鋁合金幾字梁組合體系在清水混凝土中的應用

王欣鵬 張 奎 鄭永超 張 楠 冉星晨

中建一局集團第三建筑有限公司 北京 100161

隨著建筑業的發展，越來越多的建筑師將清水混凝土作為其建筑設計理念的重要素材，用混凝土與生俱來的裝飾性特征來表達建筑傳遞出的情感。清水混凝土是混凝土中的“工藝品”，它是一次澆筑成形、不做任何修飾的混凝土，直接采用現澆混凝土的自然表面效果作為飾面，強調混凝土的自然表現機理[1]。但由于多方面原因，目前國內的清水混凝土大多數都在施工完成后采取各種措施進行修飾，而這與清水混凝土所反映的崇高自然、質樸無華、返璞歸真的建筑情感有所沖突。

目前清水混凝土施工的木模板支撐體系中，龍骨主要采用木方、鋼管、鋼包木、矩管、槽鋼、木工字梁等材質，在施工超高、超厚墻體時存在剛度小、自重大、整體性差、模板支拆及加固難度大、工效低等問題，清水混凝土成形質量不易保障。

京東集團西南總部大廈項目在超高勁性清水混凝土施工中采用鋁合金幾字梁木模板組合體系，發現在清水混凝土的蟬縫、明縫、螺栓孔及整體外觀成形質量方面都有所提高，同時鋁合金幾字梁木模板組合體系整體性強、支拆簡便，提高了施工效率，為高標準實現清水混凝土飾面效果提供了可靠保障。本文總結出了在施工中需要注意的關鍵點，可給類似工程的施工提供參考。

1 工程概況

京東集團西南總部大廈清水混凝土工程（圖1），設計中融合了傳統“中國結”的元素，是一座呈“8”字交錯的建筑，每4層層疊，連環的“8”字象征著連綿長久，含有永恒之意。本工程交錯懸挑區域結構外露部分均采用清水混凝土，獨立最大高度28.5 m，累計面積達10 000 m2。勁性清水混凝土核心筒，每層2個，承重墻體厚600 mm，其中填充墻為薄墻，僅厚150 mm。

2 技術特點

1）根據施工圖進行模板組合體系設計、排版，通過定制的新型鋁合金幾字梁作為次龍骨，既保證了模板組合體系的剛度，又減輕了自重，便于吊裝和安拆，簡化了模板的施工難度，提高了施工效率。

圖1 項目實體效果圖

2）采用PVC＋尼龍材質定制的螺栓型堵頭，堵頭的螺母有自緊功能，確保了螺栓型堵頭與模板貼合的緊密度，避免了普通螺栓堵頭與模板貼合不緊密而出現的“熊貓眼”“砂眼”等質量問題。

3）蟬縫（面板拼縫）處采用涂抹結構密封膠，防止了漏漿、錯臺、失水等質量通病。

4）明縫（施工縫兼誘導縫）采用等腰梯形截面PVC條，凹槽形式，增強建筑的立體感，控制了混凝土結構自身的收縮裂縫，同時解決了新舊混凝土的接縫問題。

5）根據建筑結構的尺寸和特點，利用BIM模型合理設計配置模板，提高模板周轉率。

3 實施要點

3.1 模板深化設計、排版

清水混凝土既是結構又兼顧裝飾效果的做法，故要以裝飾裝修的設計及管理思路進行設計和施工。深化設計決定著清水混凝土施工的最終效果，其相關深化軟件可以采用Revit & Grasshopper、SketchUp、Rhinoceros、CAD等。

3.1.1 構建三維模型

根據建筑結構的尺寸和特點進行模板的排版，建立三維模型（圖2），清水混凝土模板設計主要包括：模板的排版設計、螺栓孔設計及排布、模板加固體系設計、明縫條及誘導縫設計、洞口加固設計、預留預埋綜合設計等。充分結合原設計借助計算機放樣進行，堅持對中、對齊原則，盡量少裁切模板，模板根據建筑物構件的幾何尺寸盡量標準化、模數化，保證了混凝土構件成形效果的美觀，同時有利于節約模板。

明縫應根據模板分塊大小、混凝土澆筑高度等需要設置，明縫應規律，分割范圍的幾何尺寸宜與模板模數吻合[2]，同時應兼顧施工縫與誘導縫，明縫的設置可以有效解決超高建筑物混凝土無法一次澆筑的問題，完美處理了新舊混凝土的接縫問題，同時控制混凝土結構自身的收縮裂縫，滿足美觀的要求。蟬縫即模板拼縫，蟬縫的間距與模板模數吻合，蟬縫應豎向成線、水平交圈。

圖2 模板蟬縫、明縫、螺栓孔排版的三維模型

螺栓孔的排布應規律，縱橫成線、水平交圈，間距宜與模板模數吻合，以利于模板拆除后周轉利用，同時滿足加固需要。為滿足美觀的需求，不易設置或無法設置時應設置假眼裝飾孔，所有螺栓孔的位置應在設計圖上標注。

3.1.2 出具二維圖紙

根據三維模型效果出具二維圖紙，指導現場工人進行模板裁切、螺栓孔開設、模板拼裝、明縫條安裝等工作。

3.2 模板組合體系拼裝

3.2.1 組合模板體系配置

鋁合金幾字梁木模板組合體系組成[3]：采用厚18 mm的優質清水專用覆膜標準尺寸模板（2 440 mm×1 220 mm）作為面板，根據建筑結構的尺寸和層高進行模板的裁切（圖3），高度方向為2塊標準模板的尺寸（4 880 mm）＋1條明縫條的寬度（20 mm），寬度方向根據結構構件的水平投影邊長分成12等分（12 600÷12＝1 050 mm），如圖4所示。每塊面板設置8個對拉螺栓，4排2列均布，主龍骨使用雙槽鋼（10#），間距610 mm，次龍骨使用新型鋁合金幾字梁型材（75 mm×70 mm），間距200 mm，拼裝整體效果如圖5所示。

圖3 模板平面布置示意

3.2.2 組合模板體系細部構造

1）龍骨體系。主龍骨選用雙槽鋼（10#），間距為610 mm；拉桿選用M16高強通絲對拉螺栓，模板底部兩排對拉螺栓采用雙螺帽，如圖6所示。配優質PVC套管及定制清水專用堵頭，清水專用覆膜模板和新型鋁合金幾字梁之間用自攻螺釘連接（節點A），次龍骨與主龍骨槽鋼之間用φ14 mm鉤頭螺栓連接穩固，大模板之間采用新型幾字梁和步步緊連接（節點B），模板系統支撐架采用定制槽鋼支架及鋼管撐桿結合使用。

圖4 模板體系立面示意

圖5 模板體系效果圖

圖6 模板體系拼裝橫截面

2）次龍骨與面板。面板采用定制的新型鋁合金幾字梁型材（75 mm×70 mm）進行連接（圖7），龍骨間距200 mm，從面板后面安裝高強自攻釘（4×10 mm）加固面板[4]，保證混凝土表面無釘子孔，自攻釘間距105 mm。模板面板拼縫采用涂抹結構密封膠，有效防止拼縫失水、漏漿，面板背面設置連接片，杜絕了拼縫處的錯臺現象。模板面板的周轉次數可根據選用模板的質量進行確定，WISA模板周轉次數可達10次以上。

3）對拉螺栓。對拉螺栓選用M16高強對拉通絲型螺栓（圖8），施工操作方便、截面精度易控制、表面無污染。嚴格控制板面與螺栓堵頭之間的縫隙，使螺栓孔不跑漿。與對拉螺栓配套的定制清水專用堵頭應有足夠的強度，PVC套筒能有效保證墻截面尺寸及強度，以免造成孔眼變形或漏漿，影響墻體平整度，拆模后將堵頭取出可以重復使用。

圖7 鋁合金幾字梁與面板連接示意

圖8 高強對拉螺桿配件

4）定制螺栓型堵頭。清水混凝土表觀效果要求高，尤其是線、面、縫、洞等細部處理，為減少螺栓孔的失水率，采用了定制堵頭（材質為PVC＋尼龍），新設計的堵頭改變絲桿尾部立角（圖9），將與模板接觸端的末端絲紋增加成倒角[5]，使得絲帽緊固模板時能達到更好的緊固效果。螺栓型堵頭可保證螺母與模板形成夾緊式固定，避免其發生不同步變形。

圖9 定制螺栓型堵頭加工示意

模板拆除后采用抗裂砂漿封堵螺栓孔，如圖10所示。

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5）明縫。本工程明縫按要求設計為凹槽形式，以增強建筑的立體感。模板明縫使用等腰梯形截面明縫條（圖11）。采用自攻螺釘（4×25 mm）將明縫條固定在清水專用模板上，明縫條要求水平、垂直方向交圈。

圖10 成形螺栓孔及封堵后效果

圖11 PVC明縫條安裝示意

3.3 模板組合體系安裝、加固

3.3.1 樓層施工縫處理

施工縫采用隱藏式蟬縫，施工時為了滿足清水混凝土的整體風格和質量要求，又為了滿足施工的需要，將施工縫留置于明縫條內，拆模后滿足觀感的要求，同時確保了施工縫留設的高度一致，進行施工縫鑿毛處理后不會影響清水混凝土的整體效果。清水混凝土一次澆筑至建筑標高處，外墻面板板面安裝明縫條隔斷成線條（圖12）。拆模后取出內外墻埋設模板，外墻剔鑿20 mm至明縫條位置。下一次澆筑混凝土之前在明縫處放置寬20 mm、深12 mm的明縫條。

上層墻體模板支設及加固時，利用下層螺栓孔固定大模板支撐架，此架作為上層模板的支撐體，將模板與已澆混凝土墻面貼緊，利用固定于模板板面的裝飾條，避免模板下邊錯臺、漏漿，貼緊墻并將墻面清理干凈，以防因墻面與模板之間夾渣造成漏漿，如圖13所示。

圖12 施工縫節點示意

圖13 施工縫接槎節點示意

3.3.2 墻體陽角加固

陽角處通常出現的問題就是拼縫不嚴密，造成陽角處漏漿、失水等質量問題。因此，在模板的拼縫處墊厚1.5 mm的海綿膠條，采用雙止水口方式進行支撐，使受力角點直接與模板接觸力點對應，并適當增加扣件或連接構件數量，采取將受力點增加附加斜拉座的方式進行處理，如圖14所示。

圖14 陽角加固45°斜拉座節點示意

鋁合金幾字梁木模板組合體系采用厚度為15 mm的鋼板（Q235A）作為吊裝掛件，考慮吊裝的平衡性和穩定性，掛件形狀為“之”字形，長度600～800 mm，在主龍骨雙槽鋼處進行焊接，用直徑16 mm（HPB300）的鋼筋把整體大模板體系的主背楞進行焊接連接，再與掛件焊接，使之和整個體系成為一體，便于吊裝，如圖15所示。

圖15 模板組合體系吊裝點立面、剖面

3.4 模板拆除

1）模板應在混凝土同條件試件強度達到3 MPa（冬期不小于4 MPa）時拆除，拆模后應及時養護，以減少混凝土表面的色差、收縮裂縫等現象。

2）清水混凝土應比普通混凝土拆模時間延后，在夏季拆模時間為48 h。在氣候有明顯變化時，應在滿足規范的前提下，根據具體情況，由技術部確定拆模時間。

3）柱模板的拆除：柱混凝土強度達到4 MPa時即可拆除柱模板，拆模時間根據室外溫度可適當調整，在冬季時應延長拆模時間。拆模前應先松卸掉加固支撐及緊固鋼絲繩，然后用撬棍輕輕撬動模板，使模板離開柱體。拆除時撬棍不能頂在混凝土面上，防止將混凝土表面破壞（不得已時可加墊板）。模板吊裝時應有人專門負責，防止模板吊裝過程中將混凝土表面碰壞或劃傷。

4）拆模的流向為先澆先拆，后澆后拆。模板的拆除順序與模板安裝順序相反。

5）在拆除模板過程中應加強對清水混凝土成品和對拉螺栓孔眼的保護，清水混凝土拆模效果如圖16所示。

圖16 清水混凝土拆模效果

6）拆下的模板應按規格分類堆放整齊，及時清理其上面的混凝土、砂漿殘渣。難以清除時，可采用模板除垢劑，不準硬砸，模板板面破損處用水泥膩子修補，若發現不平或肋邊損壞變形應及時修理，清除好的模板應及時涂刷脫模劑，拆下的扣件應及時收集管理。

7）清水模板加工完畢后，豎放在平整堅實的地面上，下面墊木方。為避免產生變形及受潮，應搭設堆放架（圖17），嚴禁面板朝下接觸地面。面板上加蓋彩色防雨布，吸附灰塵和防止雨淋。

圖17 堆放架立面示意

4 注意事項

4.1 鋼筋的措施

為保證混凝土拆除模板后無露筋、保護層過薄現象，達到清水飾面效果，需從翻樣、制作、綁扎這3個環節層層控制。

4.1.1 鋼筋保護層厚度

鋼筋保護層厚度≥30 mm ，采用水泥墊塊。各種鋼筋下料及成形的第一件產品必須自檢無誤后方可成批生產，外形尺寸較復雜的應由配料工長和質檢員檢查認可后方可繼續生產。受力鋼筋順長度方向全長的凈尺寸允許偏差為－10 mm、＋4 mm，箍筋（拉鉤）內凈尺寸允許偏差為－3 mm、＋ 2mm。

4.1.2 鋼筋綁扎

鋼筋綁扎前，提前放線、定位，避讓對拉螺栓孔位置，鋼筋綁扎時扎絲多余部分向內彎折，以免因外露造成銹斑，雙排筋外側對應綁扎水泥墊塊，間距為600 mm×600 mm，呈梅花形布置。

4.2 混凝土內型鋼梁、柱加固措施

墻體內型鋼柱、梁的部位采用對拉通絲型螺栓無法加固，如工廠加工時在型鋼的腹板或翼緣上預留螺栓孔，則存在尺寸偏差，同時翼緣開孔會削弱型鋼強度，故不采取預留螺栓孔的方式，而選擇采用三節頭螺桿結合鉤頭螺栓的方式進行混凝土內型鋼梁、柱的加固[6]。根據螺栓孔定位，在型鋼柱、梁的腹板或翼緣上進行鉤頭螺栓的焊接，將鉤頭螺栓長端頂部套絲，與三節頭螺桿外桿相連接，如圖18所示。

圖18 型鋼柱加固措施剖面示意

5 結語

本文結合京東集團西南總部大廈清水混凝土工程，對超高勁性清水混凝土施工中采用鋁合金幾字梁木模板組合體系的方法進行歸納總結，通過優化模板體系，反復試驗、論證，確定本工程適用于鋁合金幾字梁木模板組合體系的施工方法。

該施工方法提高了清水混凝土蟬縫、明縫、螺栓孔及整體外觀成形質量，為高標準實現清水混凝土飾面效果提供了可靠的技術保障。在施工過程中驗證了鋁合金幾字梁木模板組合體系整體性強、支拆簡便、施工效率高等特性，節約了工期，同時也避免了不必要的材料損耗，增加了模板體系的周轉次數，一定程度上實現了此類項目的降本增效，可為類似工程的施工提供參考。