异形结构钢铝组合模板施工技术

张鸿智 杨胜炎 李 友 李云燕 陈相坦

中国建筑第二工程局有限公司 广西 南宁 530022

北海中加广场工程地处广西北海市中心，为北海市地标性建筑。为了响应国家的环保号召，减少使用木模板、方木等消耗型材料，项目部决定采用铝合金模板支撑体系进行模板工程的施工，但铝合金模板的制作工艺无法制作出形状多变的弧形铝板，导致该工程标准层多处混凝土弧形线条结构无法与主体混凝土结构一次性现浇[1]。项目部创新性地提出局部弧形波浪状处的混凝土结构使用可塑性较好的钢模板替代铝合金模板，制作成钢铝组合模板异形结构进行施工。

1 工程概况

北海中加广场工程位于北海市海城区，总建筑面积约24.1万 m2，1#、2#、4#楼为32层住宅楼，3#、5#楼为49层住宅楼，5栋住宅楼4层以上为标准层，户型相似。

该工程建筑外观设计模拟海面波浪造型，外立面有大量弧形线条，以衬托沿海旅游城市的特点，建筑外周的梁、板有大量弧形部位。

以1#楼为例：建筑物4个阳角部位为水平向1/4圆弧形，圆弧半径为450 mm，圆弧角90e ；建筑物东、北两侧水平大线条分别由2段半径3 000 mm、圆心角26e 的内弧和外弧拼接而成；竖向线条东、南、西、北各2处，由1段半径2 225 mm、圆心角28e 的内弧和一段半径2 025 mm、圆心角28e 的外弧拼接而成，如图1所示。

图1 北海中加广场1#楼立面三维效果图

2 弧形结构模板体系比选

建筑外立面弧形梁板结构的模板体系，常规方案有2种：方案1，采用木模板裁成碎板，拼成设计所需弧形模板；方案2，先预埋镀锌扁钢件，后用膨胀螺栓安装GRC线条构件。采用碎木模板拼成弧形模板的方案，工效低，混凝土成形质量受木工技术水平影响大，模板周转次数少；采用后装GRC线条构件的成本较高，GRC构件固定不牢固容易脱落，存在较大安全隐患。

项目部与铝模板生产厂家反复讨论后，决定采用定型钢铝组合模板技术，主体结构的外立面线条整体采用铝合金模板，与结构一次性浇筑。外凸水平弧形现浇构件及竖向弧形构件均采用定型钢模板做成封闭模板，与整体的铝合金模板进行拼装组合，形成钢铝组合模板体系，与结构、外立面结构线条一次性浇筑成形，如图2所示。

图2 钢铝组合模板拼装示意

3 施工工艺流程

3.1 铝模支撑体系设计

根据设计院提供的图纸，利用BIM技术对每栋楼的混凝土结构进行三维建模，根据其构造进行空间配模处理，然后将信息模型导入铝模设计软件中进行综合处理，设计时将异形部分进行分割。

3.2 异形钢模板设计

异形结构模板采用钢材制作而成，质地牢固。先成形钢模板面板，组对矫形后进行临时加固，使其尺寸准确化、固定化，板体刚性化，再组对筋板，对模板的整体尺寸进行控制，确保组对钢模板成形的准确性、模板组对的互换性，较好地解决了角模板的成形问题。

为解决角模板的成形问题，调整了模板中筋板的组对顺序，即把先组对角模板中每边面板上的筋板、后整体组对角模板，改为先组对角模板中的面板，按要求对角模板面板形状进行加固后，整体组对角模板上的筋板。这样，巧妙地克服了组对筋板后，造成模板刚度增加，带来制作误差和误差积累的弊端，而且通过组对筋板代替临时固定件，可达到准确固定模板形状及尺寸的效果，使产品的质量、生产效率得到很大的提高。

3.2.1 异形钢模板的BIM建模

利用BIM技术绘制三维楼栋异形模型，根据模型的形状，利用BIM技术对楼栋异形混凝土结构进行三维建模，根据其构造进行空间配模处理。

3.2.2 异形钢模板融入铝合金模板销键连接体系的深化

钢模板设计完成后，将钢模板的BIM模型导入铝模板配模软件中，进行空间整合，使钢模板融入铝合金模板体系内。同时对钢模板的侧封板进行设计，使之能够融入铝合金模板销键连接体系内。

3.3 钢铝组合模板的生产

3.3.1 铝合金模板的生产

铝合金模板采用6063-T6压制型材，主面板区域厚度≥4 mm、封边厚度≥6 mm，工字形加强筋，加工采用JC-20-700系列数控切割机进行下料，切割精度在10 m范围内不大于f 0.1 mm，并使用氩气保护铝焊机焊接。封板冲孔定位距模板内侧40 mm，孔径16.3 mm，采用150 t排冲机床制作。

3.3.2 钢模板的生产

钢模板的主模板采用厚4 mm的Q235B钢板制作，侧封板及加筋采用厚6 mm的Q235B钢板制作。主模板及封板采用1台QSH400Ⅱ型数控等离子切割机进行切割，切割精度在10 m范围内不大于f 0.1 mm，异形钢模板采用四轴卷板机配合专业钳工进行折弯。切割和折弯的半成品利用二氧化碳保护焊，焊接成定型钢模板。

钢模板融合进销键连接的铝合金模板体系，封板制作需要采用与铝合金模板相同的孔位定位，封板冲孔定位距模板内侧40 mm，孔径16.3 mm，采用125 t冲压机床制作。

3.4 钢铝组合模板施工流程

3.4.1 钢铝组合模板体系拼装

异形钢模板与铝合金模板的安装工艺流程：铝合金模板安装前的定位放线→铝合金模板安装→钢模板安装→钢模板与铝合金模板间的连接。

3.4.2 铝合金模板的安装

墙体模板安装→梁模板安装→板模板安装→模板垂直、平整度调整

3.4.3 钢模板的安装

在铝合金模板体系内，预留出异形钢模板的位置，底部设置铝合金模板底板与单立杆支撑，将异形钢模板由下部浇筑好的结构往上传递（首层使用塔吊进行吊装）至指定位置，随后进行钢模板的安装。

3.4.4 钢模板与铝合金模板间的连接

安装完钢模板后，调整钢模板与钢模板间、钢模板与铝合金模板间的拼接部位，使其拼接缝间契合，无错台现象。随后在钢模板与铝合金模板间预留的孔位处使用销钉销片进行连接，形成整体，最后使用通长背楞，将钢模板与铝合金模板进行加固。

3.4.5 钢铝组合模板体系混凝土浇筑

钢模板与铝合金模板拼装完成后，随之进入钢筋工程、混凝土工程的施工工序，使异形混凝土结构处的钢筋、混凝土得以与主体结构钢筋、混凝土一同施工，并保证成形质量，避免传统施工方法造成的质量缺陷或高额的二次施工费。

3.5 钢铝组合模板体系拆除

通常在浇筑混凝土24 h后拆除墙柱模板，48 h后拆除板模板，72 h后拆除异形线条结构的钢模板。在模板拆除前，应将铝合金模板早拆申请报监理单位，同意拆除后，严格按施工方案和相关规范规定进行拆除作业，将拆除的模板通过预留的传料口传递至下一层，确保施工安全。

3.6 钢铝组合模板体系的维护

铝合金模板拼装前，应将拆除的模板通过传料口传递至下一层后分类堆放整齐。禁止工人随意钻洞、敲打，防止模板受损变形。钢模板、铝合金模板在安装前，应检查模板面变形程度、污染程度和拼缝处变形（因工人蛮力拆除造成）程度，当发现有构配件变形无法满足质量要求时，应对其进行校正，当模板校正无法满足质量要求时，应对其进行更换。

4 结语

通过高精度钢模板、铝合金模板制造技术，生产出钢铝组合模板，现场施工拆装方便，可重复利用、回收，满足施工环保、安全文明施工的高标准要求。钢铝组合模板支撑体系使用的均为可再生材料，符合国家 四节一环保 的绿色理念。

通过项目的应用实践，异形结构钢铝组合模板施工技术的实施效果良好，提高了施工工效，能够一定程度上加快整体工程进度，同时解决了使用铝合金模板支撑体系无法现浇出弧形多变的异形结构的问题。钢铝组合模板设计、生产、施工过程与成熟的铝合金模板施工技术类似，施工简单、便捷。

钢铝组合模板的使用，减少了现场废料，降低了对环境的污染，取得了良好的社会效益和经济效益。钢铝组合模板施工技术的应用，为类似工程提供了有力的指导。随着国内高层、超高层建筑的增多，国家对绿色低碳施工的倡导，钢铝组合模板的应用前景广阔，具有良好的推广应用价值。