超高層建筑中模板體系的選擇與應用

吳超洋 徐秋恒 王文涵 徐爭光 陳 奇

中建三局第三建設工程有限責任公司 上海 200333

1 工程概況

杭州世茂智慧之門項目是由5棟樓組成的城市綜合體，項目總建筑面積370 000 m2,建成后將成為與國際文化兼容并包，集辦公、商務、商業、教育、生活休閑于一身的多業態、多功能標志性城市商務綜合體。

其中A、B塔樓內側為核心筒剪力墻結構體系，外側為“巨型柱-巨型斜撐-環桁架”鋼結構體系，鋼梁通過核心筒內預留連接件與內側形成一個整體，鋼結構外側存在8根巨型鋼骨混凝土柱，沿結構外立面設置巨型斜撐將巨柱與鋼結構連成一個封閉的整體。

2 研究背景

超高層建筑的混凝土結構往往具有截面尺寸大、混凝土澆筑量大、混凝土強度高等特點，在對模板進行選用時需斟酌。

使用傳統的模板，耗費大量的安拆時間，采購大量的模板將會帶來極大的材料成本，加之模板材料周轉需輔助配合，造成塔吊、施工電梯的使用頻次相應增加，在過程中也存在較大的安全風險。為此，項目部對市場上使用的模板進行績效評價和方案分析，編制專項施工方案，以保證工程的質量、進度，提高模板施工效率、降低成本[1-3]。

3 不同部位模板體系選擇

3.1 地下室模板體系選擇

本工程共3 層地下室，地下室總建筑面積近100 000 m2，最大剪力墻厚度為1 400 mm，最大柱子截面尺寸為2 600 mm×2 600 mm。存在2種可供選擇的模板體系：木模及GMT模板。

1）木模。木模為現代建筑工程行業最常見的模板體系，靈活輕便，不受結構變化影響，遇到特殊結構可在現場進行裁剪處理。在施工中技術成熟，班組熟悉程度高。項目地下室墻柱截面尺寸較大，一般的木模剛度及強度難以保證大截面混凝土施工時的可靠性，無法滿足地下室結構施工質量要求。同時，由于地下室結構工期較緊，勢必會造成地下室模板滿配的情況發生，受制于地上模板體系施工影響，木模實際周轉次數將會極低，甚至無法周轉，成本方面會顯得較高。

2）GMT模板。GMT材料是一種復合材料，具有質量輕（＜10 kg/m2）、強度好、周轉次數多（可達上百次）、成活美觀、可回收等優點，符合國家提倡的節能環保要求，是一種很有前途的新型材料。定尺GMT模板在出廠時已經設計好對拉螺栓孔和釘子孔，為現場施工節約了時間。GMT模板設計為標準塊，墻和頂板的邊角部位使用木模裁切。它與混凝土親和力差，清理方便，脫模劑用量很少。這樣的散拼早拆方式，一次性投入比木模大，但它基本上可以全部回收，用于下一個工程。它的所有材料周轉次數都大于百次，攤銷成本比木模低得多。在質量方面，GMT模板強度高，清理簡單，拆卸損傷少，混凝土澆筑后可達到免抹灰程度。另外，GMT模板為早拆體系，隨著地下室分區施工，在工期要求范圍內，模板存在周轉空間，地下室模板整體成本投入量相對較低。

根據上述分析，地下室模板體系選擇GMT模板。

3.2 地上外框巨型柱模板體系選擇

A、B塔樓外框存在8根鋼骨混凝土巨柱，巨柱尺寸從2 400 mm×2 400 mm經數次縮減，變為900 mm×900 mm，巨柱通過連續鋼斜撐進行連接，在斜撐與巨柱交接部位，截面構造復雜，同時由于地上結構標準層高4.2 m，避難層高達5.2 m，導致混凝土澆筑時下部壓力極大，加固體系設計困難。僅存在2種模板支撐體系可供選擇：鋁模、木模。

1）鋁模。鋁模為一種高強鋁合金模板，具有高周轉、免抹灰的施工特點。同時鋁模現場安裝簡單，人工效率較高，支設時間短。經深化設計，鋁模可采用特殊設計的鋼管桁架背楞，達到只通過巨柱四角對巨柱進行加固的效果，避免了在巨柱內部穿設對拉螺桿，能在滿足現場施工要求的情況下，減少后期修補工作的資源投入。

2）木模。木模施工巨柱的優勢在于靈活可變性，在巨柱斜撐與樓承鋼梁位置能夠進行精確定位，保證模板與鋼構件的緊密結合。但木模的拆卸及安裝時間相對較長，周轉能力較弱，因此會對現場工期及成本造成較大影響。同時，巨柱混凝土強度均為C50，澆筑時釋放大量的水化熱，對加固模板體系的牢固程度是個巨大的考驗，一般木模的剛度較低，無法滿足使用要求。

綜上所述，地上外框巨柱采用鋁模模板。

3.3 地上核心筒結構模板體系選擇

A、B塔樓核心筒為一個20 m×20 m的正方形剪力墻結構（圖1），建筑物總高度為272.2 m，標準層層高為4.2 m，核心筒內部主要結構為電梯井道、衛生間、消防逃生樓梯與公共走道。核心筒結構外側墻面隨結構爬升向內收縮。受建筑高度及層高限制，傳統木模明顯不適用。核心筒外墻可供選擇的模板體系為爬模、滑模與頂模，核心筒內側模板體系可供選擇的為木模及鋁模。

3.3.1 爬模、滑模與頂模的方案對比

1）爬模系統具有操作簡便靈活、爬升安全平穩、速度快、模板定位精度高、施工過程中無需其他輔助起重設備等特點，可整體爬升，也可單榀爬升；操作方便，爬模架一次組裝后，一直到頂不落地，節省了施工場地，而且減少了模板，特別是面板的碰傷損毀。可節省大量工時和材料，整體經濟性較好。同時爬模為WISA木模，可配合核心筒內模板實現核心筒內外、豎向與水平結構的同步施工。

圖1 A、B塔樓核心筒結構平面布置示意

2）滑模機械化程度高、施工速度快、場地占用少、安全作業有保障，但其施工過程非常緊湊，在混凝土凝固前必須向上滑動模板，混凝土凝固以后則無法滑動，且由于在混凝土凝固前滑動模板，故在混凝土結構表面觀感和結構垂直度控制等方面有較大困難。

3）頂模工藝為整體提升式，低位支撐，電控液壓自頂升，可形成一個封閉、安全的作業空間，模板、掛架、鋼平臺整體頂升，具有施工速度快、安全性高、機械化程度高、節省勞動力等多項優點。但頂模系統用鋼量大，造價較高。

綜上比較，本工程核心筒剪力墻外側模板選用爬模。

3.3.2 標準層鋁模與木模的方案對比

圍繞著爬模體系，核心筒內側存在2種模板可供選擇：木模與鋁模。考慮到本工程為超高層建筑，地上結構占用了大多數的工期與成本，因此地上模板選擇尤為重要。

對于內側模板，模板由現場勞務班組進行拼裝加固，故施工效率為第一因素，同時兼顧考慮安全、質量、成本因素，選擇了施工較為便捷的鋁模。

3.3.3 非標準層模板體系的選擇

A、B塔樓核心筒避難層高度為5.2 m，位于結構12、25、38、51層，由于地上標準層使用爬模與鋁模組合施工模板體系，故此位置無法重新大面積選擇另類模板體系，此部位可選擇的模板支撐方式有3種：全鋁模、全木模、鋁木結合。

1）全鋁模施工方案。本工程避難層相比標準層，若全部使用鋁合金模板需增補模板面積達450 m2，且僅需周轉4次，相對高昂的成本，實際使用次數過低導致從鋁模中獲得的收益明顯降低。

2）全木模施工方案。受制于結構特點的影響，全木模的材料垂直運輸較為困難，且此層為結構避難層，每隔12層設置一層，模板、架料使用后無法大面積周轉，在施工與成本方面均不占優勢。

3）鋁木結合施工方案。以鋁模體系為基礎，對豎向墻體鋁木結合細部節點進行深化，在不新增鋁模的條件下，使用少量木模進行填充。使用鋁木結合施工技術可有效降低單獨使用鋁模或木模產生的成本，同時由于木模使用量較少，施工周期與鋁模相比無需延長，直接或間接地降低生產成本。

經分析，非標準層模板體系使用鋁木結合模板體系。

4 應用與實施效果

4.1 地下室GMT模板應用

GMT模板施工前，廠家設計人員根據施工圖紙進行CAD配模。在現場進行模板的試拼、預排。對于部分不符合GMT模板尺寸模數的非標部位，采用傳統膠合板進行 散拼。

在地下室施工前，針對地下室厚1 400 mm巨型剪力墻與2 600 mm×2 600 mm巨型結構柱等重難節點，單獨進行設計，配備特殊結構模板，采用單面支撐＋對拉螺桿的方式加固，滿足現場施工要求。

施工時，按照后澆帶分布將整個地下室分為8塊區域，采取分段施工的方式，充分利用了GMT模板早拆特點，使GMT模板周轉次數達到8～10次，大大減少了鋼管架料及模板的施工費用（圖2）。

4.2 巨型柱鋁模板應用

巨型柱最大截面尺寸為2 400 mm×2 400 mm，普通模板很難對巨柱進行有效加固，在使用鋁合金模板的基礎上，將鋁合金方鋼背楞改為定制的鋼桁架背楞（圖3），大大加強了巨柱模板的整體強度與剛度，使施工質量得到了有效保證。

圖2 GMT模板實際應用效果

圖3 巨型柱鋼桁架背楞

由于本工程的特殊性，部分鋼梁與斜撐構件需與巨柱內插型鋼連接，巨柱模板不可避免地與鋼構件交叉，考慮在交接位置留設木模加固接頭，使用木模進行封邊，提高了巨柱成形質量。

4.3 核心筒爬模與鋁模組合應用

在爬模與鋁模的實際應用過程中，主要解決以下幾個問題：

1）同一面墻爬模與鋁模對拉螺桿位置協調統一。鋁模螺桿豎向高度需與爬模橫楞豎向高度一致；同時爬模外墻提供4道主橫楞，鋁模提供另外4道截面為40 mm×60 mm的橫向背楞。

2）爬模與鋁模在陽角位置的搭接。爬模厚18 mm木模板伸出墻端邊線55 mm，爬模的工字梁伸出墻端邊線55 mm，利用爬模壓住鋁模的邊框進行連接。

3）爬模與鋁模平面搭接加固方式。第1道、第3道及第5道背楞，墻端設計異形背楞，利用爬模緊固螺桿與異形背楞斜拉加固，要求爬模端部橫楞伸出墻端的尺寸是統一固定的尺寸，且不大于150 mm；第2道、第4道及第6道背楞，利用鋁模帶角鐵斜拉背楞，采用斜拉螺桿進行連接斜拉加固。

通過爬模與鋁模組合施工的方式，核心筒平均施工進度縮短至5.5層/d，施工質量達到免抹灰條件，直接或間接降低成本近550萬元。

4.4 非標準層鋁模與木模組合應用

避難層（非標準層）層高由標準層4.20 m增加到5.25 m，導致鋁模墻體配模高度不足，不足之處使用木模接高處理（圖4）；梁截面尺寸不變，板厚由150 mm增加到200 mm，原梁側模無法使用，考慮將鋁合金梁側板更換為木模板，兩側采用對拉螺桿加固（圖5）。

圖4 墻墻及墻板部位鋁木模板安裝

圖5 梁板部位鋁木模板安裝

其余部位均使用標準層鋁模材料，更換的鋁合金梁側模傳遞至下一個標準層使用，將鋁模與木模進行最大限度的結合，在保證施工質量的基礎上，避免單獨使用鋁模或木模帶來的材料成本投入。

5 結語

本文針對特定設計結構的超高層建筑，對模板的選擇、方案的確定、應用過程中解決的問題及實施效果等方面進行了全面分析，為今后類似超高層建筑的模板體系選擇及應用提供了豐富的經驗及可借鑒的依據。