鋁合金幾字梁組合體系在清水混凝土中的應(yīng)用

王欣鵬 張 奎 鄭永超 張 楠 冉星晨

中建一局集團(tuán)第三建筑有限公司 北京 100161

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，越來越多的建筑師將清水混凝土作為其建筑設(shè)計(jì)理念的重要素材，用混凝土與生俱來的裝飾性特征來表達(dá)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(xiàn)澆混凝土的自然表面效果作為飾面，強(qiáng)調(diào)混凝土的自然表現(xiàn)機(jī)理[1]。但由于多方面原因，目前國(guó)內(nèi)的清水混凝土大多數(shù)都在施工完成后采取各種措施進(jìn)行修飾，而這與清水混凝土所反映的崇高自然、質(zhì)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(zhì)，在施工超高、超厚墻體時(shí)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(zhì)量不易保障。

京東集團(tuán)西南總部大廈項(xiàng)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(fā)現(xiàn)在清水混凝土的蟬縫、明縫、螺栓孔及整體外觀成形質(zhì)量方面都有所提高，同時(shí)鋁合金幾字梁木模板組合體系整體性強(qiáng)、支拆簡(jiǎn)便，提高了施工效率，為高標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)清水混凝土飾面效果提供了可靠保障。本文總結(jié)出了在施工中需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)，可給類似工程的施工提供參考。

1 工程概況

京東集團(tuán)西南總部大廈清水混凝土工程（圖1），設(shè)計(jì)中融合了傳統(tǒng)“中國(guó)結(jié)”的元素，是一座呈“8”字交錯(cuò)的建筑，每4層層疊，連環(huán)的“8”字象征著連綿長(zhǎng)久，含有永恒之意。本工程交錯(cuò)懸挑區(qū)域結(jié)構(gòu)外露部分均采用清水混凝土，獨(dú)立最大高度28.5 m，累計(jì)面積達(dá)10 000 m2。勁性清水混凝土核心筒，每層2個(gè)，承重墻體厚600 mm，其中填充墻為薄墻，僅厚150 mm。

2 技術(shù)特點(diǎn)

1）根據(jù)施工圖進(jìn)行模板組合體系設(shè)計(jì)、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(jiǎn)化了模板的施工難度，提高了施工效率。

圖1 項(xiàng)目實(shí)體效果圖

2）采用PVC＋尼龍材質(zhì)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(xiàn)的“熊貓眼”“砂眼”等質(zhì)量問題。

3）蟬縫（面板拼縫）處采用涂抹結(jié)構(gòu)密封膠，防止了漏漿、錯(cuò)臺(tái)、失水等質(zhì)量通病。

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

5）根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的尺寸和特點(diǎn)，利用BIM模型合理設(shè)計(jì)配置模板，提高模板周轉(zhuǎn)率。

3 實(shí)施要點(diǎn)

3.1 模板深化設(shè)計(jì)、排版

清水混凝土既是結(jié)構(gòu)又兼顧裝飾效果的做法，故要以裝飾裝修的設(shè)計(jì)及管理思路進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。深化設(shè)計(jì)決定著清水混凝土施工的最終效果，其相關(guān)深化軟件可以采用Revit & Grasshopper、SketchUp、Rhinoceros、CAD等。

3.1.1 構(gòu)建三維模型

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的尺寸和特點(diǎn)進(jìn)行模板的排版，建立三維模型（圖2），清水混凝土模板設(shè)計(jì)主要包括：模板的排版設(shè)計(jì)、螺栓孔設(shè)計(jì)及排布、模板加固體系設(shè)計(jì)、明縫條及誘導(dǎo)縫設(shè)計(jì)、洞口加固設(shè)計(jì)、預(yù)留預(yù)埋綜合設(shè)計(jì)等。充分結(jié)合原設(shè)計(jì)借助計(jì)算機(jī)放樣進(jìn)行，堅(jiān)持對(duì)中、對(duì)齊原則，盡量少裁切模板，模板根據(jù)建筑物構(gòu)件的幾何尺寸盡量標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化，保證了混凝土構(gòu)件成形效果的美觀，同時(shí)有利于節(jié)約模板。

明縫應(yīng)根據(jù)模板分塊大小、混凝土澆筑高度等需要設(shè)置，明縫應(yīng)規(guī)律，分割范圍的幾何尺寸宜與模板模數(shù)吻合[2]，同時(shí)應(yīng)兼顧施工縫與誘導(dǎo)縫，明縫的設(shè)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(shí)控制混凝土結(jié)構(gòu)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(shù)吻合，蟬縫應(yīng)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(yīng)規(guī)律，縱橫成線、水平交圈，間距宜與模板模數(shù)吻合，以利于模板拆除后周轉(zhuǎn)利用，同時(shí)滿足加固需要。為滿足美觀的需求，不易設(shè)置或無法設(shè)置時(shí)應(yīng)設(shè)置假眼裝飾孔，所有螺栓孔的位置應(yīng)在設(shè)計(jì)圖上標(biāo)注。

3.1.2 出具二維圖紙

根據(jù)三維模型效果出具二維圖紙，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工人進(jìn)行模板裁切、螺栓孔開設(shè)、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(yōu)質(zhì)清水專用覆膜標(biāo)準(zhǔn)尺寸模板（2 440 mm×1 220 mm）作為面板，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的尺寸和層高進(jìn)行模板的裁切（圖3），高度方向?yàn)?塊標(biāo)準(zhǔn)模板的尺寸（4 880 mm）＋1條明縫條的寬度（20 mm），寬度方向根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的水平投影邊長(zhǎng)分成12等分（12 600÷12＝1 050 mm），如圖4所示。每塊面板設(shè)置8個(gè)對(duì)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(xì)部構(gòu)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(qiáng)通絲對(duì)拉螺栓，模板底部?jī)膳艑?duì)拉螺栓采用雙螺帽，如圖6所示。配優(yōu)質(zhì)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(jié)點(diǎn)A），次龍骨與主龍骨槽鋼之間用φ14 mm鉤頭螺栓連接穩(wěn)固，大模板之間采用新型幾字梁和步步緊連接（節(jié)點(diǎn)B），模板系統(tǒng)支撐架采用定制槽鋼支架及鋼管撐桿結(jié)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(jìn)行連接（圖7），龍骨間距200 mm，從面板后面安裝高強(qiáng)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(jié)構(gòu)密封膠，有效防止拼縫失水、漏漿，面板背面設(shè)置連接片，杜絕了拼縫處的錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。模板面板的周轉(zhuǎn)次數(shù)可根據(jù)選用模板的質(zhì)量進(jìn)行確定，WISA模板周轉(zhuǎn)次數(shù)可達(dá)10次以上。

3）對(duì)拉螺栓。對(duì)拉螺栓選用M16高強(qiáng)對(duì)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(yán)格控制板面與螺栓堵頭之間的縫隙，使螺栓孔不跑漿。與對(duì)拉螺栓配套的定制清水專用堵頭應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，PVC套筒能有效保證墻截面尺寸及強(qiáng)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(fù)使用。

圖7 鋁合金幾字梁與面板連接示意

圖8 高強(qiáng)對(duì)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(xì)部處理，為減少螺栓孔的失水率，采用了定制堵頭（材質(zhì)為PVC＋尼龍），新設(shè)計(jì)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(shí)能達(dá)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(fā)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(shè)計(jì)為凹槽形式，以增強(qiáng)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(shí)為了滿足清水混凝土的整體風(fēng)格和質(zhì)量要求，又為了滿足施工的需要，將施工縫留置于明縫條內(nèi)，拆模后滿足觀感的要求，同時(shí)確保了施工縫留設(shè)的高度一致，進(jìn)行施工縫鑿毛處理后不會(huì)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(biāo)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(nèi)外墻埋設(shè)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(shè)及加固時(shí)，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(cuò)臺(tái)、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(jié)點(diǎn)示意

圖13 施工縫接槎節(jié)點(diǎn)示意

3.3.2 墻體陽(yáng)角加固

陽(yáng)角處通常出現(xiàn)的問題就是拼縫不嚴(yán)密，造成陽(yáng)角處漏漿、失水等質(zhì)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(jìn)行支撐，使受力角點(diǎn)直接與模板接觸力點(diǎn)對(duì)應(yīng)，并適當(dāng)增加扣件或連接構(gòu)件數(shù)量，采取將受力點(diǎn)增加附加斜拉座的方式進(jìn)行處理，如圖14所示。

圖14 陽(yáng)角加固45°斜拉座節(jié)點(diǎn)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(wěn)定性，掛件形狀為“之”字形，長(zhǎng)度600～800 mm，在主龍骨雙槽鋼處進(jìn)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(jìn)行焊接連接，再與掛件焊接，使之和整個(gè)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(diǎn)立面、剖面

3.4 模板拆除

1）模板應(yīng)在混凝土同條件試件強(qiáng)度達(dá)到3 MPa（冬期不小于4 MPa）時(shí)拆除，拆模后應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)，以減少混凝土表面的色差、收縮裂縫等現(xiàn)象。

2）清水混凝土應(yīng)比普通混凝土拆模時(shí)間延后，在夏季拆模時(shí)間為48 h。在氣候有明顯變化時(shí)，應(yīng)在滿足規(guī)范的前提下，根據(jù)具體情況，由技術(shù)部確定拆模時(shí)間。

3）柱模板的拆除：柱混凝土強(qiáng)度達(dá)到4 MPa時(shí)即可拆除柱模板，拆模時(shí)間根據(jù)室外溫度可適當(dāng)調(diào)整，在冬季時(shí)應(yīng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間。拆模前應(yīng)先松卸掉加固支撐及緊固鋼絲繩，然后用撬棍輕輕撬動(dòng)模板，使模板離開柱體。拆除時(shí)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(shí)可加墊板）。模板吊裝時(shí)應(yīng)有人專門負(fù)責(zé)，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?yàn)橄葷蚕炔穑鬂埠蟛稹Ｄ０宓牟鸪樞蚺c模板安裝順序相反。

5）在拆除模板過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)清水混凝土成品和對(duì)拉螺栓孔眼的保護(hù)，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(yīng)按規(guī)格分類堆放整齊，及時(shí)清理其上面的混凝土、砂漿殘?jiān)ｋy以清除時(shí)，可采用模板除垢劑，不準(zhǔn)硬砸，模板板面破損處用水泥膩?zhàn)有扪a(bǔ)，若發(fā)現(xiàn)不平或肋邊損壞變形應(yīng)及時(shí)修理，清除好的模板應(yīng)及時(shí)涂刷脫模劑，拆下的扣件應(yīng)及時(shí)收集管理。

7）清水模板加工完畢后，豎放在平整堅(jiān)實(shí)的地面上，下面墊木方。為避免產(chǎn)生變形及受潮，應(yīng)搭設(shè)堆放架（圖17），嚴(yán)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(xiàng)

4.1 鋼筋的措施

為保證混凝土拆除模板后無露筋、保護(hù)層過薄現(xiàn)象，達(dá)到清水飾面效果，需從翻樣、制作、綁扎這3個(gè)環(huán)節(jié)層層控制。

4.1.1 鋼筋保護(hù)層厚度

鋼筋保護(hù)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(chǎn)品必須自檢無誤后方可成批生產(chǎn)，外形尺寸較復(fù)雜的應(yīng)由配料工長(zhǎng)和質(zhì)檢員檢查認(rèn)可后方可繼續(xù)生產(chǎn)。受力鋼筋順長(zhǎng)度方向全長(zhǎng)的凈尺寸允許偏差為－10 mm、＋4 mm，箍筋（拉鉤）內(nèi)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(duì)拉螺栓孔位置，鋼筋綁扎時(shí)扎絲多余部分向內(nèi)彎折，以免因外露造成銹斑，雙排筋外側(cè)對(duì)應(yīng)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(nèi)型鋼梁、柱加固措施

墻體內(nèi)型鋼柱、梁的部位采用對(duì)拉通絲型螺栓無法加固，如工廠加工時(shí)在型鋼的腹板或翼緣上預(yù)留螺栓孔，則存在尺寸偏差，同時(shí)翼緣開孔會(huì)削弱型鋼強(qiáng)度，故不采取預(yù)留螺栓孔的方式，而選擇采用三節(jié)頭螺桿結(jié)合鉤頭螺栓的方式進(jìn)行混凝土內(nèi)型鋼梁、柱的加固[6]。根據(jù)螺栓孔定位，在型鋼柱、梁的腹板或翼緣上進(jìn)行鉤頭螺栓的焊接，將鉤頭螺栓長(zhǎng)端頂部套絲，與三節(jié)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(jié)語

本文結(jié)合京東集團(tuán)西南總部大廈清水混凝土工程，對(duì)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(jìn)行歸納總結(jié)，通過優(yōu)化模板體系，反復(fù)試驗(yàn)、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(zhì)量，為高標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)清水混凝土飾面效果提供了可靠的技術(shù)保障。在施工過程中驗(yàn)證了鋁合金幾字梁木模板組合體系整體性強(qiáng)、支拆簡(jiǎn)便、施工效率高等特性，節(jié)約了工期，同時(shí)也避免了不必要的材料損耗，增加了模板體系的周轉(zhuǎn)次數(shù)，一定程度上實(shí)現(xiàn)了此類項(xiàng)目的降本增效，可為類似工程的施工提供參考。