超高層建筑模板體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)

呂婷，徐藺

1.寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院，浙江寧波315211

2.西華大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，四川成都611930

超高層建筑模板體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)

呂婷1，徐藺2

1.寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院，浙江寧波315211

2.西華大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，四川成都611930

目前，超高層建筑施工過程中模板體系的構(gòu)建分擔(dān)繁重的工作量，因此，對模板體系的優(yōu)化非常必要。本文對現(xiàn)階段常用的爬模和頂模進(jìn)行分類概述，并對廣州東塔項(xiàng)目中的模板體系進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，以期為超高層建筑模板體系優(yōu)化的設(shè)計(jì)提供理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。

超高層建筑；模板；優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會的進(jìn)步，我國的建筑行業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，其中建筑模板體系的發(fā)展也應(yīng)當(dāng)受到重視。建筑模板在早期被理解成在施工過程中所使用的模具，實(shí)現(xiàn)混凝土的澆筑成型。在超高層建筑施工中，模板體系的建設(shè)是一項(xiàng)核心工作。我國的建筑模板體系研究始于上世紀(jì)70年代，建筑行業(yè)對建筑成本、施工周期、項(xiàng)目質(zhì)量不斷變化的需求使得我國大力推廣混合鋼模板、鋼框膠合板、壓型鋼板、大模板等模具，21世紀(jì)后，出現(xiàn)了中央控制設(shè)備以及液壓滑模千斤頂，使得人們對模板的認(rèn)識更加廣泛，模板也形成了在超高層建筑混凝土澆筑過程中的一套完整體系，這套體系包括模具、連接件、桁架、桿件等結(jié)構(gòu)。模板體系也逐漸朝著自動化的方向發(fā)展。目前，我國的模板體系中仍然存在著很多問題，為了解決這些問題，本文對模板體系中的頂升模板以及爬升模板進(jìn)行分析比較，最后選出最佳方案。

1　超高層建筑模板體系現(xiàn)狀

在對超高層建筑進(jìn)行施工的時候，經(jīng)常會出現(xiàn)混凝土選擇及輸送、模板傳統(tǒng)的模板采用的都是裝拆的模式，需要用到垂直運(yùn)輸?shù)臋C(jī)器，并且耗費(fèi)勞工，安全性差，建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，超高層建筑的不斷增加，模板體系中存在的問題必須得到解決。超高層建筑由幾部分標(biāo)準(zhǔn)層構(gòu)成，在縱向結(jié)構(gòu)上變化少，因此樣式單一，規(guī)模大［1］。在縱向結(jié)構(gòu)的優(yōu)化上應(yīng)當(dāng)注重成本和一致性、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的精簡、裝修的精細(xì)，來將建筑模板體系自動化。

根據(jù)材料輕巧、拆裝活絡(luò)、施工安全等原則選擇模板材料，常見的模板如下表1所示：

表1　常見模板分類及其特點(diǎn)Table 1 The classes and characteristics of common templates

在我國超高層建筑中，常采用混凝土核心筒結(jié)構(gòu)［2］，對縱向結(jié)構(gòu)的一致性要求較高，因此需要提升模板整體體系，同時，考慮到建筑施工成本和施工周期，模板體系應(yīng)當(dāng)占據(jù)盡量少的空間。綜合分析上述四種模板，在超高層建筑施工過程中，通常主要模板采用鋼模板，輔助模板采用木模板。

2　爬模的優(yōu)化設(shè)計(jì)

爬模，即液壓自爬升模板，是一項(xiàng)縱向鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)澆筑中的領(lǐng)先施工技術(shù)。爬模通常建立在施工建筑的下層部分，縱向向上在建筑四周安裝模板，沿著模板來澆筑內(nèi)部的混凝土，捆綁鋼筋，逐步推進(jìn)，直到建筑物被完整澆筑出來。爬模集中了大模板以及滑模的優(yōu)點(diǎn)，操作方便，施工迅速，工程質(zhì)量高。

2.1爬模的結(jié)構(gòu)

爬模主要由模板體系、支撐體系、驅(qū)動體系三部分組成。

大模板（可用鋼模板替換）、調(diào)整模板、背楞、角模、螺母、對拉螺栓、墊片等構(gòu)件共同組成了模板體系。模板類型的選擇與混凝土在實(shí)際情況中的要求相關(guān)。模板與施工建筑下層連接固定，高度比標(biāo)準(zhǔn)樓層高度高100～300 mm，寬度與現(xiàn)場條件、施工設(shè)備息息相關(guān)。模板組成及構(gòu)件材料選擇如下表2所示：

表2　模板的組成Table 2 The composition of template

支撐體系中常見的有吊裝設(shè)備、外架支撐、上、下操作平臺、外挑梁、欄桿、斜撐、安全網(wǎng)等。支撐系統(tǒng)穩(wěn)定在建筑物下層的鋼筋混凝土上，對剛度和強(qiáng)度有一定要求。支架通常采用分段組合安裝的形式。驅(qū)動體系中常見的設(shè)備有倒鏈、液壓千斤頂［3］、電動葫蘆等。

2.2爬模的施工過程

安裝爬模的時候，應(yīng)當(dāng)按照基座——動力結(jié)構(gòu)——模板的順序來進(jìn)行安裝［4］。基座中，應(yīng)當(dāng)先安裝固定螺栓，再安裝立柱，在安裝中，兩者都需要進(jìn)行校正。動力結(jié)構(gòu)的安裝主要內(nèi)容是確定以及安裝千斤頂。模板安裝中，首先將模板組裝好，接著使用起重機(jī)器來安裝提升架，最后安裝操作平臺。操作平臺的外圍設(shè)有防護(hù)欄、擋腳板、安全網(wǎng)等設(shè)施來保證施工工人的安全。爬模的具體施工過程如下圖1所示。

圖1　爬升模板施工流程圖Fig.1 The flowchart of climbing template

3　頂模的優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于跟建筑相關(guān)行業(yè)的先進(jìn)科技，將修正后的爬模與現(xiàn)有的先進(jìn)模板融合到一起，逐漸形成頂模體系。頂模體系已經(jīng)自動化，在超高層建筑的施工中，使用強(qiáng)勁的動力驅(qū)動設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)一次性運(yùn)送，支撐桿在三個標(biāo)準(zhǔn)層中來回作業(yè)，建造效率大大提高。

3.1頂模的結(jié)構(gòu)

頂模的組成部分主要有模板體系、驅(qū)動體系、操作平臺體系三大部分。

模板體系中包括角模、標(biāo)準(zhǔn)鋼模板，墻體的特殊位置可以使用木模板和補(bǔ)償模板。模板體系中其他的部件安裝與爬模一致；驅(qū)動體系為整個頂模體系提供所需的動力，完成載荷的傳遞，由液壓千斤頂、油路體系、控制體系等組成。控制系統(tǒng)主要包括電控和液控兩種方式，電控體系能夠?qū)崿F(xiàn)液控原件與操作人員之間的信息傳遞，液控體系通過油管中的油量來自動取得平衡。

操作平臺體系為施工人員提供安全的施工場所，有施工平臺、操作平臺、防護(hù)柵欄和腳手架等結(jié)構(gòu)。腳手架將操作平臺與模板進(jìn)行連接，也可作為施工作業(yè)的場所，其跨度最大可達(dá)三層標(biāo)準(zhǔn)層。

3.2頂模的施工過程

在頂模的安裝過程中，應(yīng)當(dāng)按照模板體系——動力體系——操作平臺的順序來進(jìn)行。由于腳手架將模板與操作平臺進(jìn)行連接，所以應(yīng)當(dāng)分別先將模板與腳手架完成組裝，再與施工高層進(jìn)行結(jié)合。模板焊接于腳手架內(nèi)，腳手架的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循施工安全標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)施工需要來選擇操作平臺中的鋼材型號，組裝成桁架結(jié)構(gòu)之后與支撐桿和施工建筑下層組合。頂模的具體施工過程如圖2所示。

圖2　頂升模板施工流程圖Fig.2 The flowchart of jack-up template

4　模板體系優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

4.1項(xiàng)目簡介

廣州市CBD段的超高層建筑東塔占地總面積為26494 m2，建筑部分共116層，高530 m，位于地上的面積為35萬m2，位于地下的部分面積達(dá)1.8萬m2。東塔采用巨型框架—混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，采用巨型框架和伸臂桁架作為輔助結(jié)構(gòu)來承重。

4.2模板的設(shè)計(jì)

根據(jù)前文中對爬模和頂模兩種優(yōu)化模板體系的具體分析，可以得到：爬模體系的系統(tǒng)和施工精度便于控制，系統(tǒng)安全性高，可重復(fù)使用，但是爬系統(tǒng)耗費(fèi)人工和建筑塑材，施工效率較低，模板不能一體化，導(dǎo)致施工工作重復(fù)率高，效率低下。頂模體系與爬模體系相反，一體化的系統(tǒng)能夠節(jié)省大量人力物力，功能強(qiáng)大，施工安全，但是占用面積大，對液壓油缸要求較高，調(diào)控麻煩。

東塔項(xiàng)目工期長，成本和質(zhì)量要求較高，所以采用頂升模板［5］。頂模更適用于占地面積少的施工場所，系統(tǒng)的垂直度和穩(wěn)定性較好。東塔項(xiàng)目中在西南角放置M440D塔吊，在東南和西北兩個角落分別放置M1280塔吊。在設(shè)計(jì)模板的時候，應(yīng)當(dāng)保證使用功能不受損，將各構(gòu)件截面優(yōu)化，降低成本。

4.2.1模板體系模板的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)與層高相適應(yīng)，東塔中樓層層高分別有3.5 m、3.75 m、4.5 m，基于模板設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)2400×4000+2400×700，施工項(xiàng)目下層的層高較高，為4.5 m，采用4.7 m模板，當(dāng)施工進(jìn)展到上層3.5 m，3.75 m時，廢除多余的700高模板，將標(biāo)準(zhǔn)模板配置改為4 m。此項(xiàng)目模板體系中有標(biāo)準(zhǔn)模板、非標(biāo)準(zhǔn)模板、角模、木模板。標(biāo)準(zhǔn)模板配置如圖3所示。

圖3　模板標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 The structure of standard template

4.2.2動力體系根據(jù)前文，頂模中的動力體系主要選擇液壓油缸，東塔中將4個液壓油缸分別設(shè)置在支撐位置，相關(guān)參數(shù)如下表3所示。支撐柱選擇小牛腿進(jìn)行控制，在支撐柱上分別有兩個桿件，配置箱型截面支撐，每個支撐包括四個可伸縮的牛腿，共有32個牛腿，牛腿不斷的伸出和縮回，完成豎向爬升功能。

表3　液壓油缸特征參數(shù)表Table 3 The characteristic parameters of hydraulic cylinder

4.2.3控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)需要對4個液壓缸和32個小缸進(jìn)行控制，其中液壓控制系統(tǒng)通過同步控制來實(shí)現(xiàn)4個大缸油量調(diào)整，完成大缸的同步頂升，電控系統(tǒng)對頂升系統(tǒng)的工作進(jìn)行檢測調(diào)控，包括對主缸頂升行程與壓力的檢測控制。

4.2.4操作平臺東塔的操作平臺由工字鋼或者H型鋼焊接成鋼桁架，包括一級桁架、二級桁架（內(nèi)外圈）、三級桁架。鋼桁架操作平臺應(yīng)當(dāng)有足夠的空間來吊裝勁性構(gòu)件，平臺的支點(diǎn)設(shè)置在核心筒內(nèi)，滿足操作平臺的堆砌要求，減緩變形。

4.3模板安裝

基于東塔施工進(jìn)度，頂模在完成核心筒第一層施工之后進(jìn)行安裝，洞口預(yù)留在一層墻體中，裝設(shè)鋼桁架操作平臺以及吊裝體系。吊裝結(jié)構(gòu)根據(jù)提前設(shè)計(jì)好的標(biāo)準(zhǔn)模板設(shè)計(jì)布置來分組進(jìn)行，將其連續(xù)擺放，先完成臨時固定，接著在鋼模板上安裝背楞，最后用直徑20的螺桿對桁架背楞進(jìn)行鞏固。頂模的具體安裝過程如上文中圖2所示。

5　結(jié)論

本文分析了爬模和頂模兩種模板體系，在實(shí)際施工過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)對施工質(zhì)量、安全、速度等方面的要求來進(jìn)行選擇。爬模在安全和質(zhì)量保證上由于頂模，頂模在施工成本、速度、技術(shù)方面占據(jù)了很大的優(yōu)勢。廣州東塔項(xiàng)目中的建筑，考慮到成本、質(zhì)量、速度等眾多原因，選擇頂升模板體系，文中對模板體系的具體選擇配置進(jìn)行了詳細(xì)的介紹分析，為超高層建筑模板體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用提供了實(shí)際基礎(chǔ)。目前，頂模技術(shù)在超高層建筑中應(yīng)用較多，在以后的發(fā)展中也會不斷得到改進(jìn)，使之更適用現(xiàn)代建筑的需求。

［1］許蕾.高層建筑施工技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)量控制策略探析［J］.民營科技，2015（11）：140

［2］彭益鋒，莊軼.某超高層CBD結(jié)構(gòu)方案選型分析［J］.廣東土木與建筑，2015（8）：7-10

［3］秦樹亮.斜墻液壓整體爬模模架結(jié)構(gòu)分析與施工控制［D］.重慶：重慶大學(xué)，2014：9-22

［4］李鳳君.王府井國際品牌中心工程單側(cè)支撐模板體系施工研究［D］.北京：清華大學(xué)，2015：10-11

［5］白雪，馬海彬，姚傳勤，等.超高層建筑頂升模板體系設(shè)計(jì)及模態(tài)分析［J］.工業(yè)建筑，2013，43（5）：14-17，51

The Optimal Design for the Template System of High-rise Building

LV Ting1，XU Lin2
1.Faculty of Architectural Engineering，Civil Engineering and Environment/Ningbo University，Ningbo 315211，China
2.College of Architecture and Civil Engineering/Xihua University，Chengdu 611930，China

At present，the construction of template system occupies a very large amount of labors in a high-rise building，therefore，it is necessary to optimize a template system.This paper classified and reviewed the common climbing form-work and jack-up form-work system respectively and analyzed the template system in Guangzhou East Tower Project so as to provide a theoretical and practical basis for the optimal design of template system in high-rise buildings.

High-rise building；template system；optimal design

TU972

A

1000-2324（2016）05-0749-04

2016-06-08

2016-07-28

呂婷（1990-），女，浙江衢州人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu).E-mail：15267852224@163.com