新型复合木方研制及现场应用研究

阳长江，翟旭茹

(重庆建工市政交通工程有限责任公司，重庆 400021)

目前，国内建筑施工中的浇筑钢筋混凝土构件成型中普遍采用竹胶板或大模板等方法，在组模施工中，模板的支撑和固定需要用大量的楞梁——木方[1]。但由于大多数建筑木方在使用过程中往往出现折断、腐蚀等现象，从而难以再次使用，用作支撑的木方管理最好的也仅有40%的回收率，60%的属于一次性使用，造成木材资源的大量消耗与浪费；同时，由于木方的质量不稳定，强度、刚度无法准确测定，给标准化、规范化、安全施工管理带来了诸多不便[2]。

该项目研制的是一种铝合金和木材复合结构的复合木方，使其在参与组模支撑中具有足够的强度、刚度、稳定性。同时，具有不易腐蚀、拆卸方便、可多次重复使用等优点，从而克服上述的诸多不足。其研制的产品 “一种槽型铝合金建筑木方”已获得国家知识产权局颁发的专利产品授权书。

1 复合木方研制

该项目所研制的新型复合木方包括两块槽型铝合金、方木段和接头板。槽型铝合金选用硬铝合金，硬化程度接近于优质钢，为了更加节约木材，木方可以选用刨花板（刨花板是用木材或者其他木制纤维材料制作后的碎料，施加胶粘剂后在热力和压力作用下合成的人造板）制作的方木段代替天然的木材加工的方木段。

利用铝合金本身具有密度小、抗腐蚀性强的特点，将其做为木方的包裹材料。具体的连接方式为：由两块槽型铝合金扣在一起形成一个空腔，其内部填充着方木段。在进行具体的填充时，可以先将木方嵌入一块槽型铝合金里，然后把另一块盖在上面，两块槽型铝合金的侧壁和连接板有对应的连接孔，连接钉通过连接板穿过连接孔把槽型铝合金和方木段连接在一起。这样连接可以更好地更换槽型铝合金方木条，使得复合木方的使用寿命大大延长。

为了适应现场各种木方长度的需要，槽型铝合金的长度根据需要可加工成2.4m、2.8m、3m、3.5m、4m等长度。为了固定好槽型铝合金和木方，槽型铝合金上面的连接孔的距离一般宜为40cm，当然还可以根据木方的大小等因素适当的改变连接孔之间的距离。

具体的连接方式见图1、图2。

图1 复合方木侧面示意图

图2 复合方木剖面示意图

1——槽型铝合金

2——连接孔

3——接头板

4——方木段

2 木方制作工艺流程与操作要点

2.1 木方制作的工艺流程

木材制作→槽型铝合金和接头板钻孔→穿连接钉→堆放。

2.2 操作要点

2.2.1 木材制作

若选择原木作为原料，则根据需要的尺寸直接从原木上进行锯制；若采用刨花板，则将各种木材、甘蔗渣和亚麻屑等材料根据需要的尺寸直接进行平压或挤压，从而制作成可以使用的木方。

2.2.2 槽型铝合金钻孔

采用铝合金防护窗打孔机对槽型铝合金进行打孔，该设备可调整各个打孔点之间的间距，一次可打设一排的孔眼，因此，一根槽型铝合金型材只需要两次即可全部制作完成，工作效率极高。

2.2.3 接头板钻孔

为减少复合木方的重量，接头板的材料也选用铝合金型材，因此打孔设备也选用铝合金防护窗打孔机，调整好尺寸，每块接头板也仅需一次加工成型，制作完成后，需将铝合金上面的毛刺进行修复，以保证在施工中安全。

2.2.4 穿连接钉

将制作完成的木方用两块槽型铝合金包合扣在一起，并将接头板扣在槽型铝合金上，眼孔对齐，然后将连接钉穿过眼孔，并扣上螺帽，拧紧螺帽，完成单根复合木方的制作。

2.2.5 堆放

将成形的复合木方按尺寸和规格进行分类堆放，堆放整齐以备用。

3 相关性能试验

为了对新型复合木方和原木方的相关性能参数进行确定，参照 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130-2011）[3]和《建筑施工模板安全技术规范》[4]（JGJ162-2008）的规定，我们对新型复合木方和原木方在均布载荷作用下的静态应力、静态最大挠度，在集中载荷作用下的冲击瞬时变形等数据进行了试验检测。

3.1 加载方案

在试验支撑系统顶部水平布置了四根复合木方梁，见图3。复合木方的跨度为1.2m，相隔间距为330mm，复合木方截面尺寸为90 mm×60 mm×δ2 mm （90 mm×60 mm为复合木方截面外廓尺寸，δ2 mm为木方外包铝合金材料的公称厚度。现场实测铝合金带的实际厚度为2.05 mm）。

图3 试验加载方案示意图

3.1.1 均布荷载作用下静态应力和静态最大挠度检测方案

为达到均布载荷的效果，采用红砖依次摆放，见图3。每层45块，每块2.4㎏，加载面积为1.2m2，每层均布施加1080N，由于加载在四根木方上，简化为每根木方上的载荷为1080/4=270N，每加两层或三层读取一次应力及挠度，直到达到复合木方的最大承载能力。然后卸载，卸载后读取残余变形。

3.1.2 集中荷载作用下的冲击瞬时变形检测方案

为模拟现场冲击效果，采用汽车吊吊起180kg的混凝土块，从平台跨中上方1m处往下自由坠落，即冲击功为1800J，读取跨中瞬时变形。

3.1.3 耐久性检测方案

为检测复合木方和普通木方的耐久性的对比，采用30kg的混凝土块对从平台跨中上方1m处往下自由坠落，取出现裂纹长度为10mm为限值，测试进行坠落的次数。

3.1.4 应变和挠度测点布置

该试验单元主要考核复合木方作为上横梁使用时的最大变形，在中间两根复合木方的跨中下平面垂直方向既布置应力测点，又布置挠度测点，见图4。

图4 应变和挠度测点布设图

3.2 试验结论

（1）经对比试验，复合木方作为受弯构件支撑平台（4根复合木方跨度为1.2m，间距为330mm）1.2m2。

当均布荷载2970N、最大挠度0.81mm（L/250=1.32mm）应力为4.6MPa，复合木方抗弯强度为11.34MPa。

当均布荷载4590N、最大挠度1.08mm（L/250=1.32mm）应力为7.1MPa，复合木方抗弯强度达17.52MPa。

（2）试验平台中部承受1800J冲击功，复合木方未破坏。

（3）复合木方的最大应力及挠度均可满足JGJ130-2011和JGJ162-2008的规定。

（4）和选用的云杉木材质制作的普通木方相比，该复合木方的抗弯强度能达到17.52MPa，超过了普通木方的抗弯强度设计值11MPa，提高了59.3%的承载能力。

（5）在30kg的冲击荷载下，普通木方在冲击了16次即出现了超过10mm的限值，而该复合木方在冲击了80次之后，仍然未达到10mm的限值。耐久性在普通木方的5倍以上。

4 复合木方现场应用研究

在多个项目工程的模板施工中，我们采用了新型复合木方作为楞梁支撑，在实际的施工过程中发现复合木方具有如下特点：

（1）新型复合木方与传统普通木方比较，损耗仅1%左右，尺寸误差小，由于受力强度较高，施工中的用量比普通木方要少。

（2）同时，新型复合木方由于施工中的用量比传统普通木方较少，可相应的减少人工成本。

（3）普通木方受气候变化、木方材质等内外因素的影响，施工过程中容易发生跷曲、变形，影响工程质量，存在安全隐患。施工现场上施工人员常用木方代替脚手板，因木方断裂发生惨痛的安全事故屡见不鲜。新型复合木方从耐久性、耐腐蚀性和使用寿命上和普通木方相比都具有相当大的优势。

新型复合木方具有需用量较小、可周转次数多、耐久性好、强度刚度较高和经济性较好等许多优点，工程施工完毕后，各项指标达到规定的要求，具有较大的推广价值。施工实例见图5、图6。

图5 现浇混凝土板施工图

图6 现浇混凝土墙施工图

4.1 经济性对比分析

根据某项目工地的现场情况，对该项目采用普通木方和新型复合木方做以下经济分析。

根据图纸分析和现场项目经理的经验可知，在土建主体施工中，如该项目完全使用普通木方（10cm×10cm）则约需求4500m3。

4.1.1 复合木方节约木材量分析

（1）复合木方的使用间距为30cm，根据相关试验可知这个间距为安全间距。而普通木方（10cm×10cm）的安全间距为15～20cm之间，因此，使用新型复合木方比使用普通木方节约30%以上。

（2）使用复合木方为定尺材料，可以根据所需使用不同规格的产品。复合木方的主要几种规格有：1m，1.5m，2m，2.4m，2.7m，3m，3.4m，3.7m，4m。而使用普通木方则无法避免对接问题的存在，以一个开间为3.3m为例计算，除去梁500mm再除去梁边的间距400mm，而实际所需木方长度为2.4m，如采用普通木方则会出现对接，如使用2根2m则对接为1.6m，如使用4m的则需切掉1.6m。所以这部分材料也会增加使用木方量的15%左右。

4.1.2 经济对比计算（1）使用普通木方4500m3×100m/m3×（1+15%）=517500m （注：15%为考虑对接部分所使用的木方量）。

购买木方所需费用：4500 m3×（1+15%）×1300元/m3=6727500元

报废木方残值：4500m3×（1-10%）×200元/m3=810000元(注：10%为无法回收报废木方)。

则实际木方所用金额：6727500元-810000元=5917500元。

考虑木方周转次数为6次[5]，因此，若采用平均摊销，则摊销在本项目上的木方使用费用应为5917500元/6次=986250元。

（2）使用复合木方

因采用新型复合木方的间距比普通木方小，且无需考虑搭接等因素，则可知在该工程中所需采用的复合木方用量为：

使用复合木方量：4500m3×100m/m3×（20cm/30cm） ×（0.06m ×0.09m） =1620m3。

因对木方进行了外包铝合金加工，因此，每方复合木方的价格为6000元/m3。

购买复合木方所需费用：1620 m3×6000元/m3=9720000元。

报废木方残值：1620m3×（1-10%）×900元/m3=1312200元 （ 注：10%为无法回收报废木方。 ）

则实际木方所用金额：9720000元-1312200元=8407800元。

本复合木方耐久性好，周转次数至少考虑在50次以上，同样采用平均摊销，则摊销在本项目上的木方使用费用应为8407800/50=168156元。

则使用复合木方和普通木方相差值：986250元-168156元=818094元，使用复合木方的费用仅为普通木方费用的168156/986250×100%=17.05%，且尚未计算普通木方在搭接时多产生的人工费和连接材料费。

综上所述，采用新型复合木方可比采用普通木方节约成本80%以上，经济效益显著。

4.2 环保节能分析

新型复合木方是建筑施工支撑木方的替代品，用槽型铝合金钢中间填充木材或刨花板，与普通木方相比其节能性表现在以下几个方面：

（1）增加了受力强度，从而减少单位工程的使用数量。

（2）新型复合木方可反复使用若干次（4~20年），而普通木方每用一个工地就损耗大约60%，造成木材的极大消耗。

（3）普通木方使用寿命短，更换快，从而造成林木消耗量大，对森林资源造成极大的破坏[6]；而新型复合木方极好地解决了这些问题，使用年限至少是4年，而且锯末和边角料全部用于加工木炭，做到百分之百利用资源，尽可能减少资源的消耗，达到了节约、保护森林资源的目的[7]。

5 结论

通过对新型复合木方研制及现场应用研究，所得主要结论如下：

（1）新型复合木方比普通木方的耐久性更强，周转次数极大的增加。

（2）新型复合木方比普通木方无论是强度还是刚度上均有较大程度的提高。

（3）新型复合木方具有易填充方木、不易腐蚀、轻巧便于运输和储存、使用寿命更长等特点。

（4）新型复合木方比普通木方从经济性上有较大的优势，具有可观的经济效益。

（5）新型复合木方可大量地节约木材，减少资源的消耗，达到节约森林资源、保护森林资源的目的，社会效益显著。

[1]曾春雷.人造薄木木方胶合与刨切工艺的研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2004.

[2]王召新.混凝土装配式住宅施工技术研究[D].北京：北京工业大学，2012.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 130-2011建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ162-2008建筑施工模板安全技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[5]刘长现.木塑模板、木塑木方施工工法及经济分析[J].中小企业管理与科技，2014(11).

[6]夏正红，冯禄海，王颖群，等.高大空间重荷载井字梁楼盖模板支撑体系设计与施工技术[J].建筑技术，2008(1).

[7]张宇，成跃兵，黄晓霞.悬挑梁模板支撑体系施工技术[J].江苏建筑，2011(S1).