建筑模架技術(shù)具體案例分析范文

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1我國模板工程概況

隨著社會的發(fā)展，城市建筑物的規(guī)模亦隨之不斷擴(kuò)大，除了高層、超高層日益增多以外，一些大型復(fù)雜的文化體育建筑正成為一個城市建設(shè)的標(biāo)志。由于這些文化體育建筑設(shè)施的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體形復(fù)雜、高聳，并且在質(zhì)量、外觀上的要求越來越高，從而使模架施工的技術(shù)難度也越來越大。這無疑給現(xiàn)代結(jié)構(gòu)施工在經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上提出了更新的課題。模架工程的方案及其施工技術(shù)在很大程度上決定了整個建造的質(zhì)量、工期、成本，以及資源的消耗和對環(huán)境的保護(hù)。下面我們通過兩個具體實(shí)例來探討如何選擇合適的模架方案。

2國家體育場混凝土柱結(jié)構(gòu)模架技術(shù)研究

（1）混凝土柱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和工程難點(diǎn)

①清水混凝土要求高。國家體育場的混凝土結(jié)構(gòu)要求高于北京市制定的《建筑結(jié)構(gòu)長城杯工程質(zhì)量評審標(biāo)準(zhǔn)》，要達(dá)到飾面清水混凝土標(biāo)準(zhǔn)，以確保國家體育場工程獲得國優(yōu)魯班獎，因此對模板驗(yàn)收的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求很高。

②模板設(shè)計制作難度大、工作量大。我們根據(jù)設(shè)計圖紙?zhí)峁┑臄?shù)據(jù)統(tǒng)計，該工程有1700根飾面清水混凝土柱，其中有1360根雙斜柱，至少有91種傾斜角度、32種平面旋轉(zhuǎn)角度；斜柱存在形式為層間柱和跨層柱，跨層柱最多跨4層，最大垂直高度18.4m，每根柱的柱頭和柱根都是不同的。該工程模板板面平整度為1mm、截面模板內(nèi)尺寸為±1mm、模板陰陽角方正順直為2mm、模板拼縫為2mm。因此模板設(shè)計制作的工作量大，難度也大。

③模板加固支撐技術(shù)復(fù)雜，安裝施工的難度大。因柱體最大傾斜角度為59°57''''，最大旋轉(zhuǎn)角度為44°1''''14“；最大跨度4層，達(dá)20余m；最大頂部高度達(dá)67.71m；最小間距僅10余cm，千姿百態(tài)，所以給模板安裝和支撐加固施工帶來很大困難。

（2）柱模及其支撐設(shè)計

在進(jìn)行前瞻性設(shè)計時，本人曾建議采用全鋼模板，但最終實(shí)施采用了本人設(shè)計的鋼框木模板柱模和可調(diào)鋼支撐技術(shù)，即：①層間柱模板采用不包邊鋼框木模板柱模和可調(diào)鋼支撐，如圖1a所示。有1360根斜柱，就應(yīng)有1360套斜柱模板及1360套柱根模板，如圖1b所示。有8個樓層，就將有各不相同的10880個柱頭，這是一個巨大的設(shè)計和加工量。因此，本工程只是在Y柱上，才采用鋼框木膠合板的柱頭，如圖1c所示。②支撐：可調(diào)鋼支撐，簡便可靠，具有大的作業(yè)空間，如圖1d所示。③脫層柱：采用鋼管混凝土柱。本人在進(jìn)行鋼框木模板柱模和可調(diào)鋼支撐技術(shù)研究時采用了自己在航空地球物理研究工作中采用過的三維圖庫設(shè)計技術(shù)。其對開發(fā)、加工制作和安裝使用方面提供了十分方便的工具（該技術(shù)內(nèi)容至今尚未發(fā)表）。

（3）清水效果

詳見剛拆模原汁原味的清水混凝土柱（圖2）。

（4）模架工程的評述

①國家體育場工程占有模板工程量最大的樓板和斜梁而采用傳統(tǒng)的木膠板模板和滿堂紅支撐技術(shù)施工，是對木材資源和人力資源的極大浪費(fèi)。

②雖然施工中采用鋼管混凝土柱技術(shù)是一種較好解決脫層柱的方法技術(shù)（圖3），但是已經(jīng)改變了原建筑設(shè)計和外觀。如果采用一些當(dāng)時已經(jīng)提出的其它幾種模架技術(shù)進(jìn)行施工，不僅能保持原建筑設(shè)計要求，還能推動我國模架技術(shù)的發(fā)展。

③本工程雖然采用的不包邊鋼框木膠合板模板和可調(diào)鋼支撐方案能滿足建筑設(shè)計要求，并取得飾面清水混凝土效果。（該技術(shù)在2008年“國家體育場方柱模及支撐技術(shù)研究會議”上獲得大興區(qū)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎）。但其成本很高，模板使用周轉(zhuǎn)次數(shù)很少，資源很浪費(fèi)。且用腳手架作支撐的柱模，使操作困難，費(fèi)工又費(fèi)料（圖4）。

④不能忽視結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)部位不當(dāng)?shù)哪０逯渭夹g(shù)和不當(dāng)?shù)氖┕す芾硭斐山Y(jié)構(gòu)錯臺斷陷問題，這將嚴(yán)重影響到建筑質(zhì)量、壽命和生命安全。

⑤如果采用全鋼大模板拼裝技術(shù)進(jìn)行施工，既能達(dá)到清水混凝土效果，又能提高工效，在節(jié)省了勞力和節(jié)省大量木材資源的同時，還可以大大降低成本。

3廣東奧林匹克體育中心的模架工程

廣東奧林匹克體育運(yùn)動場是1998年為全國“九運(yùn)會”而興建的大型體育建筑工程，整個體育場的建筑設(shè)計采用美國NEB公司的方案，結(jié)構(gòu)設(shè)計由華南理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院完成。施工工程由廣東省建筑總公司承建。

本工程最具特色和標(biāo)志性的結(jié)構(gòu)，就是象征著21世紀(jì)第一次全國體育盛會環(huán)場分布的21對雙塔柱，其支撐著整個體育場巨大的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋體系。雙塔柱施工質(zhì)量的優(yōu)劣和進(jìn)度快慢將標(biāo)志著整個體育館工程的質(zhì)量和進(jìn)度（圖5）。

（1）雙塔柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：具有超高度、變斜率、變曲面、飾面清水混凝土的雙塔柱，其結(jié)構(gòu)的主要特征有：①雙塔柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜,有實(shí)心、空心和局部空心。空心塔柱有加強(qiáng)樓板，每層樓還開有門洞和窗洞。②每對雙塔柱的橫截面呈雙鼓形，兩個塔柱之間中上部有巨型的聯(lián)系梁。±0處的平面如圖7所示。其腰鼓長8m；腰寬1.8m；從兩端至鼓腰各有3m的弧形段，其弧度曲率半徑R＝29710mm。

①由圖5可見塔柱內(nèi)側(cè)是垂直地面的，外側(cè)向內(nèi)傾，不同塔柱外側(cè)面的斜率亦各不相同。因此腰鼓的橫截面形狀和尺寸隨塔柱高度的變化各不相同。

②雙塔柱之間有兩條巨型聯(lián)系梁（長度5m以上，高度4m，厚度1m）,位于柱中和柱頂位置。塔柱頂部分叉，且在柱體腰身各有一錨座，以用于支撐屋蓋的錨桿安裝之用。⑤每對塔柱的各項(xiàng)標(biāo)高均不相同，最高達(dá)54m，最低33m。每個雙塔柱從上到下均勻分布有寬度100mm的凹槽，凹槽間隔有2m、4m。

（2）模板設(shè)計、加工和施工難點(diǎn)有：①大體積、超高度、變截面和變斜率，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；②塔柱表面（除凹槽外）不允許設(shè)置對拉螺栓，這給設(shè)計和施工帶來一定困難；③飾面須呈現(xiàn)清水混凝土效果；④需要精度高的大型加工設(shè)備。因我國飾面清水混凝土的標(biāo)準(zhǔn)在2009年3月才公告實(shí)施（《GJ169-2009清水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》），所以當(dāng)時只能根據(jù)該體育場建筑設(shè)計要求，以高于國際和國內(nèi)先進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，來制定模板設(shè)計制作標(biāo)準(zhǔn)，即：截面尺寸為±1mm,模板表面平整度為±1mm，模板陰陽角順直為2mm，模板拼縫為2mm。對于弧度曲率半徑R＝29710mm的3m長，1.7m高6mm厚的圓弧鋼板，和呈方括號〔〕形狀的模板，要達(dá)到這樣制作精度，在十幾年前大鋼模板還未興起，大規(guī)格的橋梁鋼模板還未開展情況下，要加工這類大鋼模板是有很大難度的。

（3）模板設(shè)計方案簡介：①本工程模板由上、中、下3層厚度為86mm的全鋼模板組成。每層有8塊模板，周長最長達(dá)18m。在8塊模板中有4塊弧形模板。其定長為2.8m，高度為1.7m，對稱位于鼓兩側(cè)；2塊括號模板，呈括號〔〕形狀，邊長1.6m，位于位于鼓兩端；還有2塊長度可調(diào)配的平模最長2m，對稱位于鼓腰位置。上、下兩層模板高度為300mm,用作倒模時安裝中層主模板用。中層主模板高度為1700mm，在長達(dá)18m范圍內(nèi)無模板對拉螺栓。②模板的連接全部采用螺栓連接，外部用柱箍加固。③模板設(shè)計采用抽樣倒模，來節(jié)省大量鋼材。本設(shè)計的每一個塔柱只采用了1套1700mm高度和2套300m高度定型鋼模板相組合進(jìn)行變截面抽樣倒模施工，提高模板的周轉(zhuǎn)使用效率，這樣便極大地節(jié)省了材料，降低了工程的造價（圖6）。

①模板安裝依靠塔吊、手拉葫蘆和計算機(jī)控制的電動爬架。我們先在模板安裝連接過程中采用激光照準(zhǔn)，這樣保證了模板安裝精度。后來因塔柱施工晚于看臺施工，沒有爬架安裝空間，所以不得不放棄利用爬架提升，而改用塔吊提升（圖7）。

②模板整體運(yùn)載到現(xiàn)場后經(jīng)檢驗(yàn)合格，再吊裝到地面拆卸堆放。使用時，應(yīng)在先塔柱位置再拼裝，待進(jìn)行逐項(xiàng)指標(biāo)核實(shí)后，方可使用（圖8）。

③現(xiàn)場施工安裝模板、澆筑混凝土（圖9）。

（4）模板設(shè)計和施工的評述

①本工程采用86全鋼大模板既能達(dá)到飾面清水混凝土效果，鋼材又能回收利用；且至今過去了10年，仍然保持建筑物原狀。這樣不僅節(jié)約了大量木材資源，還節(jié)省了大量的后期維修裝飾費(fèi)（圖10）。

②本工程采用公共部分模板的倒模技術(shù)和最小冗余模板的抽樣拼裝方法，既能節(jié)省大量材料，又容易安裝拼接，從而大大加快施工進(jìn)度。

③模板設(shè)計采用大塊拼裝，不僅提高了施工效率，而且有效地保證了飾面清水飾面效果，充分體現(xiàn)了模板設(shè)計的重要性。

4結(jié)語

由以上2個工程實(shí)例可見，要在大型工程中取得飾面清水混凝土效果，關(guān)鍵在于模板的精心設(shè)計、模板的精心加工制作和模板的精心施工管理。采用全鋼大模板技術(shù)的好處是：除了大塊造型減少拼縫、大塊吊裝提高施工效率和提高混凝土表面質(zhì)量外，還大大節(jié)省材料、降低成本。