超高層大截面外框柱鋁合金模板與方圓扣組合加固體系的施工應(yīng)用

劉路路，李東庚，謝 磊，何 庸，林偉堅(jiān)

（中建三局集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

長期以來，超高層公建建筑超大截面尺寸結(jié)構(gòu)柱支模加固主要采用木模板+木方+槽鋼+對(duì)拉螺桿多種材料組合加固的施工方式。加固工序繁瑣、勞動(dòng)力投入大、材料種類多而管理難度大、材料投入量大且損耗率較高、加固質(zhì)量難以保證，基本不符合國家推行的節(jié)材、綠色環(huán)保政策。面對(duì)我國資源環(huán)境異常嚴(yán)峻、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部倡導(dǎo)使用四新技術(shù)、企業(yè)要求提高生產(chǎn)效率、節(jié)約施工成本的種種情況下，結(jié)構(gòu)支模加固也需要采用新型模板材料與新型加固構(gòu)件組合加固的方式替代傳統(tǒng)加固方式。現(xiàn)以潤安深南大廈總承包工程為實(shí)例，介紹采用新材料鋁模板+方圓扣+三角銷片組合的結(jié)構(gòu)支模加固施工工法，此方法不僅提高了混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量及光感、減少勞動(dòng)力投入和工期消耗，在節(jié)材、綠色施工、環(huán)保等方面也取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得推廣應(yīng)用。

1 應(yīng)用工程結(jié)構(gòu)概況

項(xiàng)目為核心筒剪力墻+外框勁性鋼骨柱結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)高度 268.5 m，地下 5 層地上 54 層，18 層及以下為十字型勁性鋼骨混凝土柱，18 層以上為純鋼筋混凝土柱，外框柱最大截面尺寸為 2 m×2 m，十字型鋼骨柱腹板長度為 1.3 m，翼緣板長度為 0.4 m。對(duì)于此類大截面混凝土外框柱，尤其柱中還涉及大尺寸且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋼骨，柱縱筋及箍筋直徑較大且設(shè)置較密，個(gè)別樓層層高較高，合理選擇支模加固體系是解決此類特殊大體積復(fù)雜結(jié)構(gòu)柱支模加固安全穩(wěn)定性、避免混凝土質(zhì)量通病，提高混凝土表面觀感度的關(guān)鍵性因素。

2 支模加固體系現(xiàn)狀分析

現(xiàn)大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)支模加固還是采用傳統(tǒng)的加固方式，主要有：①全木模+木方（方通）+槽鋼+對(duì)拉螺桿；②外鋼模內(nèi)木模+方通+槽鋼+對(duì)拉螺桿；③全鋁模+槽鋼+對(duì)拉螺桿等組合方式，基本都達(dá)到四道施工工序，材料投入種類多、損耗量大，且工藝操作復(fù)雜。采用木模和槽鋼加固需要在現(xiàn)場(chǎng)按照?qǐng)D紙進(jìn)行配模→切割→拼裝→拼縫處理等操作，產(chǎn)生廢料、木屑等垃圾較多，清理難度大；槽鋼一般為定尺 6 m、9 m 或 12 m 一根，需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定尺切割和孔口開設(shè)，產(chǎn)生余剩無用短料較多；模板木方等加固材料周轉(zhuǎn)使用次數(shù)少，占用總平面積多，管理難度較大。

另外，長期以來，超高層主體結(jié)構(gòu)施工過程中，大截面尺寸鋼筋混凝土框架柱和勁性鋼骨混凝土框架柱支模加固體系設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)遇到以下幾種情況。

1）受力主梁無論是選用雙方通還是槽鋼，在進(jìn)行受力驗(yàn)算時(shí)，計(jì)算結(jié)果主梁不是需要極密設(shè)置，使得工作量加倍且操作空間、材料投入和成本劇增；就是需增大主梁型號(hào)，使得材料本身重量極大增加，搬運(yùn)困難，人工難以安裝操作，影響工期，同樣也大大增加了材料和成本的投入。

2）為避免增加主梁的數(shù)量和增大主梁型號(hào)，必須減小主梁的受力計(jì)算長度（中間彎矩計(jì)算公式［1］：ql2/8，受力長度直接影響主梁受力大小），則必須在主梁長度方向設(shè)置對(duì)拉螺桿。純鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱需通長穿過結(jié)構(gòu)設(shè)置螺桿，相對(duì)簡(jiǎn)單，但螺桿損耗極大且直接影響混凝土結(jié)構(gòu)的整體性和美觀度，還需加強(qiáng)對(duì)螺桿質(zhì)量的把關(guān)；然而勁性鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)柱，螺桿無法對(duì)穿，必須將螺桿都焊接在鋼柱上形成拉結(jié)受力，極大地增加了焊接工作量，且螺桿均只能一次性使用，無法取出，需層層大量投入，往往還因螺桿與鋼柱焊接的質(zhì)量缺陷導(dǎo)致混凝土澆筑過程中螺桿脫落主梁受力不足而爆模。

3 支模加固體系的選擇及設(shè)計(jì)

為規(guī)避上述加固體系存在的各類問題，設(shè)計(jì)滿足本工程大截面柱受力要求的支模加固體系，便對(duì)加固材料的選用和加固方式進(jìn)行了策劃，從提升材料自身強(qiáng)度剛度、改變加固體系的連接方式來取消對(duì)拉螺桿的設(shè)置，從而可規(guī)避因?qū)輻U設(shè)置帶來的對(duì)勞動(dòng)力增加、施工生產(chǎn)效率的降低及工期的增加、質(zhì)量安全隱患、勞動(dòng)力及材料成本的增加。最終確定采用新型鋁合金模板、高強(qiáng)方圓扣及配套三角銷片等三種材料進(jìn)行組合的加固體系，后續(xù)經(jīng)受力驗(yàn)算，生產(chǎn)過程中再對(duì)鋁模板和方圓扣進(jìn)行了加強(qiáng)改造處理，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)施工過程實(shí)際受力要求。

3.1 構(gòu)件選用及改造

方圓扣采用強(qiáng)度等級(jí)不低于 Q345 的低合金鋼材料加工制作而成，單根尺寸根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及受力計(jì)算加工定制，每根方圓扣中間加焊一段 1.2～1.5 m 長相同尺寸的工字型鋼件，增加方圓扣腹板的受力高度，以提升其整體受力的剛度，受力計(jì)算長度可高達(dá) 2 m，混凝土澆筑過程中有效避免了巨柱加固材料跨中的變形度，結(jié)構(gòu)質(zhì)量及加固體系的整體安全性得到了有效保證；單根方圓扣重 21～25.5 kg，安拆便利快捷，在保證混凝土結(jié)構(gòu)模板加固質(zhì)量的同時(shí)，又能提高生產(chǎn)效率，節(jié)省工期（本工程采用 10# 方圓扣：100 mm×25 mm×4.7 mm×8 mm）。

鋁合金模板輕質(zhì)高強(qiáng)，拼裝速度快，通過改進(jìn)增大模板內(nèi)肋高寬，加密端肋間距來增強(qiáng)模板本身的受力強(qiáng)度，加大其抗荷載能力，從而減小主梁所承受的直接荷載，加強(qiáng)改造后鋁合金板材每平米可承受達(dá) 70 kN 的荷載。

三角銷片采用強(qiáng)度等級(jí)不小于 Q235 的鋼材制作而成，棱邊進(jìn)行特殊加工處理，避免緊固過程棱邊出現(xiàn)毛邊、缺口影響加固效果，銷片尺寸為：230 mm×（15 mm～40 mm）×6.6 mm。

鋁模板拼接好后，每四根方圓扣為一組，互相鎖扣拉結(jié)，并采用高強(qiáng)銷片進(jìn)行卡固互相咬合形成水平整體共同受力，實(shí)現(xiàn)對(duì)方柱鋁模板進(jìn)行加固，每組方圓扣間采用 8 塊定尺高度的木方模板作為支撐，可保證混凝土振搗時(shí)方圓扣緊固不松動(dòng)。

鋁合金模板、方圓扣、三角銷片等材料均為工廠定制生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)無需切割，一次投入全周期性使用，且材料投入量少、損耗極小，可有效緩解場(chǎng)內(nèi)總平面堆放場(chǎng)地緊張情況和減少管理難度；所有材料均可回收重復(fù)利用，綠色經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

3.2 構(gòu)造設(shè)計(jì)

1）陽角位置角鋼與兩側(cè)鋁模板采用螺栓進(jìn)行連接，上下每間隔 3 孔一設(shè)；板與板之間采用銷釘進(jìn)行連接，每間隔 3 孔一設(shè)；每塊鋁模板四個(gè)陽角位置第一個(gè)連接孔必須設(shè)置銷釘。

2）首道方圓扣距離結(jié)構(gòu)完成面≤200mm；柱高1.5 m 以下區(qū)域方圓扣設(shè)置間距≤250mm；柱高 1.5 m 以上區(qū)域方圓扣設(shè)置間距≤300 mm，頂部方圓扣以上鋁模懸臂端≤200 mm。

3）柱子兩邊設(shè)置兩道硬性可調(diào)支撐，第一道距離完成面 1.5 m，第二道距離完成面 3.5 m；另一邊設(shè)置一道硬性可調(diào)支撐和柔性拉結(jié)措施，上下設(shè)置間距同另兩面。

3.3 施工工藝流程

測(cè)量放線→鋁模板安裝加固→底部支撐設(shè)置→方圓扣互相垂直初步鎖扣→兩對(duì)角三角銷片入卡槽初步敲擊緊固→換對(duì)角三角銷片入卡槽初步敲擊緊固→兩對(duì)銷片分別完全緊固到位→擺放支撐，循環(huán)進(jìn)行下一道方圓扣加固→垂直度調(diào)整→檢查驗(yàn)收。

3.4 施工操作方法

1）測(cè)量放線。混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行該層的放線工作，彈出軸線、柱的邊線和 300 mm 控制線。

2）鋁模板拼裝封閉。柱單面標(biāo)準(zhǔn)鋁板采用配套銷釘拼裝固定；兩垂直面鋁板在柱角處采用角鋼+螺栓連接固定；上下接長板通過銷釘進(jìn)行連接；銷釘、螺栓每隔不超過三孔設(shè)置一個(gè)。

3）底部支撐擺放。柱底四邊各放置兩塊支撐模板，模板高度為 200 mm，以滿足首道方圓扣距地要求。

4）方圓扣互垂擺放初步鎖扣。四條方圓扣為一組，兩人配合，首先擺放其中一條方圓扣，后將第二條方圓扣彎頭端鉤扣第一條方圓扣平直端，再用第三條方圓扣彎頭端鉤扣第二條方圓扣平直端，最后用第四條方圓扣彎頭端鉤扣第三條方圓扣平直端，同時(shí)第一條方圓扣彎頭端再將第四條方圓扣平直端鉤扣，形成互相鎖扣的口字型。

5）兩對(duì)稱角銷片初步緊固。四個(gè)鎖扣位置的卡槽處各放置一個(gè)三角銷片，兩人持配套鐵錘同時(shí)敲擊初步緊固兩個(gè)對(duì)角，不可僅一人先后緊固四個(gè)銷片，后一銷片的敲擊產(chǎn)生振動(dòng)會(huì)將相鄰銷片震出。

6）換兩對(duì)角銷片初步緊固。兩對(duì)角初步緊固后換位置已同樣的方式緊固另外兩個(gè)對(duì)角的銷片。

7）兩組銷片對(duì)稱完全緊固。同樣還是以對(duì)角對(duì)稱受力的原理，將兩對(duì)角銷片二次完全緊固到位，過程中要注意觀察銷片的敲入深度，如銷片棱角出現(xiàn)缺口、毛邊，無法再敲入，必須更換新銷片重新緊固，同時(shí)觀察是否對(duì)其他銷片產(chǎn)生松動(dòng)的影響。

8）下一道方圓扣加固。第一道方圓扣緊固完成后，于上方擺放定尺木板支撐，以同樣的方式加固第二道方圓扣，如此循環(huán)作業(yè)，加固至頂（見圖 1～圖 4）。

圖1 外框柱鋁模安裝圖

圖2 方圓扣加固節(jié)點(diǎn)圖

圖3 免對(duì)拉螺桿模板加固完成圖

圖4 外框柱施工效果圖

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 材料方面

1）鋁模板、方圓扣進(jìn)場(chǎng)時(shí)檢查驗(yàn)收人員需檢查各材料應(yīng)有相關(guān)產(chǎn)品合格證及檢測(cè)報(bào)告［1］。

2）鋁模板、方圓扣不應(yīng)有明顯變形、破損、裂紋，測(cè)量方圓扣腹板高度和厚度、翼緣板寬度和厚度應(yīng)符合方案中受力驗(yàn)算的型號(hào)尺寸［2］。

4.2 施工方面

1）在樓板上根據(jù)圖紙及定位軸線放出框柱定位邊線及 300 mm 控制線，同時(shí)在框柱四周每隔間距不超過 1 m 設(shè)置定位鋼筋，便于鋁模板在安裝過程中精確定位［3］。

2）鋁模板安裝前必須進(jìn)行表面清理及涂刷專用脫模劑［4］。

3）鋁模板安裝必須嚴(yán)格按照鋁模拼裝深化圖模板編號(hào)順序進(jìn)行安裝，避免連接孔口不對(duì)應(yīng)。

4）每塊鋁模板四個(gè)陽角位置第一個(gè)連接孔必須設(shè)置銷釘，避免漏漿漲模。

5）方圓扣加固過程中嚴(yán)格控制最下層方圓扣離地不超過 200 mm，往上每之間間距不應(yīng)＞300 mm。

6）方圓扣加固至頂后，逐層檢查每個(gè)三角插銷的入槽深度和緊固程度，確保沒層方圓扣已完全加固到位。

4.3 檢查驗(yàn)收等方面

1）嚴(yán)格控制方案要求控制方圓扣設(shè)置間距。

2）嚴(yán)格控制三角銷片緊固程度，防止振搗時(shí)銷片松脫。

3）方圓扣加固自驗(yàn)收合格后組織監(jiān)理進(jìn)行支模體系加固作業(yè)驗(yàn)收。

其他詳見 SJG 72－2020《建筑工程鋁合金模板技術(shù)應(yīng)用規(guī)程》及 JGJ 386－2016《組合鋁合金模板工程技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)條款。

5 安全控制要點(diǎn)

1）結(jié)構(gòu)臨邊面，模板需層層分開安裝，不可整面通高拼裝后進(jìn)行安裝。

2）方圓扣安裝加固應(yīng)從下往上，拆除時(shí)應(yīng)從上往下。

3）方圓扣、鋁模板等構(gòu)件吊裝前必須成捆綁扎結(jié)實(shí)。

4）安裝拆除時(shí)，結(jié)構(gòu)臨邊側(cè)確保爬架與結(jié)構(gòu)間無空隙，硬封閉設(shè)置到位。

5）結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)柱邊以外 2 m 范圍拉設(shè)警示隔離帶，嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入［5］。

6）混凝土澆筑嚴(yán)格控制分次澆筑高度不超過 2 m［6］。

6 結(jié)語

對(duì)于超高層建筑大截面（一般指斷面尺寸＞1.5 m）結(jié)構(gòu)柱，柱內(nèi)存在尺寸較大且構(gòu)造復(fù)雜的鋼骨，柱縱筋及箍筋直徑較大且設(shè)置較密的情況，此類建筑結(jié)構(gòu)柱在支模加固施工時(shí)，采用鋁合金模板與方圓扣組合的加固體系具有非常大的優(yōu)勢(shì)。其體系安全性高且可有效避免大量常見的混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量通病；尤其是施工場(chǎng)地狹小，周轉(zhuǎn)材輔材堆場(chǎng)極為緊張，業(yè)主對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工和結(jié)構(gòu)質(zhì)量觀感要求較高的項(xiàng)目，采用此加固體系可確保建設(shè)工程的安全文明施工環(huán)境和結(jié)構(gòu)質(zhì)量，使項(xiàng)目管理和施工的效益最大化。Q