吳超洋 徐秋恒 王文涵 徐爭光 陳 奇

中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司 上海 200333

1 工程概況

杭州世茂智慧之門項目是由5棟樓組成的城市綜合體，項目總建筑面積370 000 m2,建成后將成為與國際文化兼容并包，集辦公、商務(wù)、商業(yè)、教育、生活休閑于一身的多業(yè)態(tài)、多功能標(biāo)志性城市商務(wù)綜合體。

其中A、B塔樓內(nèi)側(cè)為核心筒剪力墻結(jié)構(gòu)體系，外側(cè)為“巨型柱-巨型斜撐-環(huán)桁架”鋼結(jié)構(gòu)體系，鋼梁通過核心筒內(nèi)預(yù)留連接件與內(nèi)側(cè)形成一個整體，鋼結(jié)構(gòu)外側(cè)存在8根巨型鋼骨混凝土柱，沿結(jié)構(gòu)外立面設(shè)置巨型斜撐將巨柱與鋼結(jié)構(gòu)連成一個封閉的整體。

2 研究背景

超高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)往往具有截面尺寸大、混凝土澆筑量大、混凝土強度高等特點，在對模板進行選用時需斟酌。

使用傳統(tǒng)的模板，耗費大量的安拆時間，采購大量的模板將會帶來極大的材料成本，加之模板材料周轉(zhuǎn)需輔助配合，造成塔吊、施工電梯的使用頻次相應(yīng)增加，在過程中也存在較大的安全風(fēng)險。為此，項目部對市場上使用的模板進行績效評價和方案分析，編制專項施工方案，以保證工程的質(zhì)量、進度，提高模板施工效率、降低成本[1-3]。

3 不同部位模板體系選擇

3.1 地下室模板體系選擇

本工程共3 層地下室，地下室總建筑面積近100 000 m2，最大剪力墻厚度為1 400 mm，最大柱子截面尺寸為2 600 mm×2 600 mm。存在2種可供選擇的模板體系：木模及GMT模板。

1）木模。木模為現(xiàn)代建筑工程行業(yè)最常見的模板體系，靈活輕便，不受結(jié)構(gòu)變化影響，遇到特殊結(jié)構(gòu)可在現(xiàn)場進行裁剪處理。在施工中技術(shù)成熟，班組熟悉程度高。項目地下室墻柱截面尺寸較大，一般的木模剛度及強度難以保證大截面混凝土施工時的可靠性，無法滿足地下室結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量要求。同時，由于地下室結(jié)構(gòu)工期較緊，勢必會造成地下室模板滿配的情況發(fā)生，受制于地上模板體系施工影響，木模實際周轉(zhuǎn)次數(shù)將會極低，甚至無法周轉(zhuǎn)，成本方面會顯得較高。

2）GMT模板。GMT材料是一種復(fù)合材料，具有質(zhì)量輕（＜10 kg/m2）、強度好、周轉(zhuǎn)次數(shù)多（可達上百次）、成活美觀、可回收等優(yōu)點，符合國家提倡的節(jié)能環(huán)保要求，是一種很有前途的新型材料。定尺GMT模板在出廠時已經(jīng)設(shè)計好對拉螺栓孔和釘子孔，為現(xiàn)場施工節(jié)約了時間。GMT模板設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)塊，墻和頂板的邊角部位使用木模裁切。它與混凝土親和力差，清理方便，脫模劑用量很少。這樣的散拼早拆方式，一次性投入比木模大，但它基本上可以全部回收，用于下一個工程。它的所有材料周轉(zhuǎn)次數(shù)都大于百次，攤銷成本比木模低得多。在質(zhì)量方面，GMT模板強度高，清理簡單，拆卸損傷少，混凝土澆筑后可達到免抹灰程度。另外，GMT模板為早拆體系，隨著地下室分區(qū)施工，在工期要求范圍內(nèi)，模板存在周轉(zhuǎn)空間，地下室模板整體成本投入量相對較低。

根據(jù)上述分析，地下室模板體系選擇GMT模板。

3.2 地上外框巨型柱模板體系選擇

A、B塔樓外框存在8根鋼骨混凝土巨柱，巨柱尺寸從2 400 mm×2 400 mm經(jīng)數(shù)次縮減，變?yōu)?00 mm×900 mm，巨柱通過連續(xù)鋼斜撐進行連接，在斜撐與巨柱交接部位，截面構(gòu)造復(fù)雜，同時由于地上結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層高4.2 m，避難層高達5.2 m，導(dǎo)致混凝土澆筑時下部壓力極大，加固體系設(shè)計困難。僅存在2種模板支撐體系可供選擇：鋁模、木模。

1）鋁模。鋁模為一種高強鋁合金模板，具有高周轉(zhuǎn)、免抹灰的施工特點。同時鋁?，F(xiàn)場安裝簡單，人工效率較高，支設(shè)時間短。經(jīng)深化設(shè)計，鋁?？刹捎锰厥庠O(shè)計的鋼管桁架背楞，達到只通過巨柱四角對巨柱進行加固的效果，避免了在巨柱內(nèi)部穿設(shè)對拉螺桿，能在滿足現(xiàn)場施工要求的情況下，減少后期修補工作的資源投入。

2）木模。木模施工巨柱的優(yōu)勢在于靈活可變性，在巨柱斜撐與樓承鋼梁位置能夠進行精確定位，保證模板與鋼構(gòu)件的緊密結(jié)合。但木模的拆卸及安裝時間相對較長，周轉(zhuǎn)能力較弱，因此會對現(xiàn)場工期及成本造成較大影響。同時，巨柱混凝土強度均為C50，澆筑時釋放大量的水化熱，對加固模板體系的牢固程度是個巨大的考驗，一般木模的剛度較低，無法滿足使用要求。

綜上所述，地上外框巨柱采用鋁模模板。

3.3 地上核心筒結(jié)構(gòu)模板體系選擇

A、B塔樓核心筒為一個20 m×20 m的正方形剪力墻結(jié)構(gòu)（圖1），建筑物總高度為272.2 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高為4.2 m，核心筒內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)為電梯井道、衛(wèi)生間、消防逃生樓梯與公共走道。核心筒結(jié)構(gòu)外側(cè)墻面隨結(jié)構(gòu)爬升向內(nèi)收縮。受建筑高度及層高限制，傳統(tǒng)木模明顯不適用。核心筒外墻可供選擇的模板體系為爬模、滑模與頂模，核心筒內(nèi)側(cè)模板體系可供選擇的為木模及鋁模。

3.3.1 爬模、滑模與頂模的方案對比

1）爬模系統(tǒng)具有操作簡便靈活、爬升安全平穩(wěn)、速度快、模板定位精度高、施工過程中無需其他輔助起重設(shè)備等特點，可整體爬升，也可單榀爬升；操作方便，爬模架一次組裝后，一直到頂不落地，節(jié)省了施工場地，而且減少了模板，特別是面板的碰傷損毀?？晒?jié)省大量工時和材料，整體經(jīng)濟性較好。同時爬模為WISA木模，可配合核心筒內(nèi)模板實現(xiàn)核心筒內(nèi)外、豎向與水平結(jié)構(gòu)的同步施工。

圖1 A、B塔樓核心筒結(jié)構(gòu)平面布置示意

2）滑模機械化程度高、施工速度快、場地占用少、安全作業(yè)有保障，但其施工過程非常緊湊，在混凝土凝固前必須向上滑動模板，混凝土凝固以后則無法滑動，且由于在混凝土凝固前滑動模板，故在混凝土結(jié)構(gòu)表面觀感和結(jié)構(gòu)垂直度控制等方面有較大困難。

3）頂模工藝為整體提升式，低位支撐，電控液壓自頂升，可形成一個封閉、安全的作業(yè)空間，模板、掛架、鋼平臺整體頂升，具有施工速度快、安全性高、機械化程度高、節(jié)省勞動力等多項優(yōu)點。但頂模系統(tǒng)用鋼量大，造價較高。

綜上比較，本工程核心筒剪力墻外側(cè)模板選用爬模。

3.3.2 標(biāo)準(zhǔn)層鋁模與木模的方案對比

圍繞著爬模體系，核心筒內(nèi)側(cè)存在2種模板可供選擇：木模與鋁模?？紤]到本工程為超高層建筑，地上結(jié)構(gòu)占用了大多數(shù)的工期與成本，因此地上模板選擇尤為重要。

對于內(nèi)側(cè)模板，模板由現(xiàn)場勞務(wù)班組進行拼裝加固，故施工效率為第一因素，同時兼顧考慮安全、質(zhì)量、成本因素，選擇了施工較為便捷的鋁模。

3.3.3 非標(biāo)準(zhǔn)層模板體系的選擇

A、B塔樓核心筒避難層高度為5.2 m，位于結(jié)構(gòu)12、25、38、51層，由于地上標(biāo)準(zhǔn)層使用爬模與鋁模組合施工模板體系，故此位置無法重新大面積選擇另類模板體系，此部位可選擇的模板支撐方式有3種：全鋁模、全木模、鋁木結(jié)合。

1）全鋁模施工方案。本工程避難層相比標(biāo)準(zhǔn)層，若全部使用鋁合金模板需增補模板面積達450 m2，且僅需周轉(zhuǎn)4次，相對高昂的成本，實際使用次數(shù)過低導(dǎo)致從鋁模中獲得的收益明顯降低。

2）全木模施工方案。受制于結(jié)構(gòu)特點的影響，全木模的材料垂直運輸較為困難，且此層為結(jié)構(gòu)避難層，每隔12層設(shè)置一層，模板、架料使用后無法大面積周轉(zhuǎn)，在施工與成本方面均不占優(yōu)勢。

3）鋁木結(jié)合施工方案。以鋁模體系為基礎(chǔ)，對豎向墻體鋁木結(jié)合細(xì)部節(jié)點進行深化，在不新增鋁模的條件下，使用少量木模進行填充。使用鋁木結(jié)合施工技術(shù)可有效降低單獨使用鋁模或木模產(chǎn)生的成本，同時由于木模使用量較少，施工周期與鋁模相比無需延長，直接或間接地降低生產(chǎn)成本。

經(jīng)分析，非標(biāo)準(zhǔn)層模板體系使用鋁木結(jié)合模板體系。

4 應(yīng)用與實施效果

4.1 地下室GMT模板應(yīng)用

GMT模板施工前，廠家設(shè)計人員根據(jù)施工圖紙進行CAD配模。在現(xiàn)場進行模板的試拼、預(yù)排。對于部分不符合GMT模板尺寸模數(shù)的非標(biāo)部位，采用傳統(tǒng)膠合板進行 散拼。

在地下室施工前，針對地下室厚1 400 mm巨型剪力墻與2 600 mm×2 600 mm巨型結(jié)構(gòu)柱等重難節(jié)點，單獨進行設(shè)計，配備特殊結(jié)構(gòu)模板，采用單面支撐＋對拉螺桿的方式加固，滿足現(xiàn)場施工要求。

施工時，按照后澆帶分布將整個地下室分為8塊區(qū)域，采取分段施工的方式，充分利用了GMT模板早拆特點，使GMT模板周轉(zhuǎn)次數(shù)達到8～10次，大大減少了鋼管架料及模板的施工費用（圖2）。

4.2 巨型柱鋁模板應(yīng)用

巨型柱最大截面尺寸為2 400 mm×2 400 mm，普通模板很難對巨柱進行有效加固，在使用鋁合金模板的基礎(chǔ)上，將鋁合金方鋼背楞改為定制的鋼桁架背楞（圖3），大大加強了巨柱模板的整體強度與剛度，使施工質(zhì)量得到了有效保證。

圖2 GMT模板實際應(yīng)用效果

圖3 巨型柱鋼桁架背楞

由于本工程的特殊性，部分鋼梁與斜撐構(gòu)件需與巨柱內(nèi)插型鋼連接，巨柱模板不可避免地與鋼構(gòu)件交叉，考慮在交接位置留設(shè)木模加固接頭，使用木模進行封邊，提高了巨柱成形質(zhì)量。

4.3 核心筒爬模與鋁模組合應(yīng)用

在爬模與鋁模的實際應(yīng)用過程中，主要解決以下幾個問題：

1）同一面墻爬模與鋁模對拉螺桿位置協(xié)調(diào)統(tǒng)一。鋁模螺桿豎向高度需與爬模橫楞豎向高度一致；同時爬模外墻提供4道主橫楞，鋁模提供另外4道截面為40 mm×60 mm的橫向背楞。

2）爬模與鋁模在陽角位置的搭接。爬模厚18 mm木模板伸出墻端邊線55 mm，爬模的工字梁伸出墻端邊線55 mm，利用爬模壓住鋁模的邊框進行連接。

3）爬模與鋁模平面搭接加固方式。第1道、第3道及第5道背楞，墻端設(shè)計異形背楞，利用爬模緊固螺桿與異形背楞斜拉加固，要求爬模端部橫楞伸出墻端的尺寸是統(tǒng)一固定的尺寸，且不大于150 mm；第2道、第4道及第6道背楞，利用鋁模帶角鐵斜拉背楞，采用斜拉螺桿進行連接斜拉加固。

通過爬模與鋁模組合施工的方式，核心筒平均施工進度縮短至5.5層/d，施工質(zhì)量達到免抹灰條件，直接或間接降低成本近550萬元。

4.4 非標(biāo)準(zhǔn)層鋁模與木模組合應(yīng)用

避難層（非標(biāo)準(zhǔn)層）層高由標(biāo)準(zhǔn)層4.20 m增加到5.25 m，導(dǎo)致鋁模墻體配模高度不足，不足之處使用木模接高處理（圖4）；梁截面尺寸不變，板厚由150 mm增加到200 mm，原梁側(cè)模無法使用，考慮將鋁合金梁側(cè)板更換為木模板，兩側(cè)采用對拉螺桿加固（圖5）。

圖4 墻墻及墻板部位鋁木模板安裝

圖5 梁板部位鋁木模板安裝

其余部位均使用標(biāo)準(zhǔn)層鋁模材料，更換的鋁合金梁側(cè)模傳遞至下一個標(biāo)準(zhǔn)層使用，將鋁模與木模進行最大限度的結(jié)合，在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，避免單獨使用鋁模或木模帶來的材料成本投入。

5 結(jié)語

本文針對特定設(shè)計結(jié)構(gòu)的超高層建筑，對模板的選擇、方案的確定、應(yīng)用過程中解決的問題及實施效果等方面進行了全面分析，為今后類似超高層建筑的模板體系選擇及應(yīng)用提供了豐富的經(jīng)驗及可借鑒的依據(jù)。