新型復合木方研制及現場應用研究

陽長江，翟旭茹

(重慶建工市政交通工程有限責任公司，重慶 400021)

目前，國內建筑施工中的澆筑鋼筋混凝土構件成型中普遍采用竹膠板或大模板等方法，在組模施工中，模板的支撐和固定需要用大量的楞梁——木方[1]。但由于大多數建筑木方在使用過程中往往出現折斷、腐蝕等現象，從而難以再次使用，用作支撐的木方管理最好的也僅有40%的回收率，60%的屬于一次性使用，造成木材資源的大量消耗與浪費；同時，由于木方的質量不穩定，強度、剛度無法準確測定，給標準化、規范化、安全施工管理帶來了諸多不便[2]。

該項目研制的是一種鋁合金和木材復合結構的復合木方，使其在參與組模支撐中具有足夠的強度、剛度、穩定性。同時，具有不易腐蝕、拆卸方便、可多次重復使用等優點，從而克服上述的諸多不足。其研制的產品 “一種槽型鋁合金建筑木方”已獲得國家知識產權局頒發的專利產品授權書。

1 復合木方研制

該項目所研制的新型復合木方包括兩塊槽型鋁合金、方木段和接頭板。槽型鋁合金選用硬鋁合金，硬化程度接近于優質鋼，為了更加節約木材，木方可以選用刨花板（刨花板是用木材或者其他木制纖維材料制作后的碎料，施加膠粘劑后在熱力和壓力作用下合成的人造板）制作的方木段代替天然的木材加工的方木段。

利用鋁合金本身具有密度小、抗腐蝕性強的特點，將其做為木方的包裹材料。具體的連接方式為：由兩塊槽型鋁合金扣在一起形成一個空腔，其內部填充著方木段。在進行具體的填充時，可以先將木方嵌入一塊槽型鋁合金里，然后把另一塊蓋在上面，兩塊槽型鋁合金的側壁和連接板有對應的連接孔，連接釘通過連接板穿過連接孔把槽型鋁合金和方木段連接在一起。這樣連接可以更好地更換槽型鋁合金方木條，使得復合木方的使用壽命大大延長。

為了適應現場各種木方長度的需要，槽型鋁合金的長度根據需要可加工成2.4m、2.8m、3m、3.5m、4m等長度。為了固定好槽型鋁合金和木方，槽型鋁合金上面的連接孔的距離一般宜為40cm，當然還可以根據木方的大小等因素適當的改變連接孔之間的距離。

具體的連接方式見圖1、圖2。

圖1 復合方木側面示意圖

圖2 復合方木剖面示意圖

1——槽型鋁合金

2——連接孔

3——接頭板

4——方木段

2 木方制作工藝流程與操作要點

2.1 木方制作的工藝流程

木材制作→槽型鋁合金和接頭板鉆孔→穿連接釘→堆放。

2.2 操作要點

2.2.1 木材制作

若選擇原木作為原料，則根據需要的尺寸直接從原木上進行鋸制；若采用刨花板，則將各種木材、甘蔗渣和亞麻屑等材料根據需要的尺寸直接進行平壓或擠壓，從而制作成可以使用的木方。

2.2.2 槽型鋁合金鉆孔

采用鋁合金防護窗打孔機對槽型鋁合金進行打孔，該設備可調整各個打孔點之間的間距，一次可打設一排的孔眼，因此，一根槽型鋁合金型材只需要兩次即可全部制作完成，工作效率極高。

2.2.3 接頭板鉆孔

為減少復合木方的重量，接頭板的材料也選用鋁合金型材，因此打孔設備也選用鋁合金防護窗打孔機，調整好尺寸，每塊接頭板也僅需一次加工成型，制作完成后，需將鋁合金上面的毛刺進行修復，以保證在施工中安全。

2.2.4 穿連接釘

將制作完成的木方用兩塊槽型鋁合金包合扣在一起，并將接頭板扣在槽型鋁合金上，眼孔對齊，然后將連接釘穿過眼孔，并扣上螺帽，擰緊螺帽，完成單根復合木方的制作。

2.2.5 堆放

將成形的復合木方按尺寸和規格進行分類堆放，堆放整齊以備用。

3 相關性能試驗

為了對新型復合木方和原木方的相關性能參數進行確定，參照 《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ 130-2011）[3]和《建筑施工模板安全技術規范》[4]（JGJ162-2008）的規定，我們對新型復合木方和原木方在均布載荷作用下的靜態應力、靜態最大撓度，在集中載荷作用下的沖擊瞬時變形等數據進行了試驗檢測。

3.1 加載方案

在試驗支撐系統頂部水平布置了四根復合木方梁，見圖3。復合木方的跨度為1.2m，相隔間距為330mm，復合木方截面尺寸為90 mm×60 mm×δ2 mm （90 mm×60 mm為復合木方截面外廓尺寸，δ2 mm為木方外包鋁合金材料的公稱厚度。現場實測鋁合金帶的實際厚度為2.05 mm）。

圖3 試驗加載方案示意圖

3.1.1 均布荷載作用下靜態應力和靜態最大撓度檢測方案

為達到均布載荷的效果，采用紅磚依次擺放，見圖3。每層45塊，每塊2.4㎏，加載面積為1.2m2，每層均布施加1080N，由于加載在四根木方上，簡化為每根木方上的載荷為1080/4=270N，每加兩層或三層讀取一次應力及撓度，直到達到復合木方的最大承載能力。然后卸載，卸載后讀取殘余變形。

3.1.2 集中荷載作用下的沖擊瞬時變形檢測方案

為模擬現場沖擊效果，采用汽車吊吊起180kg的混凝土塊，從平臺跨中上方1m處往下自由墜落，即沖擊功為1800J，讀取跨中瞬時變形。

3.1.3 耐久性檢測方案

為檢測復合木方和普通木方的耐久性的對比，采用30kg的混凝土塊對從平臺跨中上方1m處往下自由墜落，取出現裂紋長度為10mm為限值，測試進行墜落的次數。

3.1.4 應變和撓度測點布置

該試驗單元主要考核復合木方作為上橫梁使用時的最大變形，在中間兩根復合木方的跨中下平面垂直方向既布置應力測點，又布置撓度測點，見圖4。

圖4 應變和撓度測點布設圖

3.2 試驗結論

（1）經對比試驗，復合木方作為受彎構件支撐平臺（4根復合木方跨度為1.2m，間距為330mm）1.2m2。

當均布荷載2970N、最大撓度0.81mm（L/250=1.32mm）應力為4.6MPa，復合木方抗彎強度為11.34MPa。

當均布荷載4590N、最大撓度1.08mm（L/250=1.32mm）應力為7.1MPa，復合木方抗彎強度達17.52MPa。

（2）試驗平臺中部承受1800J沖擊功，復合木方未破壞。

（3）復合木方的最大應力及撓度均可滿足JGJ130-2011和JGJ162-2008的規定。

（4）和選用的云杉木材質制作的普通木方相比，該復合木方的抗彎強度能達到17.52MPa，超過了普通木方的抗彎強度設計值11MPa，提高了59.3%的承載能力。

（5）在30kg的沖擊荷載下，普通木方在沖擊了16次即出現了超過10mm的限值，而該復合木方在沖擊了80次之后，仍然未達到10mm的限值。耐久性在普通木方的5倍以上。

4 復合木方現場應用研究

在多個項目工程的模板施工中，我們采用了新型復合木方作為楞梁支撐，在實際的施工過程中發現復合木方具有如下特點：

（1）新型復合木方與傳統普通木方比較，損耗僅1%左右，尺寸誤差小，由于受力強度較高，施工中的用量比普通木方要少。

（2）同時，新型復合木方由于施工中的用量比傳統普通木方較少，可相應的減少人工成本。

（3）普通木方受氣候變化、木方材質等內外因素的影響，施工過程中容易發生蹺曲、變形，影響工程質量，存在安全隱患。施工現場上施工人員常用木方代替腳手板，因木方斷裂發生慘痛的安全事故屢見不鮮。新型復合木方從耐久性、耐腐蝕性和使用壽命上和普通木方相比都具有相當大的優勢。

新型復合木方具有需用量較小、可周轉次數多、耐久性好、強度剛度較高和經濟性較好等許多優點，工程施工完畢后，各項指標達到規定的要求，具有較大的推廣價值。施工實例見圖5、圖6。

圖5 現澆混凝土板施工圖

圖6 現澆混凝土墻施工圖

4.1 經濟性對比分析

根據某項目工地的現場情況，對該項目采用普通木方和新型復合木方做以下經濟分析。

根據圖紙分析和現場項目經理的經驗可知，在土建主體施工中，如該項目完全使用普通木方（10cm×10cm）則約需求4500m3。

4.1.1 復合木方節約木材量分析

（1）復合木方的使用間距為30cm，根據相關試驗可知這個間距為安全間距。而普通木方（10cm×10cm）的安全間距為15～20cm之間，因此，使用新型復合木方比使用普通木方節約30%以上。

（2）使用復合木方為定尺材料，可以根據所需使用不同規格的產品。復合木方的主要幾種規格有：1m，1.5m，2m，2.4m，2.7m，3m，3.4m，3.7m，4m。而使用普通木方則無法避免對接問題的存在，以一個開間為3.3m為例計算，除去梁500mm再除去梁邊的間距400mm，而實際所需木方長度為2.4m，如采用普通木方則會出現對接，如使用2根2m則對接為1.6m，如使用4m的則需切掉1.6m。所以這部分材料也會增加使用木方量的15%左右。

4.1.2 經濟對比計算（1）使用普通木方4500m3×100m/m3×（1+15%）=517500m （注：15%為考慮對接部分所使用的木方量）。

購買木方所需費用：4500 m3×（1+15%）×1300元/m3=6727500元

報廢木方殘值：4500m3×（1-10%）×200元/m3=810000元(注：10%為無法回收報廢木方)。

則實際木方所用金額：6727500元-810000元=5917500元。

考慮木方周轉次數為6次[5]，因此，若采用平均攤銷，則攤銷在本項目上的木方使用費用應為5917500元/6次=986250元。

（2）使用復合木方

因采用新型復合木方的間距比普通木方小，且無需考慮搭接等因素，則可知在該工程中所需采用的復合木方用量為：

使用復合木方量：4500m3×100m/m3×（20cm/30cm） ×（0.06m ×0.09m） =1620m3。

因對木方進行了外包鋁合金加工，因此，每方復合木方的價格為6000元/m3。

購買復合木方所需費用：1620 m3×6000元/m3=9720000元。

報廢木方殘值：1620m3×（1-10%）×900元/m3=1312200元 （ 注：10%為無法回收報廢木方。 ）

則實際木方所用金額：9720000元-1312200元=8407800元。

本復合木方耐久性好，周轉次數至少考慮在50次以上，同樣采用平均攤銷，則攤銷在本項目上的木方使用費用應為8407800/50=168156元。

則使用復合木方和普通木方相差值：986250元-168156元=818094元，使用復合木方的費用僅為普通木方費用的168156/986250×100%=17.05%，且尚未計算普通木方在搭接時多產生的人工費和連接材料費。

綜上所述，采用新型復合木方可比采用普通木方節約成本80%以上，經濟效益顯著。

4.2 環保節能分析

新型復合木方是建筑施工支撐木方的替代品，用槽型鋁合金鋼中間填充木材或刨花板，與普通木方相比其節能性表現在以下幾個方面：

（1）增加了受力強度，從而減少單位工程的使用數量。

（2）新型復合木方可反復使用若干次（4~20年），而普通木方每用一個工地就損耗大約60%，造成木材的極大消耗。

（3）普通木方使用壽命短，更換快，從而造成林木消耗量大，對森林資源造成極大的破壞[6]；而新型復合木方極好地解決了這些問題，使用年限至少是4年，而且鋸末和邊角料全部用于加工木炭，做到百分之百利用資源，盡可能減少資源的消耗，達到了節約、保護森林資源的目的[7]。

5 結論

通過對新型復合木方研制及現場應用研究，所得主要結論如下：

（1）新型復合木方比普通木方的耐久性更強，周轉次數極大的增加。

（2）新型復合木方比普通木方無論是強度還是剛度上均有較大程度的提高。

（3）新型復合木方具有易填充方木、不易腐蝕、輕巧便于運輸和儲存、使用壽命更長等特點。

（4）新型復合木方比普通木方從經濟性上有較大的優勢，具有可觀的經濟效益。

（5）新型復合木方可大量地節約木材，減少資源的消耗，達到節約森林資源、保護森林資源的目的，社會效益顯著。

[1]曾春雷.人造薄木木方膠合與刨切工藝的研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2004.

[2]王召新.混凝土裝配式住宅施工技術研究[D].北京：北京工業大學，2012.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ 130-2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ162-2008建筑施工模板安全技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[5]劉長現.木塑模板、木塑木方施工工法及經濟分析[J].中小企業管理與科技，2014(11).

[6]夏正紅，馮祿海，王穎群，等.高大空間重荷載井字梁樓蓋模板支撐體系設計與施工技術[J].建筑技術，2008(1).

[7]張宇，成躍兵，黃曉霞.懸挑梁模板支撐體系施工技術[J].江蘇建筑，2011(S1).