王金鑫 王志瓏 盧 程 孫 文 李國(guó)冰 馬 超 周 璇

中建一局集團(tuán)第三建筑有限公司 北京 100161

20世紀(jì)以來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)騰飛和城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，超高層的建造也在國(guó)內(nèi)迅速興起。經(jīng)過(guò)21世紀(jì)首個(gè)十年繁榮發(fā)展階段的不斷探索和刻苦鉆研，第2個(gè)十年我國(guó)超高層建設(shè)水平已躋身世界前列。僅2018年單年完工的200 m以上建筑物就達(dá)88座，占同年全球范圍總量的62%，累計(jì)總高度達(dá)21 556 m，排名世界首位。

過(guò)去20年，無(wú)數(shù)個(gè)城市拔地而起向上生長(zhǎng)的過(guò)程，就是國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)無(wú)比珍貴的成長(zhǎng)經(jīng)歷。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的鉆研探索，我國(guó)超高層建造技術(shù)已日益成熟，國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成多個(gè)形式的模架體系，紛紛在不同設(shè)計(jì)形式的超高層建設(shè)項(xiàng)目得以應(yīng)用實(shí)踐。

受益于近年來(lái)超高層建造模架體系發(fā)展的多元化，超高層項(xiàng)目模架體系的選型環(huán)境更加理想。由此，模架體系的先進(jìn)性、科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性以及對(duì)項(xiàng)目的針對(duì)性，更多地成為模架體系選型的關(guān)鍵考量，其中所選模架體系的科學(xué)性與對(duì)項(xiàng)目的針對(duì)性更是容易成為制約整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)因素。

1 工程概況

萬(wàn)達(dá)·西安one項(xiàng)目2地塊工程（萬(wàn)達(dá)天鼎）位于西安市高新區(qū)，建筑面積178 550 m2，是由2座塔樓、3座裙房與3層地下室組成的超高層建筑綜合體。其中2座塔樓地上44層（3個(gè)避難層），建筑高度170.00 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.55 m，單層建筑面積1 392.93 m2?？拐鹪O(shè)防烈度8度（0.2g），塔樓為勁性混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，主樓平面建筑輪廓尺寸為69.3 m×20.1 m，設(shè)計(jì)選型呈扁長(zhǎng)形，由此對(duì)超高層短邊向抗側(cè)要求極高。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案針對(duì)該難點(diǎn)在長(zhǎng)邊向設(shè)置大量“T”形墻，用以抵抗扁平結(jié)構(gòu)垂直于長(zhǎng)邊向的側(cè)向地震作用。同時(shí)，為滿足外立面純玻璃幕墻的采光需求，各房間窗洞也盡可能放寬到最大，外圍布置大量短肢剪力墻。

2 模板體系選型設(shè)計(jì)

項(xiàng)目建設(shè)前期，擬采用快拆式鋁合金模架體系進(jìn)行施工，但本項(xiàng)目豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件分別在3個(gè)避難層進(jìn)行3次縮截面變化。與常規(guī)核心筒結(jié)構(gòu)體系超高層項(xiàng)目不同，單層建筑面積相等條件下，剪力墻結(jié)構(gòu)體系混凝土豎向構(gòu)件數(shù)量遠(yuǎn)超核心筒結(jié)構(gòu)體系，所以豎向構(gòu)件縮截面引發(fā)墻體尺寸隨之變化的墻體數(shù)量遠(yuǎn)大于常規(guī)核心筒結(jié)構(gòu)體系超高層項(xiàng)目。此時(shí)若仍采用鋁合金模板，則每次縮截面都需為每處“T”形墻兩側(cè)陰角及“L”形墻角部訂制全新的角模板，且角模板的加工成本較為高昂，所以每次變截面需替換的角模板總量較大（圖1）。經(jīng)初步測(cè)算，僅模架體系材料板塊將對(duì)本項(xiàng)目造成36.3%的額外成本增加，對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益影響較為嚴(yán)重。

圖1 截面縮減對(duì)異形角模的影響

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析國(guó)內(nèi)其他經(jīng)典超高層項(xiàng)目建造案例[1-3]，并結(jié)合以往參與建設(shè)超高層項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)品質(zhì)、工期及成本等方面進(jìn)行綜合考慮。通過(guò)測(cè)算，最終確定針對(duì)本剪力墻結(jié)構(gòu)體系超高層項(xiàng)目，選用鋼木結(jié)合模板體系：豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件（墻與連梁）主要采用大鋼模進(jìn)行模板支設(shè)，水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件（板與梁）采用木模進(jìn)行模板支設(shè)。

在塔吊配置確定之后，由于超高層項(xiàng)目吊次總量與施工層高度保持負(fù)相關(guān)關(guān)系，吊次總量將隨施工層數(shù)增長(zhǎng)逐漸下滑。故模板設(shè)計(jì)過(guò)程中，參照塔樓施工流水段劃分，大鋼模直接在作業(yè)高度按流水段分段作業(yè)參與水平流轉(zhuǎn)，控制落地板數(shù)量，避免大量長(zhǎng)距離起落形成的吊次浪費(fèi)。在單層粘灰面積設(shè)為定額時(shí)，在滿足工期的條件下，提高模板周轉(zhuǎn)率，用盡量少的配模面積完成固定粘灰面積的模板施工，有利于項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益與倡行綠色環(huán)保。

3 分段流水推進(jìn)過(guò)程中資源占用情況分析

3.1 平面空間資源

水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件的木模板無(wú)需占用塔樓外場(chǎng)地資源，滿配3層，采用懸挑卸料平臺(tái)循環(huán)向上部作業(yè)層進(jìn)行倒料。由于大部分大鋼模標(biāo)準(zhǔn)板均參與水平分段流水的調(diào)轉(zhuǎn)，施工推進(jìn)過(guò)程中無(wú)需吊離作業(yè)樓層，故此部分大鋼模對(duì)塔樓外場(chǎng)地資源無(wú)占用需求。

主要需為每次水平流水不參與調(diào)轉(zhuǎn)的異形模板及極少因尺寸不適無(wú)法參與水平流水的標(biāo)準(zhǔn)板在塔樓外的適當(dāng)位置規(guī)劃大模板堆放區(qū)。對(duì)于單層建筑面積1 392.93 m2的本項(xiàng)目塔樓，落地板需150～250 m2的大模板堆放場(chǎng)地。出于安全及材料維護(hù)等角度考慮，大模板堆放需由無(wú)支腿的角模搭設(shè)插模架，另整個(gè)堆放區(qū)須四周完全圍閉，杜絕無(wú)關(guān)人員穿行（圖2）。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)化大模板堆放區(qū)

根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比，大模板堆放場(chǎng)地的面積，約等于同一施工單元所需的鋼筋加工場(chǎng)區(qū)占地面積。由此若選用大鋼模，即使在施工過(guò)程中相當(dāng)數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)板無(wú)需設(shè)置大模板堆放區(qū)進(jìn)行存放，最少也需為其提供等同于施工單元附屬鋼筋加工場(chǎng)地的平面空間資源。

3.2 垂直運(yùn)輸資源

在大鋼模模板設(shè)計(jì)階段，為更好地保證墻面平整度，需盡量少地劃分模板分縫。對(duì)于單塊面積較大的墻模板，往往板高約等于層高，板寬取值在1.8～3.0 m之間。依據(jù)本項(xiàng)目模板設(shè)計(jì)方案，模板最大尺寸為2 900 mm×3 620 mm，單塊模板質(zhì)量3.42 t。然而較為常見(jiàn)的平臂式塔式起重機(jī)QTZ250在起重半徑70 m時(shí)的最大起重量?jī)H3.0 t。故大鋼模與塔吊選型之間存在相互干預(yù)關(guān)系，須確保塔吊起重能力滿足大鋼模起吊需求。

大鋼模對(duì)塔吊垂直運(yùn)輸?shù)醮握加幂^為嚴(yán)重。依據(jù)本項(xiàng)目實(shí)況統(tǒng)計(jì)，單層建筑面積1 392.93 m2按對(duì)半等分劃分流水段，單個(gè)流水段總吊次為86次，整個(gè)流水段入模過(guò)程持續(xù)9 h53 min，平均9吊次/h。

剪力墻結(jié)構(gòu)體系超高層項(xiàng)目混凝土構(gòu)件含量遠(yuǎn)大于同等單層面積的筒體結(jié)構(gòu)體系，配模面積也遠(yuǎn)大于常規(guī)項(xiàng)目，配板數(shù)量增加，吊次需求隨之?dāng)U大。

在含有較多短肢剪力墻的情況下，針對(duì)含型鋼的短肢剪力墻配置的異形角模多數(shù)無(wú)法參與作業(yè)高度的水平流水段流轉(zhuǎn)。施工至較高樓層時(shí)，落地板的單次起落時(shí)長(zhǎng)被拉長(zhǎng)，最大吊次總量隨之減少。

另外，絕大多數(shù)超高層項(xiàng)目均含有鋼結(jié)構(gòu)，選用大鋼模時(shí)，需結(jié)合結(jié)構(gòu)形式與模板設(shè)計(jì)方案針對(duì)吊次進(jìn)行驗(yàn)算。若所需吊次較多，尚需考量是否為現(xiàn)場(chǎng)吊次需求匹配垂直運(yùn)輸機(jī)械，以確保工期進(jìn)度。

3.3 勞動(dòng)力資源

采用鋼木結(jié)合模板體系，意味著施工現(xiàn)場(chǎng)需同時(shí)配備正常規(guī)模的大模板施工班組與木模板施工班組。對(duì)比選用純木模施工，相當(dāng)于在原木工班組人員基本無(wú)削減的情況下，需額外增加大鋼模吊裝班組。

在純木模施工的情況下，水平結(jié)構(gòu)模板工程施工班組在水平結(jié)構(gòu)模板工程施工開(kāi)始前期，已完成了豎向結(jié)構(gòu)模板支設(shè)。而在采用鋼木結(jié)合模板體系的情況下，豎向結(jié)構(gòu)模板支設(shè)需由專業(yè)的大鋼模班組進(jìn)行。完整的大模板班組包括模板吊裝人員、模板校正人員。按照本項(xiàng)目流水段面積約700 m2，每座塔樓附1臺(tái)塔吊的情況，吊裝人員需配備4～6名，人均工效獲得提升。同時(shí)大模板可提升墻體的施工質(zhì)量，可減少墻體打磨處理的人員配備。

3.4 工期資源

針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)體系，鋼木結(jié)合模板體系與木模板及鋁模板最大的不同就是需要豎向結(jié)構(gòu)與水平結(jié)構(gòu)分2次澆筑。對(duì)比整體澆筑的情況，在施工工序掛接的關(guān)鍵路線上，分別澆筑需額外增加豎向結(jié)構(gòu)的帶模養(yǎng)護(hù)及拆模時(shí)間。根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同，帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)間也不同。參照本項(xiàng)目豎向構(gòu)件C60高強(qiáng)混凝土，常規(guī)條件下維持4～6 h帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)長(zhǎng)即可出模，冬期強(qiáng)度增長(zhǎng)將更緩慢，豎向結(jié)構(gòu)拆模時(shí)間將受更多的環(huán)境因素制約。拆模過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)短主要取決于垂直運(yùn)輸資源與大鋼模設(shè)計(jì)方案的匹配程度。

豎向結(jié)構(gòu)鋼模的拆模為水平結(jié)構(gòu)模板施工的前置條件，故若豎向模板按照流水段水平流轉(zhuǎn)，保證大部分標(biāo)準(zhǔn)板不落地，則水平結(jié)構(gòu)流水段的層層遞進(jìn)存在相互掛接的關(guān)系，各流水段之間若保持平行遞進(jìn)關(guān)系，必須嚴(yán)控拆模后的工序銜接。簡(jiǎn)單推演過(guò)程如下：N層Ⅰ段豎向結(jié)構(gòu)拆模時(shí)，N層Ⅱ段豎向結(jié)構(gòu)必須具備入模條件；常規(guī)條件下N層Ⅱ段豎向結(jié)構(gòu)入模48 h后，帶模養(yǎng)護(hù)完畢具備拆模條件，按照流水周轉(zhuǎn)原則，此時(shí)須N＋1層Ⅰ段豎向結(jié)構(gòu)已具備入模條件，否則將直接影響N層Ⅱ段水平結(jié)構(gòu)模板支設(shè)的開(kāi)始時(shí)間。

因此，須在48 h內(nèi)完成N層水平向結(jié)構(gòu)施工并使N＋1層豎向結(jié)構(gòu)具備入模條件。在形成穩(wěn)固流水的狀態(tài)下，每個(gè)流水段主體結(jié)構(gòu)施工每層需5 d，由于流水段之間存在相互掛接關(guān)系，所以主體結(jié)構(gòu)施工每層的施工周期將略大于5 d。應(yīng)從模板周轉(zhuǎn)層面加強(qiáng)班組間對(duì)工期進(jìn)度的約束，促進(jìn)勞務(wù)班組內(nèi)部加強(qiáng)工序銜接意識(shí)，避免窩工造成對(duì)工期的浪費(fèi)（圖3）。

圖3 鋼模水平流轉(zhuǎn)流水段掛接關(guān)系

3.5 資金占用情況

在達(dá)到同等品質(zhì)要求的條件下，木模施工需占用更多的勞動(dòng)力與工期資源，且純木模也不符合超高層施工技術(shù)需要的先進(jìn)性、科學(xué)性要求。所以在超高層項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，雖然選用純木模的材料費(fèi)對(duì)資金占用率最低，但往往不在討論之列。

在剪力墻結(jié)構(gòu)體系超高層建造項(xiàng)目模板體系選型階段，主要通過(guò)對(duì)比鋼模與鋁模來(lái)體現(xiàn)鋼模板在資金占用率等方面所具有的優(yōu)越性（表1）。

表1 模板選型經(jīng)濟(jì)效果對(duì)比

根據(jù)本項(xiàng)目鋼模板與鋁模板的設(shè)計(jì)情況，預(yù)估每座塔樓鋁模總價(jià)約362.5萬(wàn)元，且為租賃（按工期300 d計(jì)算，暫不考慮工期增加帶來(lái)的成本隱患）；而大鋼模每座塔樓總價(jià)約112.6萬(wàn)元，僅為鋁?？們r(jià)31%，且為永久購(gòu)買，可長(zhǎng)期進(jìn)行周轉(zhuǎn)使用。

就均需即時(shí)付款的條件來(lái)看，選用鋼模的資金占用率遠(yuǎn)小于鋁合金模板體系，往往在項(xiàng)目建設(shè)初期不易對(duì)回款較少的項(xiàng)目形成較大的資金壓力。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)超高層建筑建造技術(shù)的不斷成熟，新的建筑結(jié)構(gòu)形式、建造方式也在不斷涌現(xiàn)，并且保持著相互適應(yīng)、互相激勵(lì)的共同發(fā)展局面。如何針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合可調(diào)配的施工資源情況，靈活選用適合項(xiàng)目的施工技術(shù)，對(duì)每個(gè)超高層建設(shè)項(xiàng)目而言都是至關(guān)重要的關(guān)鍵一環(huán)。

為打破核心筒結(jié)構(gòu)體系對(duì)建筑物平面設(shè)計(jì)的限制，可采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系以滿足更多元化的建筑平面設(shè)計(jì)方案。但對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)體系超高層建造項(xiàng)目而言，模板體系選擇還需盡可能結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況、質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)要求、場(chǎng)地條件、工期進(jìn)度需求、主要施工機(jī)械部署情況、勞動(dòng)力情況及資金情況等，最終確定最適合項(xiàng)目的模板類型，以確保項(xiàng)目在工期、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保等各方面達(dá)到更高目標(biāo)，創(chuàng)造更好的社會(huì)效益。