異形多變超高層建筑全鋼大模板設(shè)計(jì)與施工

倪冬燕，楊德生，石 健

(上海建工裝備工程有限公司,上海 200129)

0 引言

為保護(hù)國(guó)家森林資源,改善生態(tài)環(huán)境,20世紀(jì)70年代國(guó)家提出“以鋼代木”的技術(shù)政策。自此為滿足現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工需求,鋼模板技術(shù)替代木模板技術(shù)并逐步向體系化方向發(fā)展。

全鋼大模板是現(xiàn)代模板技術(shù)中的一種“以鋼代木”的新型模板,可根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)為墻、梁等大型模板,施工時(shí)可整體吊裝就位,也可散裝散拆的方式就位。全鋼大模板具有通用性強(qiáng)、周轉(zhuǎn)率高、安全性高、施工質(zhì)量有保證等優(yōu)勢(shì),是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保建材,目前被廣泛應(yīng)用于高層(超高層)建筑施工中。

1 工程簡(jiǎn)介

四川北路街道HK194-01地塊項(xiàng)目地處四川北路商業(yè)街龍頭位置,總用地面積約4.6萬m2,總建筑面積約29.6萬m2。項(xiàng)目包含新建建筑與保留建筑兩大部分,其中新建建筑包含:商業(yè)綜合體、辦公塔樓、展示中心與文學(xué)博物館;保留建筑包含商業(yè)、文學(xué)博物館與虹口區(qū)文史館三大功能,是上海北外灘開發(fā)的重點(diǎn)項(xiàng)目之一(見圖1)。

四川北路街道HK194-01地塊項(xiàng)目新建的綜合商業(yè)體(18號(hào)樓),總建筑面積為2.6萬m2,塔樓建筑高度約為180 m,采用鋼管混凝土框架+鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系,核心筒初始平面呈不規(guī)則形,隨高度上升部分外墻收縮消失(見圖2)。核心筒內(nèi)設(shè)置有勁性柱,在16層—17層設(shè)置了三道伸臂桁架(見圖3)。

2 鋼模板總體設(shè)計(jì)方案

根據(jù)四川北路街道HK194-01地塊項(xiàng)目18號(hào)樓核心筒的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、桁架層布置等要求,塔樓核心筒外墻及核心筒4個(gè)電梯井筒采用全鋼大模板體系。鋼模板隨液壓爬模同步提升逐層完成豎向結(jié)構(gòu)施工,核心筒內(nèi)其他部分內(nèi)側(cè)豎向墻體、水平樓板、樓梯等構(gòu)件及梁底、梁側(cè)采用散拼木模施工[1]。

為適應(yīng)本項(xiàng)目核心筒隨著高度上升外形不斷變化的特點(diǎn),鋼模板設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行合理分段,墻體消失部分拆除鋼模板可重復(fù)利用至變形后墻體施工,保證鋼模板的高效周轉(zhuǎn)。

本項(xiàng)目核心筒層高分布特點(diǎn):標(biāo)準(zhǔn)層高4.5 m,共27層;非標(biāo)層高5.4 m,共4層;非標(biāo)層高4.4 m,共1層;夾層2.1 m,共1層。綜合層高分布特點(diǎn)及鋼模板使用經(jīng)濟(jì)性因素,鋼模板按照標(biāo)準(zhǔn)層高4.5 m配置,夾層及大于標(biāo)準(zhǔn)層高的樓層采用鋼模板加高木模的方式進(jìn)行施工,小于標(biāo)準(zhǔn)層高的樓層通過控制混凝土澆筑高度的方式進(jìn)行施工(見圖4)。

3 鋼模板設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目核心筒外墻及核心筒1號(hào)—4號(hào)電梯井筒采用液壓爬模體系進(jìn)行爬升施工,鋼模板安裝于液壓爬模體系模板操作架層,利用架體上滑移軌道進(jìn)行合(退)模施工,完成一個(gè)施工段后隨著架體同步提升[2-3]。

根據(jù)本項(xiàng)目核心筒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工程質(zhì)量要求,設(shè)計(jì)符合項(xiàng)目實(shí)際的墻體鋼模板、連梁鋼模板、角模、收分模及模板配件形成整套鋼模板體系,以下介紹本項(xiàng)目鋼模板體系主要構(gòu)成。

3.1 墻體鋼模板

墻體的整體全鋼大模板具有剛度大、拼縫少、板面平整度好等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)工程結(jié)構(gòu)形式、大模板施工整體性的特點(diǎn)及開間進(jìn)深尺寸確定模板規(guī)格。在寬度上,墻體鋼模板根據(jù)運(yùn)輸條件及安裝程序確定在1 m～3 m。在高度上,根據(jù)本工程層高特點(diǎn)墻體鋼模板設(shè)計(jì)為4.55 m高,高出標(biāo)準(zhǔn)層高樓層面50 mm,非標(biāo)層高樓層施工時(shí)采用鋼模板頂部接高木模板形式施工[4]。

本項(xiàng)目全鋼大模板結(jié)構(gòu)面板為5 mm鋼板,豎楞為[6.3號(hào)槽鋼,橫圍檁為雙[10號(hào)槽鋼,邊框?yàn)?0 mm×63 mm扁鋼。模板吊點(diǎn)采用可移動(dòng)式吊點(diǎn),用U形螺栓同模板上部圍檁固定。大模板底部用連接止?jié){活動(dòng)角鋼(L75×50)及定位壓腳,墻體收分時(shí)可拆除。模板與模板間采用M12×40標(biāo)準(zhǔn)螺栓連接,如圖5所示。

3.2 連梁鋼模板

連梁模板采用橫肋加豎圍檁的構(gòu)造形式,豎圍檁上下口均超越連梁結(jié)構(gòu),對(duì)拉螺桿無需穿過連梁結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)拉結(jié)緊固。水平結(jié)構(gòu)同步施工時(shí),連梁中間設(shè)置對(duì)拉。

本項(xiàng)目連梁模板結(jié)構(gòu)面板為5 mm鋼板,橫楞為[6.3號(hào)槽鋼,豎圍檁為雙[10號(hào)槽鋼,側(cè)邊框?yàn)?3 mm×10 mm扁鋼,上下邊框?yàn)?3 mm×10 mm扁鋼。豎圍檁水平向間距多采用700 mm～800 mm。模板吊點(diǎn)采用可移動(dòng)式吊點(diǎn),用M12螺栓同模板上邊框固定。模板與模板間采用M12×40標(biāo)準(zhǔn)螺栓連接,如圖6所示。

3.3 角模

角模設(shè)置于剪力墻拐角位置,剪力墻外側(cè)拐角使用陽(yáng)角模,剪力墻內(nèi)側(cè)拐角使用陰角模。

1)陽(yáng)角模。本項(xiàng)目剪力墻外側(cè)拐角為直角處陽(yáng)角模采用角鋼作為陽(yáng)角連桿(如圖7所示),其余拐角處根據(jù)陽(yáng)角角度特點(diǎn)單獨(dú)設(shè)計(jì)(如圖8所示)。陽(yáng)角模用M12×40標(biāo)準(zhǔn)螺栓分別同兩側(cè)墻體鋼模板的側(cè)邊框連接,起到連接固定和止?jié){的作用。

2)陰角模。根據(jù)本項(xiàng)目?jī)?nèi)墻拐角的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)有200 mm×200 mm,310 mm×400 mm等多種形式的陰角模,高度與墻體或連梁鋼模板一致。

本項(xiàng)目陰角模結(jié)構(gòu)面板為5 mm鋼板,橫楞為63 mm×10 mm扁鋼,側(cè)邊框?yàn)長(zhǎng)63×8 mm角鋼,上下邊框?yàn)?0 mm鋼板。模板邊框孔為直徑13 mm圓孔。模板吊點(diǎn)采用卸扣固定。陰角模與鋼模板連接處采用子母口搭接的方法。陰角模子口為20 mm,對(duì)接鋼模板母口為10 mm,搭接處留10 mm調(diào)節(jié)量,便于墻面平整不滲漿且便于拆模,如圖9所示。

4 鋼模板關(guān)鍵施工技術(shù)

四川北路街道HK194-01地塊項(xiàng)目18號(hào)樓核心筒結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變,核心筒16層及以下平面形狀為梯形,17層以上部分核心筒體逐步消失。核心筒外墻最厚為850 mm,內(nèi)墻最厚為600 mm,從20層開始隨著高度增加,墻體厚度逐步收分,如圖10所示。

為適應(yīng)上述核心筒結(jié)構(gòu)變化的施工要求,經(jīng)過反復(fù)研究,制定了鋼模板整體提升、鋼模板安裝定位、鋼模板應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)變形等關(guān)鍵點(diǎn)的施工技術(shù)。以下將詳細(xì)介紹四川北路街道HK194-01地塊項(xiàng)目18號(hào)樓核心筒鋼模板關(guān)鍵施工技術(shù)。

4.1 鋼模板整體提升施工技術(shù)

本項(xiàng)目核心筒混凝土結(jié)構(gòu)1框—2框采用常規(guī)腳手架木模板體系進(jìn)行施工,核心筒混凝土結(jié)構(gòu)3框以上的外立面及核心筒內(nèi)4個(gè)電梯井施工采用液壓爬模體系施工。在混液壓爬模綁筋作業(yè)平臺(tái)下部設(shè)置滑移軌道及滑移裝置,鋼模板通過滑輪懸掛在導(dǎo)軌上,裝、拆時(shí)鋼模板可以沿軌道自由移動(dòng),如圖11所示。鋼模板的水平向移動(dòng)可依靠該裝置來完成,鋼模板的豎向調(diào)節(jié)可通過懸掛在該裝置上的手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)整。每次液壓爬模架體提升前,將鋼模板通過滑移裝置退回,緊貼架體前立柱,并與立柱綁扎牢固,鋼模板隨液壓爬模整體同步提升至下一施工段[5]。

4.2 鋼模板安裝定位施工技術(shù)

本項(xiàng)目核心筒混凝土結(jié)構(gòu)3框以上的外立面及核心筒內(nèi)4個(gè)電梯井施工采用液壓爬模體系及鋼模板施工,為確保鋼模板安裝的精確度,在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)埋定位螺栓,通過鋼模板底部壓腳與定位螺栓固定從而確定標(biāo)高。

首層鋼模板安裝時(shí),確定定位螺栓預(yù)埋位置為樓層混凝土面下90 mm處,如圖12所示。

后期鋼模板安裝時(shí),根據(jù)本施工層樓層高度,在前一層鋼模板頂部對(duì)應(yīng)的預(yù)留孔內(nèi)預(yù)埋下一層的定位螺栓,如圖13所示。拆模后在定位螺栓處安裝擱置件,合模時(shí)將鋼模板底部角鋼就位于擱置件上,同時(shí)將鋼模板底部壓腳與擱置件固定,從而確定了鋼模板準(zhǔn)確安裝位置。

4.3 鋼模板應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)變形施工技術(shù)

針對(duì)本項(xiàng)目17層以上核心筒部分核心筒體逐步消失的變化特點(diǎn),設(shè)計(jì)合理的鋼模板開間尺寸,拆除后的鋼模板可以靈活組合或拆分,形成新規(guī)格鋼模板以適應(yīng)核心筒墻體變化。

針對(duì)本項(xiàng)目20層以上核心筒部分墻體逐步收分的變化特點(diǎn),在墻體收分處設(shè)計(jì)不同規(guī)格的收分條,收分條間、收分條與鋼模板邊框間采用螺栓連接。根據(jù)墻體收分順序,在相應(yīng)的鋼模板邊框處增加或減少收分條,以適應(yīng)核心筒墻體收分變化。

5 結(jié)論

全鋼大模板體系是高層(超高層)核心筒混凝土結(jié)構(gòu)澆筑成型的重要工具,它具有整體強(qiáng)度高、組合剛度大、板塊拼縫嚴(yán)密、不易變形等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此,采用符合核心筒結(jié)構(gòu)特性的鋼大模板施工技術(shù),有利于保證工程施工質(zhì)量;有利于提高工程施工效率;有利于控制工程施工成本,并且對(duì)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化綠色施工具有重要意義。