鋁合金模板在超高層鋼柱環梁復雜節點中的應用

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，宜選用周轉次數多的模板。

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

3）超高層建筑要求模板體系安全方便，施工效率高。

4）鋼管混凝土環梁模板需定型化，安拆方便且保證環梁成型后的觀感質量。

2.2 各類型模板對比分析

經過多種模板體系技術經濟對比分析（表1），綜合技術、工期、成本、安全、文明措施、環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明顯高于木模、鋼模板、塑料模板等，尤其在層數高的超高層建筑施工中優勢顯著。經測算，本工程采用鋁合金模板與傳統模板費用基本持平[1-2]。

表1 各類型模板對比分析

3 鋁合金模板設計

3.1 鋼管混凝土柱環梁節點

3.1.1 鋼管混凝土環梁節點模板選擇

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，環梁通過鋼管壁貼焊的2道鋼筋抗剪環與鋼管混凝土柱進行連接，每層16個環梁，共計608個鋼管混凝土柱環梁。環梁數量較多，且環梁直徑隨鋼管柱直徑不斷變化（表2），因此，鋼管混凝土柱環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

傳統鋼筋混凝土環梁模板主要有以下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，難以滿足環梁優美的圓弧形外觀，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，因此環梁節點施工是一大難題。

本工程非標準層以下采用傳統木模板施工環梁節點時，1個環梁節點需采用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梁節點，本工程采用鋁合金模板并在設計時根據不同環梁直徑配置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；鋼管混凝土柱環梁模板與混凝土梁模板采用連接件進行連接。

但因環梁直徑變化9次，每次縮小50 mm，如每次環梁直徑縮小均重新配置模板，將造成材料浪費和成本增加，故經過技術部深化設計，環梁直徑縮小50 mm時不重新配模，模板按環梁直徑未變化時施工，環梁模板與鋼管柱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）。

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

3.1.2 施工方法

圖1 環梁模板平面布置

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。但當環梁內側鋼筋外皮與鋼管柱外皮間的尺寸小于吊耳寬度時，即會影響環梁鋼筋吊裝。經過一系列計算及設計確認后，采用在鋼管柱內襯鋼管對稱位置開孔（開孔數量及位置需經過計算確定）的方法，并加大焊接面積，解決了耳板與環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 內襯管開孔示意

2）鋼管混凝土柱吊裝完成后安裝環梁套箍，并調好標高（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塊支撐梁底模和環梁底模。

6）環梁底模安裝完成，校正垂直后再安裝環梁側模板。

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

圖3 環梁模板

8）根據工程的施工安排，可預先加工若干層鋼管混凝土柱環梁。

環梁鋼筋下料要精確，環梁環筋采用鋼筋彎弧機進行加工，環筋采用定制模具（根據不同環梁直徑定制）進行限位點焊。該模具圓環定位筋及圓環內支撐鋼筋（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（間距根據環筋不同間距設置），通過焊接連接成整體（圖4）。

圖4 環梁環筋限位器示意

吊裝時將φ14 mm鋼絲繩穿過環梁全部面筋（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。環梁鋼筋穿過鋼管柱下落過程中盡量避免環梁內側鋼筋與柱體摩擦，且下落過程要緩慢，避免環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點總結

4.1 周轉次數多

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

4.2 節約工期，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，即可實現再利用，節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，節約了成本，也解決了本工程鋼管混凝土柱環梁節點這一施工難點。同時，鋁合金模板系統所有材料均為可再生材料，符合國家對建筑節能、環保、低碳、減排的規定，值得大力推廣使用。