超高层建筑整体铝合金模板施工方案优化设计

曹菲菲，姚传勤，张琳邡

(安徽理工大学土木建筑学院，安徽　淮南　232001)



超高层建筑整体铝合金模板施工方案优化设计

曹菲菲，姚传勤，张琳邡

(安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南232001)

摘要：针对铝合金模板在超高层建筑应用中有一定的局限性，一次性投入较大，对安装的要求比较高的问题，以深圳某工程项目为例，对铝模板施工方案进行优化设计。通过工程计算，以及对实际工程的跟踪，从铝模板设计、铝模板操作工艺、实体作业及细部构造做法对铝模板施工方案进行优化，并对其进行成本分析，验证其可行性。为今后类似项目提供相关参考资料。

关键词：铝合金模板；施工方案；优化设计

随着时代的发展，超高层建筑的数量逐渐增多，高度不断刷新。超高层的钢筋混凝土结构决定了建筑模板是施工过程中不可缺少的建筑材料。建筑模板的使用直接影响到资源的消耗和环境的保护，绿色建筑的提出，使传统的木质模板很难符合要求，所以人们积极寻求新技术、新工艺。铝合金模板使用周转次数高、无建筑垃圾、回收价值高的优点使工程施工响应了低碳、节能、绿色施工的号召。由于模板工程一般约占钢筋混凝土结构造价的30%，劳动量占到35%，工期占到50%以上，对工程的成本、工期、质量有较大的影响，铝合金模板质量轻、拆装方便、安装精度高、构件耐久性好，混凝土成型好，能很好的解决这些问题。铝合金模板作为一种新型模板，最先出现于美国，它采用高强度的铝合金材料，并通过机械连接使铝合金模板形成一个强度、刚度、稳定性较好的整体。但是铝合金模板在超高层建筑应用中还是有一定的局限性。

1) 一次性投入较大。相对于木模板和钢模板来说，铝合金模板的前期投资比较大，后期的建筑效果、承载力大小和周转次数的多少都是无法预知的，考虑到成本问题，大多数施工企业还是选择传统的木模板或钢模板。

2) 对安装的要求比较高。在后期支设模板时，对测量放线精准度和支撑杆件预埋位置的要求很高。需要施工技术熟练的工人并且管理达到一定水平时，才能体现出铝合金模板的优点，这就需要制定一系列的培养计划，加强对施工队伍专业化的培训。

3) 当前的铝合金模板在施工过程中还存在一定的局限性，不能运用在每一个部分，比如：地下室、转换层、弧形梁板等部位都不能使用铝合金模板。

基于铝合金模板的局限性，其在使用过程中就会存在很大的风险，所以大部分企业为避免高风险，不会选择铝合金模板。所以铝合金模板系统在超高层建筑中的推广应用还有一定的难度。现在这种模板在先进西方国家运用较多，在我国，只有香港和澳门有较广泛的使用，内陆地区施工企业大部分还是使用木模板和钢模板。

1工程概况

以深圳某工程项目为例，该工程主塔楼A座，地下4层，地上64层，建筑总高度约300 m。设计为核心筒框架结构。标准层高4.2 m，另外有避难层5.1 m。外框设计20根巨柱，标准层巨柱内部设置圆形大钢管，核心筒形状为矩形，标准层平面尺寸38 m×14.9 m，从七层开始核心筒墙体和巨柱逐渐内缩(见图1)。本工程从第七层开始使用铝合金模板，墙板采用整块标准板连接，有单独的标准板作为背楞连接板。外围弧梁梁底板采用放样做成异形模板，侧模板采用400标准板进行以线代弧拼接，以底模板孔位约束其侧模形状。

2模板的选择

城市化进程的加快和建筑业的迅速发展使超高层建筑成为现实，但在其实际施工过程中必然会面临一些问题，受到一定的制约。如混凝土、模板、钢筋、施工精准度等，这些技术方面的问题都影响着超高层建筑的质量、工期和成本。模板作为影响项目整体的重点因素，在选择上必须全面考虑。

工程中经常用到的木模板可随意拼装，适于形状复杂多变的结构，前期投资较少，但是木模板在施工过程需要专业的技术工，需要量大且周转次数很低，而且很容易造成施工现场杂乱、不整洁。模板前期投入虽少，但是后期的投入很多，这对项目的成本有很大影响。使用木模板，混凝土成型后往往达不到清水的效果，经常需要在后期装修时再进行处理。

钢模板虽然强度、刚度大，周转次数多，但是钢模板有一最大的缺点是自重大，在施工过程中需要完全借助垂直机械的运输，这无疑增加了施工项目的成本。对于超高层这种需要大量模板的建筑，钢模板显然不是最合适的选择。

塑料模板，是实现“以塑代木”的一种新型模板，以其自重轻、耐水性好、韧性强，周转次数多成为绿色建筑产品的发展方向之一，但其承载力较低，在超高层建筑中的使用就受到了制约。

铝合金模板，同作为一种新型模板，质量轻，强度、刚度和稳定性高，耐久性好，使用寿命长，成本低，周转次数高，施工过程中不依赖吊装机械，并且可以实现混凝土的整体浇筑，拆模后混凝土表面平整光洁。铝模板能极大程度的满足超高层建筑对模板质量、安全、成本、施工速度等方面的要求。

针对各种指标，对以下几种模板的对比分析(见表1)。

表1　建筑铝模板与其他模板技术经济指标对比

根据实际工程结构特点选择合适的模板，对工程质量、成本和进度都有较好的影响。木模板可用在形式复杂多变，外观质量要求相对较低的部位；钢模板可以用于地下室，保证地下室工程的施工质量。在超高层建筑中，竖向结构形式一致性较高，结构多以标准层为主，可使用整体浇筑。综合各种因素，铝合金模板系统是可以满足这种需求模板系统，所以在本工程建筑施工中，考虑铝模板为主，木模板配合施工的施工方案。

3铝合金模板系统的设计

3.1　铝合金模板系统的组成

铝合金模板系统由模板系统、支撑系统、固定系统、附件系统而组成。模板采用高强度铝合金铸造，支撑系统由支撑头、可调钢管立柱等支撑杆件构成，梁板模板或装配好的整体模板就是通过这些支撑杆件支撑起来，形成一个具有一定强度的整体，固定系统包括连接配件、穿墙螺栓等，保证了模板的稳定性，附件系统包括拆模器等。这样的模板系统一般不需要水平支撑，只需通过钢管立柱等管件将系统竖向支撑起来。

3.2　铝模板的优点

质量、成本、进度三大目标的控制是做好项目的关键，在超高层建筑中选用铝合金模板系统对做好目标控制有着很重要的作用。

1) 铝模板质量较轻，承载力较好，比起钢模板来说施工过程中不需要利用大型吊车，拆卸容易，只需由人工进行运输和安装即可，降低了施工成本并加快了施工进度；

2) 在一些特殊的施工环境中，比如潮湿、易腐蚀，木模板和钢模板不能使用，而铝模板表面有氧化铝保护，耐湿、抗腐蚀，不会生锈，适合在这些环境特殊的工程中使用，并且能达到很长的寿命期，加之周转次数高，极大程度上降低施工模板的费用，经济效益显著；

3) 使用铝模板的工程，可实现模板的早拆，而且在拆模之后，混凝土表面平整光洁，很容易达到清水混凝土的要求，省去了后期抹灰的工作量。相对于普通的木模板不仅提高了施工质量，也节省了一定的工期；

4) 铝模板的经济性在建筑物的标准层达到25层以上时才能显示出来，超高层建筑的层数都在25层以上，且竖向结构形式一致性较高，标准层占有大部分比例，可以选择整体装配式的模板系统施工技术，铝模板的标板配置和整体式混凝土浇筑的特点很适合这种建筑的使用，因此超高层建筑使用铝模板对工程施工很有利；

5) 模板达到使用寿命后回收价值高，铝模板报废后，铝材的回收残值较高，每平方米能达到400元左右，显示出较强的均摊成本优势，这是其它模板还无法实现的。

3.3　铝合金模板的系统优化设计

1) 梁模板设计。梁截面(b×h)为200 mm×400 mm时，梁底设单排支撑。梁底支撑纵距1 300 mm，梁底中间铺板，梁底支撑铝梁100 mm宽，布置在梁两侧。

梁截面(b×h)为200 mm×800 mm 、200 mm×1500 mm、 300 mm×700 mm 、400 mm×700 mm、 400 mm×800 mm时，梁底设单排支撑。梁底支撑纵距1 300 mm。梁底中间增加先拆支撑，因此，实际支撑纵距650 mm。梁底支撑铝梁100 mm宽，布置在梁两侧。

梁截面(b×h)为600 mm×800 mm、 800 mm×700 mm、 800 mm×800 mm、 800 mm×1000 mm、 800 mm×1200 mm时，梁底设四排支撑，梁底支撑纵距1 300 mm。梁底中间增加先拆支撑，因此，实际支撑纵距650 mm。梁底支撑铝梁100 mm宽。

梁截面(b×h)为1000 mm×800 mm、1000 mm×1000 mm、 1200 mm×1000 mm时，时，梁底设四排支撑。梁底支撑纵距1 300 mm。梁底多增加两排支撑，因此，实际支撑纵距325 mm。梁底支撑铝梁100 mm宽。

本工程所使用的铝合金模板宽度规格有400 mm、300 mm、250 mm、200 mm、150 mm、100 mm等，高度均为68 mm。

主要型材截面参数如表2所示。

表2　主要型材截面参数

2) 板模板设计。板模板标准尺寸400mm×1200mm，局部按实际结构尺寸配置。铝板材4 mm厚。楼面设置100 mm宽铝梁为龙骨，底部支撑间距1300mm×1300mm布置。楼面不分区施工，跟钢筋工穿插施工。

3) 墙模板设计。工程墙模板采用整块通长配置，局部按实际结构配置。墙模板沿水平与垂直方向设置T18高强螺栓，纵向最大间距为900 mm、底部间距200 mm、向上三道500 mm、上部间距800 mm，同时在螺栓处沿水平方向设置两根钢背楞(尺寸80mm×40mm)。

4) 柱模板设计。工程柱模板采用特制桁架型背楞，间距500 mm一道。底部采用井字形及斜拉上下错开布置，四周采用斜支撑增强抗弯。

5) 支撑系统设计。工程标准层及层高小于3.0 m的楼板、梁底均使用单支撑钢支柱，大于3.0 m处，支撑系统拉两道横杆布置。

通过有限元分析和手工计算，对模板结构体系进行全面的设计和验算，对模板结构的受力分析、强度及稳定性验算，最后通过部分调整，使整个体系满足规范要求。这也说明了设计方案在结构设计形式上是可行的，并且实施过程中遇到的难题均可解决。

4铝合金模板的施工工艺

4.1　施工准备

1) 做好铝模板的施工技术方案。

2) 组织施工人员熟悉铝模板施工流程、施工方法，并对进场后的铝模板进行装箱并检查模板及配件是否齐全，编码是否完整。

3) 清洗模板，并涂刷水性模板隔离剂以便日后施工使用。

4.2　测量放线

测量放线主要是为模板定位，在超高层建筑中，对铝合金模板安装精准度的要求非常高，做好墙柱的定位线和墙柱控制线、洞口线对模板的安装及其重要。

4.3　预留预埋

测量放线后，进行墙柱钢筋的绑扎，并做好水电箱等专业施工的预留预埋，完成后进行隐蔽验收。

4.4　模板安装

1) 墙、柱铝模安装。检查墙、柱脚的混凝土标高是否符合要求后，按编号把刷好隔离剂的模板找出来，用各种支撑杆件将模板固定，并通过销钉将墙模与墙模、柱模与柱模固定。安装完成之后进行垂直度检验，对偏差过大的进行校正，使其误差控制在可调范围之内。

2) 梁、板模板的安装。根据设计图纸，按编号找出梁模板和板模板，梁模板的安装顺序是梁底模板 梁侧模 墙柱板之间角模，梁底模与柱模板通过支撑立杆连接，底模与侧模通过螺栓连接。梁模板安装完毕后，再一次拼装板模板。安装完成后用水平检测仪检测其平整度，并对不平的地方进行调整。

3) 洞口模板。按照设计图纸，将洞口、楼梯位置的模板正确安装。

4.5　模板验收

模板全部安装完毕之后，施工方先自行组织检验，对模板整体进行校正、加固，确定无误后再通知相关单位进行验收。为了更好的完成这一分项工程，企业可编制铝合金模板预拼装检查验收表，使各个节点的检查验收有据可循，过程更加简明清晰。

4.6　混凝土浇筑

模板验收后，进行混凝土浇筑，混凝土浇筑环节影响着工程的质量，浇筑期间必须加强监督，检查混凝土有无外漏、胀模等现象，检查模板在建筑过程中有无发生位置偏移，以及销钉等零件是否在震动过程中发生松动，以防发生混凝土坍塌事故，保证工程的安全性。

4.7　模板拆除

模板一般在混凝土浇筑完成后12个小时后便可拆除，拆除顺序为：先拆竖向墙板模板，再拆横向梁板模板，拆除后将模板及时清理干净并将模板运至下一施工层。

5结语

针对铝合金模板在应用中的问题，一些已经运用铝模板系统的大型企业也提出了相应的技术措施，如劳务工人技术不稳定的问题，企业可采用厂家租赁模式，这种模式的优点在于：劳务稳定，产业化工人，劳动技能高，成品保护意识好，操作规范。随着铝合金模板技术的不断提高，其中存在的问题会逐渐得到解决。

铝合金模板的应用，不仅是技术上的进步，更能使企业实现效益最大化，对建筑工程的质量、成本、进度、安全、环境等各个方面都起着巨大的作用。铝合金模板的使用虽存在一定局限性，但在目前的建筑中已经克服了许多技术上的难题，能很好的适用于大型高层、超高层的工程，并且当前一些追求工程质量的大型企业在高层或超高层建筑中已经开始普遍运用高铝合金模板。随着技术的发展和进步，铝合金模板技术会在已有的基础上不断改进和创新，吸取经验，总结发展，不断成为建筑工程中不可缺少的模板技术。

参考文献：

[1]仇铭华.我国建筑铝模板产业的崛起对绿色施工的推动作用[J].施工技术，2012(6)：43-47.

[2]戴桂扬.铝合金模板在建筑施工中的应用[J].中国住宅设施，2012(10)：51-53.

[3]王永好，李奇志.全铝合金模板在某超高层建筑施工中的应用[J].施工技术，2011(22)：35-37.

[4]韩亮.铝模板技术在新加坡Shenton Way超高层建筑中的应用[J].青岛理工大学学报：自然科学版，2010，31(6)：24-30.

(责任编辑：何学华，吴晓红)

Optimal Design of Monolithic Aluminum Alloy Template Construction Scheme for Super High-rise Building

CAO Fei-fei,YAO Chuan-qin,ZHANG Lin-fang

(School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)

Abstract:In the application of aluminum alloy template in high-rise building, there are some limitations, such as large one-time investment, and high requirements for installation, a project in Shenzhen was taken as an example to optimize construction scheme design of aluminum template.Through engineering calculation, and tracking the actual project, the construction scheme of aluminum was optimized in aspects of aluminum template design, aluminum template operation process, solid work and detailed structural approach. Its cost analysis verified its feasibility. The research provides a reference to similar projects.

Key words:aluminum alloy template; construction scheme; optimal design

作者简介：曹菲菲(1988-)，女，安徽淮南人，助教，硕士，研究方向：工程管理。

收稿日期：2015-03-31

中图分类号：TU755.2

文献标志码：A

文章编号：1672-1098(2015)04-0065-05