2，是由2座塔樓、3座裙房與3層地下室組成的超高層建筑綜合體。其中2座塔樓地上44層（3個避難層），建筑高度170.00 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.55 m，單層建筑面積1 392.93 m2?？拐鹪O(shè)防烈度8度（0.2g），塔樓為勁性混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，主樓平面建筑輪廓尺寸為69.3 m×20.1 m，設(shè)計選型呈扁長形，由此對超高層短邊向抗側(cè)要求極高。結(jié)構(gòu)設(shè)計方案針對該難點在長邊向設(shè)置大量“T”形墻，用以抵抗扁平結(jié)構(gòu)垂直于長邊向的側(cè)向地震作用。同時，為滿足外立面純玻璃幕墻的采光需求，各房間窗洞也盡可能放寬到最大，外圍布置大量短肢剪力墻。

2 模板體系選型設(shè)計

項目建設(shè)前期，擬采用快拆式鋁合金模架體系進(jìn)行施工，但本項目豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件分別在3個避難層進(jìn)行3次縮截面變化。與常規(guī)核心筒結(jié)構(gòu)體系超高層項目不同，單層建筑面積相等條件下，剪力墻結(jié)構(gòu)體系混凝土豎向構(gòu)件數(shù)量遠(yuǎn)超核心筒結(jié)構(gòu)體系，所以豎向構(gòu)件縮截面引發(fā)墻體尺寸隨之變化的墻體數(shù)量遠(yuǎn)大于常規(guī)核心筒結(jié)構(gòu)體系超高層項目。此時若仍采用鋁合金模板，則每次縮截面都需為每處“T”形墻兩側(cè)陰角及“L”形墻角部訂制全新的角模板，且角模板的加工成本較為高昂，所以每次變截面需替換的角模板總量較大（圖1）。經(jīng)初步測算，僅模架體系材料板塊將對本項目造成36.3%的額外成本增加，對項目經(jīng)濟(jì)效益影響較為嚴(yán)重。

圖1 截面縮減對異形角模的影響

通過統(tǒng)計分析國內(nèi)其他經(jīng)典超高層項目建造案例[1-3]，并結(jié)合以往參與建設(shè)超高層項目施工經(jīng)驗，對品質(zhì)、工期及成本等方面進(jìn)行綜合考慮。通過測算，最終確定針對本剪力墻結(jié)構(gòu)體系超高層項目，選用鋼木結(jié)合模板體系：豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件（墻與連梁）主要采用大鋼模進(jìn)行模板支設(shè)，水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件（板與梁）采用木模進(jìn)行模板支設(shè)。

在塔吊配置確定之后，由于超高層項目吊次總量與施工層高度保持負(fù)相關(guān)關(guān)系，吊次總量將隨施工層數(shù)增長逐漸下滑。故模板設(shè)計過程中，參照塔樓施工流水段劃分，大鋼模直接在作業(yè)高度按流水段分段作業(yè)參與水平流轉(zhuǎn)，控制落地板數(shù)量，避免大量長距離起落形成的吊次浪費。在單層粘灰面積設(shè)為定額時，在滿足工期的條件下，提高模板周轉(zhuǎn)率，用盡量少的配模面積完成固定粘灰面積的模板施工，有利于項目的經(jīng)濟(jì)效益與倡行綠色環(huán)保。

3 分段流水推進(jìn)過程中資源占用情況分析

3.1 平面空間資源

水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件的木模板無需占用塔樓外場地資源，滿配3層，采用懸挑卸料平臺循環(huán)向上部作業(yè)層進(jìn)行倒料。由于大部分大鋼模標(biāo)準(zhǔn)板均參與水平分段流水的調(diào)轉(zhuǎn)，施工推進(jìn)過程中無需吊離作業(yè)樓層，故此部分大鋼模對塔樓外場地資源無占用需求。

主要需為每次水平流水不參與調(diào)轉(zhuǎn)的異形模板及極少因尺寸不適無法參與水平流水的標(biāo)準(zhǔn)板在塔樓外的適當(dāng)位置規(guī)劃大模板堆放區(qū)。對于單層建筑面積1 392.93 m2的本項目塔樓，落地板需150～250 m2的大模板堆放場地。出于安全及材料維護(hù)等角度考慮，大模板堆放需由無支腿的角模搭設(shè)插模架，另整個堆放區(qū)須四周完全圍閉，杜絕無關(guān)人員穿行（圖2）。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)化大模板堆放區(qū)

根據(jù)數(shù)據(jù)對比，大模板堆放場地的面積，約等于同一施工單元所需的鋼筋加工場區(qū)占地面積。由此若選用大鋼模，即使在施工過程中相當(dāng)數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)板無需設(shè)置大模板堆放區(qū)進(jìn)行存放，最少也需為其提供等同于施工單元附屬鋼筋加工場地的平面空間資源。

3.2 垂直運輸資源

在大鋼模模板設(shè)計階段，為更好地保證墻面平整度，需盡量少地劃分模板分縫。對于單塊面積較大的墻模板，往往板高約等于層高，板寬取值在1.8～3.0 m之間。依據(jù)本項目模板設(shè)計方案，模板最大尺寸為2 900 mm×3 620 mm，單塊模板質(zhì)量3.42 t。然而較為常見的平臂式塔式起重機(jī)QTZ250在起重半徑70 m時的最大起重量僅3.0 t。故大鋼模與塔吊選型之間存在相互干預(yù)關(guān)系，須確保塔吊起重能力滿足大鋼模起吊需求。

大鋼模對塔吊垂直運輸?shù)醮握加幂^為嚴(yán)重。依據(jù)本項目實況統(tǒng)計，單層建筑面積1 392.93 m2按對半等分劃分流水段，單個流水段總吊次為86次，整個流水段入模過程持續(xù)9 h53 min，平均9吊次/h。

剪力墻結(jié)構(gòu)體系超高層項目混凝土構(gòu)件含量遠(yuǎn)大于同等單層面積的筒體結(jié)構(gòu)體系，配模面積也遠(yuǎn)大于常規(guī)項目，配板數(shù)量增加，吊次需求隨之?dāng)U大。

在含有較多短肢剪力墻的情況下，針對含型鋼的短肢剪力墻配置的異形角模多數(shù)無法參與作業(yè)高度的水平流水段流轉(zhuǎn)。施工至較高樓層時，落地板的單次起落時長被拉長，最大吊次總量隨之減少。

另外，絕大多數(shù)超高層項目均含有鋼結(jié)構(gòu)，選用大鋼模時，需結(jié)合結(jié)構(gòu)形式與模板設(shè)計方案針對吊次進(jìn)行驗算。若所需吊次較多，尚需考量是否為現(xiàn)場吊次需求匹配垂直運輸機(jī)械，以確保工期進(jìn)度。

3.3 勞動力資源

采用鋼木結(jié)合模板體系，意味著施工現(xiàn)場需同時配備正常規(guī)模的大模板施工班組與木模板施工班組。對比選用純木模施工，相當(dāng)于在原木工班組人員基本無削減的情況下，需額外增加大鋼模吊裝班組。

在純木模施工的情況下，水平結(jié)構(gòu)模板工程施工班組在水平結(jié)構(gòu)模板工程施工開始前期，已完成了豎向結(jié)構(gòu)模板支設(shè)。而在采用鋼木結(jié)合模板體系的情況下，豎向結(jié)構(gòu)模板支設(shè)需由專業(yè)的大鋼模班組進(jìn)行。完整的大模板班組包括模板吊裝人員、模板校正人員。按照本項目流水段面積約700 m2，每座塔樓附1臺塔吊的情況，吊裝人員需配備4～6名，人均工效獲得提升。同時大模板可提升墻體的施工質(zhì)量，可減少墻體打磨處理的人員配備。

3.4 工期資源

針對剪力墻結(jié)構(gòu)體系，鋼木結(jié)合模板體系與木模板及鋁模板最大的不同就是需要豎向結(jié)構(gòu)與水平結(jié)構(gòu)分2次澆筑。對比整體澆筑的情況，在施工工序掛接的關(guān)鍵路線上，分別澆筑需額外增加豎向結(jié)構(gòu)的帶模養(yǎng)護(hù)及拆模時間。根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級不同，帶模養(yǎng)護(hù)時間也不同。參照本項目豎向構(gòu)件C60高強(qiáng)混凝土，常規(guī)條件下維持4～6 h帶模養(yǎng)護(hù)時長即可出模，冬期強(qiáng)度增長將更緩慢，豎向結(jié)構(gòu)拆模時間將受更多的環(huán)境因素制約。拆模過程耗時長短主要取決于垂直運輸資源與大鋼模設(shè)計方案的匹配程度。

豎向結(jié)構(gòu)鋼模的拆模為水平結(jié)構(gòu)模板施工的前置條件，故若豎向模板按照流水段水平流轉(zhuǎn)，保證大部分標(biāo)準(zhǔn)板不落地，則水平結(jié)構(gòu)流水段的層層遞進(jìn)存在相互掛接的關(guān)系，各流水段之間若保持平行遞進(jìn)關(guān)系，必須嚴(yán)控拆模后的工序銜接。簡單推演過程如下：N層Ⅰ段豎向結(jié)構(gòu)拆模時，N層Ⅱ段豎向結(jié)構(gòu)必須具備入模條件；常規(guī)條件下N層Ⅱ段豎向結(jié)構(gòu)入模48 h后，帶模養(yǎng)護(hù)完畢具備拆模條件，按照流水周轉(zhuǎn)原則，此時須N＋1層Ⅰ段豎向結(jié)構(gòu)已具備入模條件，否則將直接影響N層Ⅱ段水平結(jié)構(gòu)模板支設(shè)的開始時間。

因此，須在48 h內(nèi)完成N層水平向結(jié)構(gòu)施工并使N＋1層豎向結(jié)構(gòu)具備入模條件。在形成穩(wěn)固流水的狀態(tài)下，每個流水段主體結(jié)構(gòu)施工每層需5 d，由于流水段之間存在相互掛接關(guān)系，所以主體結(jié)構(gòu)施工每層的施工周期將略大于5 d。應(yīng)從模板周轉(zhuǎn)層面加強(qiáng)班組間對工期進(jìn)度的約束，促進(jìn)勞務(wù)班組內(nèi)部加強(qiáng)工序銜接意識，避免窩工造成對工期的浪費（圖3）。

圖3 鋼模水平流轉(zhuǎn)流水段掛接關(guān)系

3.5 資金占用情況

在達(dá)到同等品質(zhì)要求的條件下，木模施工需占用更多的勞動力與工期資源，且純木模也不符合超高層施工技術(shù)需要的先進(jìn)性、科學(xué)性要求。所以在超高層項目建設(shè)過程中，雖然選用純木模的材料費對資金占用率最低，但往往不在討論之列。

在剪力墻結(jié)構(gòu)體系超高層建造項目模板體系選型階段，主要通過對比鋼模與鋁模來體現(xiàn)鋼模板在資金占用率等方面所具有的優(yōu)越性（表1）。

表1 模板選型經(jīng)濟(jì)效果對比

根據(jù)本項目鋼模板與鋁模板的設(shè)計情況，預(yù)估每座塔樓鋁?？們r約362.5萬元，且為租賃（按工期300 d計算，暫不考慮工期增加帶來的成本隱患）；而大鋼模每座塔樓總價約112.6萬元，僅為鋁?？們r31%，且為永久購買，可長期進(jìn)行周轉(zhuǎn)使用。

就均需即時付款的條件來看，選用鋼模的資金占用率遠(yuǎn)小于鋁合金模板體系，往往在項目建設(shè)初期不易對回款較少的項目形成較大的資金壓力。

4 結(jié)語

隨著國內(nèi)超高層建筑建造技術(shù)的不斷成熟，新的建筑結(jié)構(gòu)形式、建造方式也在不斷涌現(xiàn)，并且保持著相互適應(yīng)、互相激勵的共同發(fā)展局面。如何針對不同的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合可調(diào)配的施工資源情況，靈活選用適合項目的施工技術(shù)，對每個超高層建設(shè)項目而言都是至關(guān)重要的關(guān)鍵一環(huán)。

為打破核心筒結(jié)構(gòu)體系對建筑物平面設(shè)計的限制，可采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系以滿足更多元化的建筑平面設(shè)計方案。但對于剪力墻結(jié)構(gòu)體系超高層建造項目而言，模板體系選擇還需盡可能結(jié)合項目實際情況，如結(jié)構(gòu)設(shè)計情況、質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)要求、場地條件、工期進(jìn)度需求、主要施工機(jī)械部署情況、勞動力情況及資金情況等，最終確定最適合項目的模板類型，以確保項目在工期、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保等各方面達(dá)到更高目標(biāo)，創(chuàng)造更好的社會效益。