我国高层现浇混凝土结构施工主要的模板体系

我国高层现浇混凝土结构施工主要的模板体系

摘要

在高层建筑现浇钢筋混凝土结构施工中,模板是一种量大面广的重要施工工具,无论在占用时间、费用以及工程质量方面都占有很大比重。通常模板费用占混凝土结构的25%～35% ,模板用工占混凝土结构用工的30%～50%。

关键词 高层混凝土 结构 模板体系

80年代以来，我国各种新结构体系不断出现，现浇混凝土结构猛增，模板的需要量也剧增。在以钢代木方针的推动下，我国研制成功了组合钢模板先进施工技术，促进了模板工程的技术进步。

90年代以来，我国建筑结构体系又有了很大发展，高层建筑和超高层建筑大量兴建，大规模的基础设施建设、城市交通和高速公路的飞速发展，要求我国建筑施工技术必须有很大改进。采用先进模板、脚手架体系，才能满足现代建筑工程施工的要求，因而不断引进国外先进模板、脚手架体系，并研制开发了各种新型模板和脚手架。

1994年新型模板、脚手架应用技术被建设部选定为建筑业重点推广应用10项新技术之一以来，新型模板的研究开发和推广应用工作取得了重大进展。

1．国内当前的模板体系

1．1竖向模板主流体系的形成

10年前竖向模板以小钢模板为主。为了节省人工，提高施工速度，加强对塔吊的综合利用，开始发展组合式大模板。发展前期，为降低组合模板的重量和成本，钢框竹胶板发展迅猛。后期由于竹胶合板厂家对竹胶合板片面追求利益，产品质量日益下降。再加上竹胶合板使用前必须经过裁剪，而国内的防水封胶技术又落后，板材很难满足实现不同项目的周转和多次运输或长期贮存的要求。一般情况下，竖向结构所需的模板周转次数往往是水平结构模板的6～9 倍，竖向模板在项目内所需的周转次数也超过40次。施工过程中，不可能有足够的时间来等待更换或修理面板，加上竹胶板尺寸误差过大，因此，钢框竹胶合板逐渐退出了主流竖向模板市场。全钢组合大模板成为现在市场的主流体系。

1．2水平模板体系的发展困难

水平模板体系发展至今仍难以工具化，原因如下：对于一般的10～20层建筑物，水平模板(梁、楼板)的周转使用次数是4～8 次，这正好符合一般质量的多层板的实际周转次数；又因水平模板的拆除一般靠工人手工拆除，要求模板轻质，所以目前国内主要采用的是竹木多层板体系(欧美采用的是铝木结合)。另外，国内密集的梁柱体系不利于其工具化发展。尤其是，把模板接缝痕迹作为质量缺陷更增加了标准化、工具化的困难。

2．模板在高层建筑施工中的特点

2．1高层建筑体型庞大, 平面设计灵活多变

目前, 高层建筑结构体系有框架体系、框剪体系、剪力墙体系等。不同的结构体系有一种或几种模板设计方法。比如就剪力墙体系而言, 模板体系可使用组合钢模板、大模板、滑模、爬模等。但究竟使用哪一种施工方案, 就必须从速度、费用、质量以及施工组织管理等许多方面进行综合评价。

2．2高层建筑结构施工, 支模工序占用时间最长

如剪力墙结构采用大模板施工, 每个施工段支模时间比绑扎钢筋和浇筑砼时间都长。若采用组合钢模板则占用更长的时间。滑模施工速度快, 竖向结构可连续施工, 而水平结构支模时间较长。所以, 无论采用哪一种模板体系, 施工进度计划都是由支模工序制约的。

2．3高层建筑模板工程量大, 耗用较多的设备资金

例如对16～18层的全现浇剪力墙工程, 标准层面积700m2左右, 若采用大模板施工, 耗钢量为70～120t, 投资需54万余元。采用滑模施工, 需千斤顶约350个, 二套控制台及油路系统, 提升架及模板耗钢量约60～70t, 总投资50万余元。这表明高层建筑施中工模板费用比重较大。

3．高层现浇混凝土结构施工主要的模板体系及特点、适用范围

目前，国内高层现浇混凝土结构施工中，在使用定型组合模板的同时，也有相当一部分高层建筑使用大型工具式模板（专用模板)和永久性模板。

3．1组合式钢（钢－木、竹）模板

3．1．1组合式钢（钢－木、竹）模板的组成

组合式钢（钢－木、竹）模板由平面模板、转角模板、连接件组成。

1）平面模板肋高55mm，宽度以150mm为基础，按50晋级，长度以450mm为基础，按150晋级。

宽度有100，150，200，250，300mm五种，长度有450，600，750，900，1200，1500mm 六种，故平模板共有5×6=30种，代号P，如P3015，表示宽度300mm、长度1500mm。

2）转角模板有阳角模板、阴角模板、联接角模。

3）连接件有U形卡、L形插销、3形扣件、碟形卡。

3．1．2组合式钢（钢－木、竹）模板的特点

组合钢模板构造简单，模板设计采用模数制使用灵活通用性强；采用工具式配件装拆灵活搬运方便；模板制作采用专用设备压轧成型，加工精度高，混凝土成型质量好，拆模后表面平整；能组合拼装成大块板面和整体模架，利于现场机械化施工；有利于现场文明施工，安全生产。其突出优点是通用性强，它适用于目前高层建筑的各种结构体系。缺点是在使用和管理上仍存在着一些问题，主要是模板损坏率高，零件丢失现象更为普遍。

3．1．3组合式钢（钢－木、竹）模板的适用范围

多年来的工程实践组合钢（钢－木、竹）模板已在各种类型的工业与民用建筑的现浇混凝土工程中得到大量应用在桥墩筒仓水坝等一般构筑物以及现场预制混凝土构件施工中也已大量采用对于特殊工程应结合工程需要另行设计异型模板和配件。另外近几年塑料模板铝合金模板钢框竹(木)胶板模板等组合模板已在一些工程施工中得到应用并取得较好效果。

3．2大型工具式模板

大型工具式模板有液压滑升模板、大模板和爬升模板等。大型工具式模板（专用模板)共同的特点是：简化了模板的安装、拆除工序，节省模板材料，加快工程进度。

3．2．1高层建筑滑升模板

1）高层建筑滑升模板的组成：高层建筑滑升模板由模板系统、操作平台系统和液压提升系统（包括施工精度控制系统）组成。

模板系统：模板系统由模板、围圈、提升架组成。

操作平台系统：操作平台系统由施工操作平台和内外吊脚手组成。

液压提升系统（包括施工精度控制系统）：液压提升系统由液压控制台、油泵、油路、千斤顶、支承杆、控制装置等组成。

2）滑模施工的特点

①主要优点是：节省模板，机械化程度高；结构整体性好，保证工程质量；施工速度快；节约模板和劳动力，降低工程造价，有利于安全施工。是一种值得推广的先进的施工技术。

节省模板，机械化程度高。液压滑模施工的整个施工过程只需要进行一次模板组装，整套滑模装置均利用机械提升，从而减轻了劳动强度，实现了机械化操作。

结构整体性好，保证工程质量。滑模施工中，混凝土分层连续浇筑，各层之间可不形成施工缝，因而结构整体性好，这也是滑模施工独特的优点。

施工速度快。滑模施工方法，模板组装一次成型，减少模板装拆工序，且连续作业，竖向结构施工速度快。如果合理选择横向结构的施工工艺与其相应配套，进行交叉作业，可以缩短施工周期。

节约模板和劳动力，降低工程造价，有利于安全施工。滑模的施工装置事先在地面上组装，施工中一般不再变化，不但可以大量节约模板，同时极大地减少了装拆模板的劳动力，且浇筑混凝土方便，改善了操作条件，因而有利于安全施工。

②滑模工艺的主要缺点是：一次性投资较多，对结构物立面造型有一定限制，结构设计上也必须根据滑模施工的特点予以配合支承杆浪费钢材, 平均5kg/m2,而且支承杆易弯曲失稳, 有时还会出现砼拉裂、建筑物倾斜和扭转等现象，施工技术要求较高。在施工组织管理上，要有科学的管理制度和熟练的专业队伍，才能保证施工的顺利进行。

3）滑模施工的适用范围

滑模施工工艺广泛应用于高层和超高层房屋建筑的施工中，此外还多应用于高耸构筑物的施工，如贮仓、水塔、烟囱、桥墩、竖井壁、甚至双曲线冷却塔等等。近年来，其工艺方法也向多样化方向发展，如滑框倒模工艺、液压爬模工艺及用于长度较大工程的横向滑模工艺，有的工程还将网架屋盖顶升与柱滑模同步施工。

3．2．2高层建筑大模板

大模板是指单块模板的高度相当于楼层的层高、宽度约等于房间的宽度或进深的大块定型模板，在高层建筑施工中，用作剪力墙混凝土施工的模板。

1）高层建筑大模板的组成

大模板由面板、横肋、竖肋、支撑桁架和附件组成。

2）高层建筑大模板的特点

大模板优点是简化了模板的安装和拆除工序、工效高、劳动强度低，整体刚度好、砼成型质量高、墙面平整、质量好，因而在剪力墙结构的高层建筑中得到广泛的应用。

大模板缺点是自重大, 一次投资大、耗钢量多, 平均达110kg/m2(未考虑支撑体系)。根据实测, 标准层面积500m2左右的高层剪力墙体系, 起重机吊运钢模的吊次占标准层总吊次的1/3. 因此, 装拆工作量大, 而大模板面积大, 受风力大, 一次投资大, 而且需要大面积的堆场, 通用性差。

3）高层建筑大模板的适用范围

大模板在高层建筑施工中，用作剪力墙混凝土施工的模板。

3．2．3高层建筑爬升模板：

爬升模板简称爬模。爬模是以建筑物的钢筋砼墙体为承力主体，通过附着于完成的钢筋砼墙体上的爬升支架或大模板和联结爬升支架与大模板的爬升设备，一物固定，一物作相对运动，交替随着结构施工而逐层上升，以完成模板的爬升、下降、就位、校正等工序。当结构工程混凝土达到拆摸强度而脱模后，模板不落地，依靠千斤顶和支承杆将模板和爬模装置整体向上爬升一层，反复循环施工。爬升模板综合了大模板和滑升模板的原理，有效地吸收了滑模与大模施工的优点，成为当代高层建筑现浇砼结构施工新一代的模板体系。

爬模分为：有爬架爬模和无爬架爬模两类。典型的有爬架爬升模板的施工方法，是利用爬架和大模板相互作为支承、依次交互提升的一种施工方法。

1）高层建筑爬升模板的组成

①带爬架的爬模的组成

带爬架的爬模由模扳、爬架和提升设备组成。

模板：模板的构造与一般大模板相同，面板可用胶合板或钢板；在模板的竖肋上固定有外挑三角架，供支设外挑脚手架和悬挂外脚手架用；模板高度一般为建筑标准层层高加100～300mm，以便使模板下边与已浇筑的混凝土墙搭接，起到定位和固定作用。

爬架：爬架由附墙架和支承架组成；爬架顶端高度应超出待施工层高度0.8～1.0m；附墙架应安装在模板已经爬升且混凝土具有一定强度的墙体 上，所以爬架总高度一般为3～3.5个楼层高度。以层高2.8m计算，爬架总高度约为9.3～10m。每个爬架顶端装有两只液压千斤顶或两只琏手拉葫芦，用以提升模板。爬架间距视模板重量与提升设备的起重能力而定，一般为4～5m。

提升设备：手拉葫芦和单作用液压千斤顶。手拉葫芦：起重量在1.5～5t，选用葫芦时，其起重量应较计算大一倍，起升高度应经实际需要的爬升高度大0.5～1m。千斤顶：爬模中使用的千斤顶有液压单作用千斤顶、爬模专用液压千斤顶和电动螺旋千斤顶等几种。

②无爬架爬模的组成

无爬架爬模适用于混凝土外墙的外侧模板。模板分A，B两种形式。A型宽0.9～1.0m，

高略大于两个标准层高。B型宽2.4—3.6m，高略大于一个标准层高。

2）高层建筑爬升模板的特点

爬模工艺和滑模工艺相比，设备简单，节省大量钢材和资金，克服了滑模工艺不能分段流水的缺陷。与大模工艺相比，爬模工艺不需占用塔吊工时，有时不需要大量的模板堆场。根据调查，爬模工艺砼墙面的垂直度是比较棘手的问题。垂直度不易控制，高空作业风力较大也不利于模板的提升。按正常的施工条件，施工周期为5～6天/层。

3）高层建筑爬升模板的适用范围

爬升模板宜作为高层建筑外墙的外侧模板，在此基础上发展的内、外墙整体爬模体系可用于所有混凝土内、外墙体的施工。适用于采用液压爬升模板工艺施工的全剪力墙结构、框架结构核心筒、钢结构核心筒、高耸构筑物等钢筋混凝土结构工程。

3．3永久性模板

永久性模板，又称一次性消耗模板，即在现浇混凝土结构浇筑后模板不再拆除，其中有的模板与现浇结构叠合后组合成共同受力构件。该模板多用于现浇钢筋混凝土楼（顶）板工程中。

3．3．1永久性模板的种类

永久性模板分二类，一类是各种配筋的混凝土薄板，包括预应力混凝土薄板、双钢筋混凝土薄板和冷轧扭钢筋混凝土薄板；另一类是压型钢板模板。

3．3．2永久性模板的特点

永久性模板的特点是：简化了现浇钢筋混凝土结构的模板支拆工艺，使模板的支拆工作量大大减少，从而改善了劳动条件，节约了模板支拆用工，可有效加快工程施工速度。但相应会增加模板费用。

3．3．3永久性模板的适用范围

1）混凝土薄板

混凝土薄板叠合楼板，是由预制的混凝土薄板和现浇的钢筋混凝土叠合层组成的楼板结构，其跨中钢筋即为设置在薄板中的预应力高强钢丝或各种钢筋，支座负弯矩钢筋则设置在叠合层内。施工时混凝土薄板作为永久性模板，浇筑混凝土叠合层后，即形成整体的连续楼板。预应力薄板叠合楼板有较好的整体性和抗震性能，预应力薄板作为永久性模板，板底平整，减少了现场混凝土浇筑量；顶棚可不做抹灰，也减少了装饰工程的湿作业量。

混凝土薄板特别适用于高层建筑和大开间房屋的楼板，预应力薄板的钢丝保护层较厚，有较好的防火性能，所以适用于防火要求较高的建筑。

2）压型钢板模板主要适用于大空间、高层建筑和大跨工业厂房中。也适用于钢结构高层建筑。

4．模板体系选择的依据

4．1工程结构特点

模板的选择应首先满足结构使用功能的要求,既要保证结构的施工质量，又要节约资金，还要加快施工速度。通常要根据不同的工程特点以及不同的结构体系合理地选择模板体系。如对剪力墙体系，通常采用大模板、滑模、爬模；对框架结构多采用组合钢模板。

4．2施工企业现有的机械设备情况

模板体系的选择受施工企业机械设备的制约，模板的类型、尺寸、重量、装拆都和起重机械有关。如组合钢模是采用散拼还是组成大块，剪力墙用筒模还是平模等等，不同的模板需选择不同的机械设备与之相匹配。

从经济学的角度出发，施工企业必须充分利用现有的设备。如企业有成套的滑模设备，就需尽量采用滑模施工，提高企业固定资产的利用率。对施工企业大量的工具式模板也亦然。

4．3施工组织管理

模板体系的选择是高层建筑施工组织设计的重要内容，选择的恰当与否，直接影响工程的施工效果，故需引起足够的重视。对某些要求工期紧的工程,就要选择满足进度要求的模板体系(如早拆体系等) 。

4．4地区情况和施工企业的技术水平

模板方案的选择和地区情况有关。随着建筑业的发展，有些地区出现了专门的模板设计部门，租赁单位以及工具式模板生产厂家,使模板的生产、设计日益专门化和社会化。同时，模板方案的选择和施工企业的技术水平有密切的关系。应尽量发挥企业的优势，选施

工企业技术水平较高的模板体系。

4．5设计施工一体化

混凝土结构设计，直接影响着模板的选型和模板工程的经济。因此，模板工程经济从开始设计时就应该注意，统筹考虑结构设计和建筑设计。初步设计阶段设计人员应同施工人员相结合，在不损害建筑物建筑功能要求的前提下，力求结构布置简单合理，从结构构造、节点处理等方面注意模板的支拆，使构件和梁柱断面尽量一致，尽量减少墙体变化，使施工人员方便支模。否则，复杂的构造和墙体的变化会给支模带来很大困难，从而使模板工程费用大大提高，影响了主体结构的施工速度。所以设计和施工一体化势在必行。