張學(xué)洲

（福建榮建集團(tuán)有限公司）

1 工程概況

龍巖市西安金融安置小區(qū)D 地塊第一標(biāo)段位于龍巖市龍巖大道與人民路交叉口西北側(cè)，項(xiàng)目由三棟高層住宅樓組成，建筑物編號分別為16#建筑物、19#建筑物和20#建筑物，其中，16#建筑物層高為33 層，建筑高度為99.45m，占地面積為323.07m2，架空面積為31.10 m2，總建筑面積為11991.55m2，計(jì)容建筑面積為11960.45m2；19#建筑物層高為32 層，建筑高度為96.60m，占地面積為908.53m2，架空面積為200.88m2，總建筑面積為20175.97m2，計(jì)容建筑面積為19975.08m2；20#建筑物層高為33 層，建筑高度為99.45m，占地面積為717.64m2，架空面積為114.55m2，總建筑面積為22217.99m2，計(jì)容建筑面積為22103.44m2。所有建筑物標(biāo)準(zhǔn)層層高均為3.00m，其中地下一、二層為地下室，主要功能為車庫，地下建筑面積為20441.12 m2，層高為4.5m。

2 鋁合金模板的受力和變形計(jì)算

施工中選用的鋁合金模板材料為6061-T6，主要合金元素為鎂和鋁，其抗彎強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均為240MPa，抗剪強(qiáng)度為95MPa。按照鋁合模板施工位置的不同，需對樓面鋁合金模板、單跨梁鋁合金模板、墻身鋁合金模板分別計(jì)算其應(yīng)力和變形，同時(shí)應(yīng)對對工具式鋼支柱的鋁合金模板體系進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算[1]。

在荷載取值時(shí)，固定荷載和活動荷載的分項(xiàng)系數(shù)均按現(xiàn)行規(guī)范取值，分別取為1.35和1.40；活動荷載考慮施工布料機(jī)上料時(shí)的機(jī)械荷載和人群荷載，取值為4kN/m2，含配件的鋁模板自重分布荷載按0.5kN/m2進(jìn)行計(jì)取。按最不利工況進(jìn)行樓面鋁膜板受力計(jì)算，16#建筑物、19#建筑物和20#建筑物的最大樓板厚度為150mm，樓板鋼筋混凝土的容重為25.1kN/m3，可以得到最大計(jì)算分布荷載為11.36kN/m2，計(jì)算過程如公式⑴所示。

P=1.35×（25.1×0.15+0.5）+1.4×4

=11.36kN/m2⑴

如圖1 所示，樓面鋁合金標(biāo)準(zhǔn)模板的寬度為B=0.4m，長度為L=1.20m，厚度t=4.0mm，其彎矩系數(shù)為k1=0.0698，撓度系數(shù)k2=0.00192，可以得到樓面鋁合金標(biāo)準(zhǔn)模板的界面慣性矩Ix和截面抗彎模量Wx如公式⑵～公式⑶所示[2]。

圖1 樓面合金標(biāo)準(zhǔn)模板尺寸

由此可以得到，樓面鋁合金標(biāo)準(zhǔn)模板的計(jì)算荷載W、最大彎矩Mmax、最大彎矩應(yīng)力σw、支點(diǎn)最大剪力F、最大剪應(yīng)力σt和最大撓度Lmax如公式⑷～公式⑼所示。

在單跨梁鋁合金模板計(jì)算中，梁高和梁寬取最不利工況，最大高度為400mm，最大寬度為250mm，混凝土比重為25.5kN/m3，梁結(jié)構(gòu)最大計(jì)算壓力如公式⑽所示。

P=1.35×(25.5×0.4+0.5)+0.4×1.4

=20.045kN/m2⑽

在墻身鋁模板計(jì)算時(shí)，需要計(jì)算墻體混凝土對墻身鋁模板的側(cè)壓力，并考慮外加劑、塌落度、澆筑速度、溫度等因素的影響，對側(cè)壓力進(jìn)行修正，修正公式為F=0.22·Vc·h·t0·β2·β1·V0.5。其中，Vc為墻體混凝土的容重，取為24.0kN/m3；β1為外加劑修正系數(shù)，取1.2；h為間墻高度2.90m；β2為混凝土坍落影響修正系數(shù)，實(shí)際塌落度測試值為125，因此β2計(jì)算時(shí)取為1.15；V為混凝土澆筑速度，按正常澆筑速率2m/hr考慮；t0為混凝土澆筑時(shí)溫度，按正常室溫25℃考慮，溫度修正系數(shù)為5。

綜合可得，墻體鋁模板修正后最大混凝土側(cè)壓力為F= 0.22 ×Vc×t0×β2×β1×V0.5=0.22×24.0×25×1.15×1.0×20.5=51.51kPa[3-5]。同樣地，可以得到單跨梁鋁合金模板和墻身鋁合金模板的計(jì)算荷載W、最大彎矩Mmax、最大彎矩應(yīng)力σw、支點(diǎn)最大剪力F、最大剪應(yīng)力σt和最大撓度Lmax如表1所示。

表1 單跨梁鋁合金模板和墻身鋁合金模板的受力及變形計(jì)算結(jié)果

在高層建筑施工中，采用鋁模板施工時(shí)需要穩(wěn)固的支撐系統(tǒng)，工具式鋼支柱支撐系統(tǒng)具有強(qiáng)度和剛度大、安拆方便，鋼立柱之間無需設(shè)置拉結(jié)水平桿等優(yōu)點(diǎn)，在鋁合金模板體系中得到廣泛應(yīng)用，發(fā)揮了重要的抗側(cè)向力的作用。結(jié)合本研究中的建筑層高（標(biāo)準(zhǔn)層3.0m），工具式鋼支柱支撐系統(tǒng)高度需要設(shè)置2.9m，考慮墻體混凝土的側(cè)向力，設(shè)置工具式鋼制柱最大間距為1200，施作時(shí)，工具式鋼支柱由2 節(jié)直徑大小不同的鋼管套接而成，上部鋼管直徑為48mm，嵌套至底部直徑為60mm的鋼管中，同時(shí)為了使工具式鋼支柱可以調(diào)節(jié)高度，在底部鋼管頂部焊接螺紋管。工具式鋼支柱截面參數(shù)如表2所示，工具式鋼管立柱受壓穩(wěn)定性按公式⑾計(jì)算[6]。

表2 工具式鋼支柱截面參數(shù)

式中，N為單根工具式鋼支柱所承受的最大壓力；φ為壓桿穩(wěn)定系數(shù)；βmx為等效彎矩系數(shù)；Mx為彎矩作用平面內(nèi)偏心彎矩值；Wx為毛截面抵抗矩，取為6233m3；Nex為歐拉臨界力。

計(jì) 算 時(shí)，N=8.32kN/mm2×1.2m×1.2m=11.98kN，φ取 為0.273，βmx取 為1.0；x=N×d/2=11.98×48/2=287.5kN·mm；Wx取為6233m3；Nex=30647N。由公式⑾可以計(jì)算得到壓彎桿件受壓穩(wěn)定性如公式⑿所示。

表明該工程工具式鋼支柱整體穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。

3 高層建筑鋁合金模板的施工技術(shù)

為了保證高層建筑施工的有序、高效進(jìn)行，確保施工組織和工程進(jìn)度計(jì)劃的穩(wěn)步推進(jìn)，鋁合金模板的施工流水段落合理劃分是關(guān)鍵，直接影響到后期混凝土的澆筑、機(jī)械設(shè)備和材料供應(yīng)的施工節(jié)拍，為節(jié)約施工工期，對3 棟建筑物中均配套了1 整套完整的鋁合金模板，避免了模板的交叉占用，同時(shí)，組織1 個(gè)安裝隊(duì)伍對各棟鋁合金模板進(jìn)行分層流水施工，確保勞動力的有效供應(yīng)。水平向鋁合金模板和垂直向鋁合金模板的施工工藝具有各自的特殊性，因此分別確定高層建筑墻柱和梁板的安裝和拆除施工流程如下所示。

⑴墻、柱鋁合金模板安裝流程。

控制線、定位筋→樓面平整→安裝一側(cè)模板→安裝套管、螺桿→安裝另一側(cè)模板→安裝背楞→安裝斜撐→標(biāo)高、垂直度、平整度校核→預(yù)檢驗(yàn)收。

⑵墻、柱鋁合金模板拆除流程。

拆模審批→斜撐拆除→背楞拆除→螺桿拆除→墻柱模板拆除→定位膠杯拆除→墻柱混凝土質(zhì)量驗(yàn)收。

⑶梁、板鋁合金模板安裝和拆除流程。

梁底組裝→安裝梁底、單頂→安裝梁側(cè)?！惭b套管、螺桿→安裝樓面C 槽→組裝樓面底籠→安裝底籠、單頂→安裝樓面模板→標(biāo)高調(diào)教、驗(yàn)收→拆模審批→拆除梁底模板→拆除對拉螺桿→拆除梁側(cè)模板→拆除底籠→拆除樓板模板→拆除C 槽→混凝土質(zhì)量檢查→單頂拆除審批→單頂拆除。

墻模系統(tǒng)主要有6 部分組成，分別為主鋁合金模板、橫身板（墻頭板）、內(nèi)墻板角鋁（R 擺板）、對拉螺桿、鋼背楞及導(dǎo)墻板（K 板）。如圖2 所示，墻體主鋁合金模板采用銷釘拼接、采用螺栓對拉加固連接；鋼背楞有直背楞和直角背楞2種，為2根矩形鋼管焊拼而成，鋼管的截面尺寸為60mm×30mm×3.5mm（長×高×厚），為提高鋼背楞的剛度，在2 根矩形鋼管中間焊有加強(qiáng)塊。為保證主鋁合金模板的側(cè)向剛度，在墻高方向上一般設(shè)置4道背楞，第1 道背楞與樓面的垂直距離控制在250mm～350mm，第2 道背楞與樓面的垂直距離為850mm，第3 道與樓面的垂直距離為1450mm，第4道與樓面的垂直距離2050mm，背楞安裝如圖3 所示。安裝時(shí)，斜撐的設(shè)置間隔不超過2.0m，墻體寬度超過2.0mm 時(shí)，斜撐的數(shù)量不少于2根，墻體或剪力墻短肢寬度不超過2.0mm是，斜撐數(shù)量不少于1根。

圖2 鋁合金模板穿墻螺栓連接示意

圖3 鋁合金模板背楞安裝

梁模系統(tǒng)主要有5 部分組成，分別為梁底陰角模板、梁底模板、EC 轉(zhuǎn)角連接陽角模板、梁底早拆頭及獨(dú)立鋼支撐。為滿足梁體模板的早拆需求，提高模板的使用效率，在梁底部設(shè)置有早拆頭和早拆模板，使用獨(dú)立鋼支撐進(jìn)行承載，以避免與非早拆模板的影響，獨(dú)立鋼支撐的設(shè)置間距應(yīng)加密設(shè)置，一般不超過1300mm，如圖4 所示。由于外圈梁的側(cè)向壓力較大，為了控制混凝土的側(cè)向變形，需在圈梁出設(shè)置對拉螺栓和背楞以加強(qiáng)鋁合金梁模板的側(cè)向剛度，如圖5 所示。梁模板拼裝時(shí)，按照梁體尺寸對鋁合金梁模板進(jìn)行預(yù)拼裝，當(dāng)模板的溫度變形穩(wěn)定后進(jìn)行梁底板調(diào)平，隨后安裝側(cè)模板，整體連接時(shí)需同時(shí)安排2名工人協(xié)同作業(yè)，如圖6所示。

圖4 梁鋁合金模板安裝示意

圖5 圈梁部位均需增加對拉螺栓、背楞

圖6 梁鋁合金模板的調(diào)平

樓面系統(tǒng)主要有4 部分組成，分別為樓面板、樓面龍骨、早拆頭及獨(dú)立鋼支撐。為加快模板的使用效率，縮短每層樓面板的占用時(shí)間，樓面模板設(shè)置早拆模板，并在其下面使用獨(dú)立鋼支撐進(jìn)行承載，以避免與非早拆模板的影響，獨(dú)立鋼支撐的設(shè)置間距應(yīng)加密設(shè)置，一般支撐間距設(shè)置為1300mm×1300mm。樓面模板的安裝可在墻體頂部、梁體頂部的陰角模板完成之后即可進(jìn)行，依次安裝樓面龍骨、樓面頂模板，直至鋁模全部拼裝完成。為避免樓面模板撓度引起的樓面混凝土澆筑變形，樓面模板一般設(shè)置起拱高度，鋁合金模板的彈性模量較大，其起拱高度可取跨度的1/1000，如圖7所示。

圖7 樓面板鋁合金模板的安裝

4 結(jié)論

以龍巖市西安金融安置小區(qū)D 地塊第一標(biāo)段為研究背景，運(yùn)用理論計(jì)算方法對鋁合金樓面模板、梁模板的受力和變形、工具式鋼支柱的整體穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，并針對各鋁模施工特色展開了施工工藝研究，得到以下幾個(gè)結(jié)論：

⑴樓面鋁合金標(biāo)準(zhǔn)模板的最大彎矩Mmax、最大彎矩應(yīng)力σw、支點(diǎn)最大剪力F、最大剪應(yīng)力σt和最大撓度Lmax分別為0.05kN·m、47.7MPa、0.91kN、0.57MPa、1.51mm。

⑵單跨梁鋁合金模板的最大彎矩Mmax、最大彎矩應(yīng)力σw、支點(diǎn)最大剪力F、最大剪應(yīng)力σt和最大撓度Lmax分別為0.023kN·m、42.80MPa、0.68kN、0.85MPa、0.38mm。

⑶墻身梁鋁合金模板的最大彎矩Mmax、最大彎矩應(yīng)力σw、支點(diǎn)最大剪力F、最大剪應(yīng)力σt和最大撓度Lmax分別為0.11kN·m、137.50MPa、3.09kN、2.85MPa、0.80mm。

⑷對高層建筑墻模系統(tǒng)、梁模系統(tǒng)和樓面系統(tǒng)的施工工藝展開分析表明，所提出的技術(shù)要點(diǎn)使得鋁合金模板在制作和安裝過程中應(yīng)力和變形均在允許范圍內(nèi)。