鋁合金模板在超高層鋼柱環(huán)梁復雜節(jié)點中的應用

李孝楠 任范林 劉 源

中建一局華江建設有限公司 北京 100161

1 工程概況

廣西南寧GIG國際金融資本中心工程總建筑面積約為123 000 m2。地下5層，地上43層，建筑高度210.45 m，建筑平面形狀復雜，呈多曲線圓弧形花瓣狀。4層以上為標準層，標準層層高4.5 m。該工程結構形式為混凝土框架核心筒結構，外框柱為16根鋼管混凝土柱，鋼管柱強度等級為Q345B，直徑為900～1 300 mm，壁厚20 mm，從地下5層延伸至地上33層，33層以上外框柱為混凝土柱。

2 鋼管混凝土結構模板選擇

2.1 模板配置要求

1）塔樓地上標準層40層，宜選用周轉次數(shù)多的模板。

2）水平模板只需要根據(jù)結構變化增減或替換一定數(shù)量的模板即可實現(xiàn)模板的整體拼裝。

3）超高層建筑要求模板體系安全方便，施工效率高。

4）鋼管混凝土環(huán)梁模板需定型化，安拆方便且保證環(huán)梁成型后的觀感質量。

2.2 各類型模板對比分析

經(jīng)過多種模板體系技術經(jīng)濟對比分析（表1），綜合技術、工期、成本、安全、文明措施、環(huán)保措施等多種因素考慮，最終選定采用鋁合金模板體系。鋁合金模板周轉使用次數(shù)明顯高于木模、鋼模板、塑料模板等，尤其在層數(shù)高的超高層建筑施工中優(yōu)勢顯著。經(jīng)測算，本工程采用鋁合金模板與傳統(tǒng)模板費用基本持平[1-2]。

表1 各類型模板對比分析

3 鋁合金模板設計

3.1 鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點

3.1.1 鋼管混凝土環(huán)梁節(jié)點模板選擇

本工程外框柱為16根鋼管混凝土柱，從地下5層延伸至地上33層，環(huán)梁通過鋼管壁貼焊的2道鋼筋抗剪環(huán)與鋼管混凝土柱進行連接，每層16個環(huán)梁，共計608個鋼管混凝土柱環(huán)梁。環(huán)梁數(shù)量較多，且環(huán)梁直徑隨鋼管柱直徑不斷變化（表2），因此，鋼管混凝土柱環(huán)梁的施工直接影響整體工程的施工進度及工程質量。

表2 鋼管柱直徑變化

傳統(tǒng)鋼筋混凝土環(huán)梁模板主要有以下2種形式；

1）形式1：采用普通平面木模板鋸條散拼，內(nèi)側采用鍍鋅鐵皮連接成整體，外圍加固體系采用木模＋木方、鋼管加固。

2）形式2：采用定型鋼模＋型鋼抱箍加固。

形式1澆筑混凝土的觀感質量差，難以滿足環(huán)梁優(yōu)美的圓弧形外觀，且浪費平面木模板；而形式2采用定型鋼模成本高，在狹小場地安裝、拆模極其不便。這2種形式在施工成本、施工質量及施工效率上均存在較大的限制，因此環(huán)梁節(jié)點施工是一大難題。

本工程非標準層以下采用傳統(tǒng)木模板施工環(huán)梁節(jié)點時，1個環(huán)梁節(jié)點需采用8張整塊木模板裁剪拼接，嚴重浪費材料及人工。

針對鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點，本工程采用鋁合金模板并在設計時根據(jù)不同環(huán)梁直徑配置4塊尺寸相同的模板底模和4塊寬100 mm的支撐梁模板，外側模板采用小塊弧形鋁模拼接成圓形，小塊鋁模間采用銷釘進行連接；鋼管混凝土柱環(huán)梁模板與混凝土梁模板采用連接件進行連接。

但因環(huán)梁直徑變化9次，每次縮小50 mm，如每次環(huán)梁直徑縮小均重新配置模板，將造成材料浪費和成本增加，故經(jīng)過技術部深化設計，環(huán)梁直徑縮小50 mm時不重新配模，模板按環(huán)梁直徑未變化時施工，環(huán)梁模板與鋼管柱50 mm間隙處采用套箍封底（套箍底部采用4根立桿支撐）后抹水泥砂漿封閉（圖1）。

經(jīng)過深化設計后，相當于環(huán)梁鋼筋保護層加大了50 mm，不影響正常結構。當環(huán)梁直接縮小100 mm時，重新配置模板。

3.1.2 施工方法

圖1 環(huán)梁模板平面布置

1）項目將鋼管混凝土柱進行深化設計，采用兩層一吊的方式進行吊裝。一般鋼構件吊耳均設置于構件外部，鋼構件安裝完成后切除。但當環(huán)梁內(nèi)側鋼筋外皮與鋼管柱外皮間的尺寸小于吊耳寬度時，即會影響環(huán)梁鋼筋吊裝。經(jīng)過一系列計算及設計確認后，采用在鋼管柱內(nèi)襯鋼管對稱位置開孔（開孔數(shù)量及位置需經(jīng)過計算確定）的方法，并加大焊接面積，解決了耳板與環(huán)梁吊裝相沖突的問題。使用磁力鉆在鋼結構加工廠完成吊孔加工，加工尺寸及位置要精確，保證鋼管柱起吊后自然垂直，重心處于鋼管柱中心線上（圖2）。

圖2 內(nèi)襯管開孔示意

2）鋼管混凝土柱吊裝完成后安裝環(huán)梁套箍，并調(diào)好標高（套箍長為周長每邊做小50 mm，通過螺絲連接）。

3）先安裝1塊支撐梁模板后再安裝支撐立桿。

4）順時針將環(huán)梁底模安裝在套箍上。

5）順時針依次安裝剩余3塊支撐梁底模和環(huán)梁底模。

6）環(huán)梁底模安裝完成，校正垂直后再安裝環(huán)梁側模板。

7）梁側模板安裝時應先安裝1/4環(huán)梁模板內(nèi)的圓弧標準板，再安裝梁側的與框架梁連接的異形圓弧板（圖3）。

圖3 環(huán)梁模板

8）根據(jù)工程的施工安排，可預先加工若干層鋼管混凝土柱環(huán)梁。

環(huán)梁鋼筋下料要精確，環(huán)梁環(huán)筋采用鋼筋彎弧機進行加工，環(huán)筋采用定制模具（根據(jù)不同環(huán)梁直徑定制）進行限位點焊。該模具圓環(huán)定位筋及圓環(huán)內(nèi)支撐鋼筋（長度3 000 mm）均采用φ20 mm鋼筋，限位鋼筋采用高100 mm的φ16 mm鋼筋（間距根據(jù)環(huán)筋不同間距設置），通過焊接連接成整體（圖4）。

圖4 環(huán)梁環(huán)筋限位器示意

吊裝時將φ14 mm鋼絲繩穿過環(huán)梁全部面筋（采用4個吊點，水平間距90°布置，確保起吊安全），吊裝處箍筋與主筋應全部點焊加固，防止鋼筋變形、綁扎鐵絲斷裂。環(huán)梁鋼筋穿過鋼管柱下落過程中盡量避免環(huán)梁內(nèi)側鋼筋與柱體摩擦，且下落過程要緩慢，避免環(huán)梁撞擊模板引起模架垮塌。

3.2 外側結構梁圓弧模板

本工程建筑平面形狀復雜，呈多曲線圓弧形花瓣狀；南北側弧度均為14.25°，東西側弧度均為14.55°，四角弧度為90°。為了保證工程質量、觀感效果及工期要求，梁模板的施工成為關鍵，只有嚴格控制梁模板的支設和幾何尺寸，才能保證施工完成后形成完美的圓弧曲線，因此需對外側結構梁鋁合金模板進行專門設計，根據(jù)不同弧度進行加固。

多曲線圓弧形測量控制施工的重點：施工放樣依據(jù)縱橫軸線控制線建立，首先計算圓弧弦點與縱、橫軸線的間距和垂距，然后以縱橫軸線為依據(jù)放樣弦點，最后將弦點連成弦線組成近似圓弧（圖5）。

本工程外側結構梁圓弧模板底部支撐采用雙立柱支撐，立桿間距900 mm，梁底中間鋪板，梁底支撐模板寬100 mm，布置在梁底兩側。為了保證弧形梁上下口徑一致，也為了澆筑混凝土時更好地確保圓弧梁的外形，我們在圓弧梁中部增設1道對拉螺桿，并在對拉處模板內(nèi)側設置與梁截面相同的水泥支撐條，這樣既保證了梁模板的幾何尺寸，也保證混凝土澆筑完成后外觀曲線的美觀。

圖5 圓弧線放樣

4 本工程鋁合金模板優(yōu)點總結

4.1 周轉次數(shù)多

鋁合金模板周轉使用次數(shù)明顯高于木模、鋼模板、塑料模板等，尤其在層數(shù)高的超高層建筑施工中。經(jīng)測算，本工程采用鋁合金模板與傳統(tǒng)模板費用基本持平。

4.2 節(jié)約工期，減少人力物力投入

鋁合金模板全部采用工廠預加工后現(xiàn)場組裝，安拆方便，減少勞動量，且模板轉運無需采用塔吊及卸料平臺，每層約節(jié)省費用2萬元。

4.3 面層免抹灰，降低成本

使用鋁合金模板體系，結構面可達到清水混凝土效果，內(nèi)墻面可取消抹灰找平，從源頭上避免了墻面抹灰空鼓等質量通病；減少了水泥、砂的原材料使用和人工的投入，節(jié)約材料及人工費用約30元/m2（裝修需抹灰位置）。因墻面取消抹灰，工程進度每層縮短1～2 d，大大加快了整體施工進度。

4.4 工程間周轉再次利用

本工程鋁合金模板體系80%以上的模板為有固定模數(shù)的標準板，周轉至下一個工地只要修改構件交接處的非標準板，即可實現(xiàn)再利用，節(jié)約下一工程的模板費用。

4.5 回收價值高

鋁合金模板體系中的鋁板報廢后仍可按鋁回收，殘值高，可間接節(jié)約該體系的購買成本。

5 結語

施工實踐證明，采用鋁合金模板不僅加快了工程整體施工進度，確保了工程質量，節(jié)約了成本，也解決了本工程鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點這一施工難點。同時，鋁合金模板系統(tǒng)所有材料均為可再生材料，符合國家對建筑節(jié)能、環(huán)保、低碳、減排的規(guī)定，值得大力推廣使用。