基于超高層建筑的鋁合金模板應(yīng)用效益研究

中交一公局集團(tuán)有限公司北京建筑分公司 北京 100000

1 工程應(yīng)用概況

1.1 工程概況

中交·廣州南沙國際郵輪碼頭綜合體項(xiàng)目由5 棟超高層組成，其中6#樓標(biāo)準(zhǔn)層為3-48F，7#樓標(biāo)準(zhǔn)層為3-47F，8#樓標(biāo)準(zhǔn)層為2-45F，9#樓標(biāo)準(zhǔn)層為2-48F，主體結(jié)構(gòu)采用全鋁合金模板體系施工，5#樓標(biāo)準(zhǔn)層為3-41F，主體結(jié)構(gòu)采用木模體系施工。

1.2 鋁模板施工二次結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

1.2.1 工期效果

過梁、構(gòu)造柱及反坎等二次結(jié)構(gòu)采用鋁模板一次成型后，避免了二次施工時(shí)一系列繁瑣的工序，將大大加快砌體的砌筑施工效率，按照原施工做法，砌體結(jié)構(gòu)每層樓平均需要3d，采用新施工做法后砌體結(jié)構(gòu)將加快至2d 一層，整體施工進(jìn)度將加快30d 左右。

1.2.2 經(jīng)濟(jì)效益效果

過梁、構(gòu)造柱及反坎等二次結(jié)構(gòu)采用木模板二次施工時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目部對(duì)建設(shè)方的報(bào)價(jià)及分包單位對(duì)項(xiàng)目部報(bào)價(jià)可計(jì)算出，采用木模板二次施工的成本費(fèi)更低。而二次結(jié)構(gòu)采用鋁模板一次成型后，根據(jù)鋁模板的單價(jià)可計(jì)算出，鋁模板施工二次結(jié)構(gòu)的成本費(fèi)更低。

1.3 裝修做法

與傳統(tǒng)木模相比，鋁模體系施工的主體結(jié)構(gòu)具有平整度、垂直度、表觀質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)[1]。故一般室內(nèi)裝飾階段剪力墻面會(huì)免去普通抹灰工序，而更改為聚合物砂漿薄抹灰，厚度為3mm，其施工流程為基層處理→掛加強(qiáng)網(wǎng)→貼灰餅→抹聚合物抗裂砂漿→養(yǎng)護(hù)。

2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 設(shè)計(jì)與技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）定型設(shè)計(jì)、智能化拼裝鋁合金模板一次成型，其精度高、實(shí)用性強(qiáng)。根據(jù)定型設(shè)計(jì)需求，企業(yè)按照模板設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行加工，出廠前完成預(yù)拼裝。模板整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好。標(biāo)準(zhǔn)鋁合金模板采用密肋設(shè)計(jì)，其剛度大、抗變形能力強(qiáng)、不起鼓。定型化的鋁合金樓梯模板可優(yōu)化樓梯踏步尺寸。借助先進(jìn)的編碼體系，我國鋁合金模板智能系統(tǒng)走在世界前列，BIM 設(shè)計(jì)配模、自動(dòng)排產(chǎn)、智能組拼發(fā)展非常快[2]。

（2）技術(shù)集成化、專業(yè)化鋁合金模板自國外引入以來，從設(shè)計(jì)理念、產(chǎn)品架構(gòu)、加工工藝等方面得到全方位優(yōu)化升級(jí)。國內(nèi)從產(chǎn)品類型來說，橫向、豎向體系，全鋁模板、鋁框木模、鋁框塑模、鋁框竹模等同時(shí)研發(fā)實(shí)踐，質(zhì)量不斷提升；從上下游來說，大噸位擠壓機(jī)、模具制造設(shè)備、切割及焊接設(shè)備、大型熱膜噴涂設(shè)備、拋丸、整形、高壓水洗設(shè)備及鋁模施工傳輸設(shè)備等關(guān)聯(lián)設(shè)備均實(shí)現(xiàn)升級(jí)和專業(yè)化技術(shù)集成，已形成技術(shù)族群優(yōu)勢(shì)。

2.2 施工質(zhì)量控制優(yōu)勢(shì)

（1）穩(wěn)定性強(qiáng)、承載力高目前鋁合金建筑模板主要由鋁合金擠壓型材拼裝而成。模板系統(tǒng)拼裝完成后，整體框架具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，其平均承載力可達(dá)60kN/m2。除此以外，鋁合金模板自身質(zhì)量輕，可有效避免脹模事故，提高施工過程的流暢性和安全性。在此基礎(chǔ)上，鋁合金模板還能提高混凝土的平整度和牢固度，避免混凝土表面可能出現(xiàn)的缺陷。模板自身不吸水，相較木模板不會(huì)因受潮而產(chǎn)生翹曲變形等情況。

（2）施工簡(jiǎn)捷、效率高鋁合金建筑模板組裝方便快捷、質(zhì)量輕，可完全通過人工拼裝。模板加工精度高且剛度大、不會(huì)因受力引起變形，有利于克服混凝土澆筑過程引起的構(gòu)件變形等不良反應(yīng)。另外模板的裝配式構(gòu)造可降低人為質(zhì)量偏差，與木模板相比，混凝土構(gòu)件具有更高的截面尺寸精度、平整度和垂直度。有經(jīng)驗(yàn)的安裝人員每人每天可安裝25-35m2 的鋁合金模板，施工工效大幅提升。

（3）支撐系統(tǒng)少、操作空間大根據(jù)傳統(tǒng)施工理念，樓板和平臺(tái)等位置的施工一般采用滿堂支架，對(duì)人工成本和物料浪費(fèi)較大[3]。而鋁合金模板采用單管立式獨(dú)立支撐方式，平均設(shè)計(jì)間距1.2m，無需依靠橫拉或斜拉進(jìn)行助力支撐。施工操作空間大，人員通行、材料搬運(yùn)暢通，易于統(tǒng)一調(diào)度。除此以外，模板支模體系不僅安全方便，而且一套支撐體系可有效解決樓內(nèi)不同層高的支撐問題。

（4）表面質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單美觀鋁合金模板拆模后，表面平整度、光潔度高，可達(dá)到裝飾面及清水混凝土要求，降低總體費(fèi)用。此外，其質(zhì)量輕、單板面積大、緊密性高、結(jié)構(gòu)美觀，可應(yīng)用于清水混凝土結(jié)構(gòu)中。鋁合金模板系統(tǒng)的相關(guān)快拆操作輕便簡(jiǎn)捷，從而可大大縮短工期，達(dá)到降低施工成本的目的。

2.3 施工安全文明優(yōu)勢(shì)

（1）標(biāo)準(zhǔn)化施工、規(guī)范化作業(yè)對(duì)于尺寸確定的鋁合金模板體系，一律強(qiáng)制按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)施工，合理控制立桿間距。與木模板施工過程相比，可有效規(guī)避諸多違反標(biāo)準(zhǔn)的施工情況。此外，鋁合金模板可通過樓層之間預(yù)留的傳料口經(jīng)人工運(yùn)送至上層，取消傳統(tǒng)懸挑運(yùn)送物料的鋼平臺(tái)。相較木模板，鋁合金模板大大降低施工過程的火災(zāi)隱患，還可有效避免木模板裝卸過程中鐵釘扎傷等情況。

（2）上下運(yùn)輸方便、高效安全鋁合金模板拆除后可通過樓層之間預(yù)留的傳料孔洞運(yùn)送至上一層，不需再行安裝卸料平臺(tái)或使用塔式起重機(jī)運(yùn)輸，也無需在施工區(qū)域單獨(dú)設(shè)立模板堆放區(qū)及放置架，降低施工中潛在的危險(xiǎn)，同時(shí)減輕安全管理壓力，有利于施工過程實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。由于上下樓層的模板為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以這種運(yùn)送方式簡(jiǎn)單高效，無需通過其他平臺(tái)運(yùn)輸。除此以外，這種方法還可保證相關(guān)材料在運(yùn)送過程中不會(huì)混亂，在進(jìn)行上層模板拼裝時(shí)簡(jiǎn)化材料挑選過程，加快模板整體組裝速度。

2.4 經(jīng)濟(jì)成本優(yōu)勢(shì)

（1）施工周期短、成本低鋁合金建筑模板通常為快拆模系統(tǒng)，一般只需18-36h 即可完成拆模。一層所需的一整套鋁合金模板只需4-5d 即可完成施工，減輕施工單位管理壓力，降低經(jīng)濟(jì)成本。早拆模板體系的應(yīng)用，使樓層只需安裝1 層鋁模板和3 層單支撐即可滿足施工要求，降低安裝量和運(yùn)輸成本。

（2）可重復(fù)次數(shù)多，使用成本低鋁合金建筑模板系統(tǒng)主要由大型擠壓機(jī)生產(chǎn)的擠壓型材進(jìn)一步加工拼裝而成。在規(guī)范施工前提下，鋁合金模板一般可周轉(zhuǎn)使用200-300 次，平均使用成本更低。

（3）定型產(chǎn)品、通用性強(qiáng)，通用性強(qiáng)根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，鋁合金建筑模板的生產(chǎn)規(guī)格很多，可根據(jù)不同施工情況采用不同規(guī)格的模板拼裝。當(dāng)模板拆模后用于其他建筑物時(shí)，只需更換約25%的非標(biāo)準(zhǔn)模板，降低材料成本。

3 應(yīng)用效益研究

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）以已完工作的實(shí)際費(fèi)用為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。鋁合金模板一次性投入較大，但隨著應(yīng)用次數(shù)的增加，模板體系實(shí)際攤銷費(fèi)逐漸減小；當(dāng)應(yīng)用一定次數(shù)后，鋁模體系攤銷費(fèi)低于木模，且鋁模體系直接費(fèi)也低于木模。這說明模板應(yīng)用次數(shù)越多，建筑物標(biāo)準(zhǔn)層數(shù)越多，應(yīng)用鋁模比木模更具有優(yōu)勢(shì)，更節(jié)約成本，產(chǎn)生成本效益更大。

（2）免抹灰，降成本，縮工期。縮短了室內(nèi)裝修階段的周期，工程進(jìn)度每層可以縮短l-2d，即可間接節(jié)約大量的生產(chǎn)成本。

（3）由于鋁模一次性成本投入較大，應(yīng)用51 次時(shí)，鋁模體系應(yīng)用的實(shí)際費(fèi)用高于傳統(tǒng)木模；應(yīng)用100 次時(shí)，鋁模體系應(yīng)用的實(shí)際費(fèi)用低于傳統(tǒng)木模，這說明從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，應(yīng)用鋁模體系比應(yīng)用木模更經(jīng)濟(jì)、節(jié)約。通過實(shí)際費(fèi)用偏差來看，鋁模體系應(yīng)用次數(shù)越多，實(shí)際費(fèi)用由正偏差逐步呈現(xiàn)負(fù)偏差，且偏差越來越大。這表明，應(yīng)用次數(shù)越多，鋁模體系產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越大，即呈正比，比木模更具有推廣應(yīng)用前景。

3.2 應(yīng)用效益評(píng)價(jià)

鋁模技術(shù)是一種新型模板施工技術(shù)，其是否能大規(guī)模推廣應(yīng)用，除了深入分析應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益，還要定量評(píng)價(jià)鋁模是否具有推廣應(yīng)用價(jià)值。表達(dá)式：W 鋁=W 木，此時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)用次數(shù)即為經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)臨界點(diǎn)。將經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)臨界點(diǎn)問題轉(zhuǎn)化：已知4 個(gè)散點(diǎn)坐標(biāo)，求其函數(shù)圖像、拐點(diǎn)和函數(shù)解析式。設(shè)函數(shù)解析式為W（x），存在且連續(xù)，利用4 個(gè)已知點(diǎn)坐標(biāo)，可以得出W（x）散點(diǎn)圖像，并進(jìn)行線性擬合。

利用Origin 軟件對(duì)W（x）圖像進(jìn)行線性擬合后，直接得出函數(shù)解析式分別為

其中，擬合優(yōu)度R2 分別為0.99968 和0.99985，是衡量回歸函數(shù)的整體擬合程度，且R2 越接近1，表面擬合程度越好。當(dāng)X ≥78 時(shí)，W鋁＜W木；當(dāng)X ＜78 時(shí)，W鋁＞W(wǎng)木。

4 結(jié)語

以中交·廣州南沙國際郵輪碼頭綜合體項(xiàng)目超高層為研究對(duì)象，結(jié)合項(xiàng)目施工情況和管理水平，當(dāng)鋁應(yīng)用次數(shù)小于78 次（即N ＜78）時(shí)木模體系比鋁模體系更經(jīng)濟(jì)，此時(shí)適合應(yīng)用傳統(tǒng)木模體系；當(dāng)鋁模體系應(yīng)用次數(shù)超過78 次（N ≥78）時(shí)，鋁模體系的優(yōu)勢(shì)比較明顯，且比木模體系更經(jīng)濟(jì)，此時(shí)選擇鋁模較為合理。