超高层建筑模板体系的优化设计

吕婷，徐蔺

1.宁波大学建筑工程与环境学院，浙江宁波315211

2.西华大学建筑与土木工程学院，四川成都611930

超高层建筑模板体系的优化设计

吕婷1，徐蔺2

1.宁波大学建筑工程与环境学院，浙江宁波315211

2.西华大学建筑与土木工程学院，四川成都611930

目前，超高层建筑施工过程中模板体系的构建分担繁重的工作量，因此，对模板体系的优化非常必要。本文对现阶段常用的爬模和顶模进行分类概述，并对广州东塔项目中的模板体系进行了分析设计，以期为超高层建筑模板体系优化的设计提供理论和应用基础。

超高层建筑；模板；优化设计

随着经济的发展，社会的进步，我国的建筑行业发展势头迅猛，其中建筑模板体系的发展也应当受到重视。建筑模板在早期被理解成在施工过程中所使用的模具，实现混凝土的浇筑成型。在超高层建筑施工中，模板体系的建设是一项核心工作。我国的建筑模板体系研究始于上世纪70年代，建筑行业对建筑成本、施工周期、项目质量不断变化的需求使得我国大力推广混合钢模板、钢框胶合板、压型钢板、大模板等模具，21世纪后，出现了中央控制设备以及液压滑模千斤顶，使得人们对模板的认识更加广泛，模板也形成了在超高层建筑混凝土浇筑过程中的一套完整体系，这套体系包括模具、连接件、桁架、杆件等结构。模板体系也逐渐朝着自动化的方向发展。目前，我国的模板体系中仍然存在着很多问题，为了解决这些问题，本文对模板体系中的顶升模板以及爬升模板进行分析比较，最后选出最佳方案。

1　超高层建筑模板体系现状

在对超高层建筑进行施工的时候，经常会出现混凝土选择及输送、模板传统的模板采用的都是装拆的模式，需要用到垂直运输的机器，并且耗费劳工，安全性差，建筑行业的不断发展，超高层建筑的不断增加，模板体系中存在的问题必须得到解决。超高层建筑由几部分标准层构成，在纵向结构上变化少，因此样式单一，规模大［1］。在纵向结构的优化上应当注重成本和一致性、实现结构的精简、装修的精细，来将建筑模板体系自动化。

根据材料轻巧、拆装活络、施工安全等原则选择模板材料，常见的模板如下表1所示：

表1　常见模板分类及其特点Table 1 The classes and characteristics of common templates

在我国超高层建筑中，常采用混凝土核心筒结构［2］，对纵向结构的一致性要求较高，因此需要提升模板整体体系，同时，考虑到建筑施工成本和施工周期，模板体系应当占据尽量少的空间。综合分析上述四种模板，在超高层建筑施工过程中，通常主要模板采用钢模板，辅助模板采用木模板。

2　爬模的优化设计

爬模，即液压自爬升模板，是一项纵向钢筋混凝土结构浇筑中的领先施工技术。爬模通常建立在施工建筑的下层部分，纵向向上在建筑四周安装模板，沿着模板来浇筑内部的混凝土，捆绑钢筋，逐步推进，直到建筑物被完整浇筑出来。爬模集中了大模板以及滑模的优点，操作方便，施工迅速，工程质量高。

2.1爬模的结构

爬模主要由模板体系、支撑体系、驱动体系三部分组成。

大模板（可用钢模板替换）、调整模板、背楞、角模、螺母、对拉螺栓、垫片等构件共同组成了模板体系。模板类型的选择与混凝土在实际情况中的要求相关。模板与施工建筑下层连接固定，高度比标准楼层高度高100～300 mm，宽度与现场条件、施工设备息息相关。模板组成及构件材料选择如下表2所示：

表2　模板的组成Table 2 The composition of template

支撑体系中常见的有吊装设备、外架支撑、上、下操作平台、外挑梁、栏杆、斜撑、安全网等。支撑系统稳定在建筑物下层的钢筋混凝土上，对刚度和强度有一定要求。支架通常采用分段组合安装的形式。驱动体系中常见的设备有倒链、液压千斤顶［3］、电动葫芦等。

2.2爬模的施工过程

安装爬模的时候，应当按照基座——动力结构——模板的顺序来进行安装［4］。基座中，应当先安装固定螺栓，再安装立柱，在安装中，两者都需要进行校正。动力结构的安装主要内容是确定以及安装千斤顶。模板安装中，首先将模板组装好，接着使用起重机器来安装提升架，最后安装操作平台。操作平台的外围设有防护栏、挡脚板、安全网等设施来保证施工工人的安全。爬模的具体施工过程如下图1所示。

图1　爬升模板施工流程图Fig.1 The flowchart of climbing template

3　顶模的优化设计

基于跟建筑相关行业的先进科技，将修正后的爬模与现有的先进模板融合到一起，逐渐形成顶模体系。顶模体系已经自动化，在超高层建筑的施工中，使用强劲的动力驱动设备能够实现一次性运送，支撑杆在三个标准层中来回作业，建造效率大大提高。

3.1顶模的结构

顶模的组成部分主要有模板体系、驱动体系、操作平台体系三大部分。

模板体系中包括角模、标准钢模板，墙体的特殊位置可以使用木模板和补偿模板。模板体系中其他的部件安装与爬模一致；驱动体系为整个顶模体系提供所需的动力，完成载荷的传递，由液压千斤顶、油路体系、控制体系等组成。控制系统主要包括电控和液控两种方式，电控体系能够实现液控原件与操作人员之间的信息传递，液控体系通过油管中的油量来自动取得平衡。

操作平台体系为施工人员提供安全的施工场所，有施工平台、操作平台、防护栅栏和脚手架等结构。脚手架将操作平台与模板进行连接，也可作为施工作业的场所，其跨度最大可达三层标准层。

3.2顶模的施工过程

在顶模的安装过程中，应当按照模板体系——动力体系——操作平台的顺序来进行。由于脚手架将模板与操作平台进行连接，所以应当分别先将模板与脚手架完成组装，再与施工高层进行结合。模板焊接于脚手架内，脚手架的设计应当遵循施工安全标准。根据施工需要来选择操作平台中的钢材型号，组装成桁架结构之后与支撑杆和施工建筑下层组合。顶模的具体施工过程如图2所示。

图2　顶升模板施工流程图Fig.2 The flowchart of jack-up template

4　模板体系优化设计的应用

4.1项目简介

广州市CBD段的超高层建筑东塔占地总面积为26494 m2，建筑部分共116层，高530 m，位于地上的面积为35万m2，位于地下的部分面积达1.8万m2。东塔采用巨型框架—混凝土核心筒结构，采用巨型框架和伸臂桁架作为辅助结构来承重。

4.2模板的设计

根据前文中对爬模和顶模两种优化模板体系的具体分析，可以得到：爬模体系的系统和施工精度便于控制，系统安全性高，可重复使用，但是爬系统耗费人工和建筑塑材，施工效率较低，模板不能一体化，导致施工工作重复率高，效率低下。顶模体系与爬模体系相反，一体化的系统能够节省大量人力物力，功能强大，施工安全，但是占用面积大，对液压油缸要求较高，调控麻烦。

东塔项目工期长，成本和质量要求较高，所以采用顶升模板［5］。顶模更适用于占地面积少的施工场所，系统的垂直度和稳定性较好。东塔项目中在西南角放置M440D塔吊，在东南和西北两个角落分别放置M1280塔吊。在设计模板的时候，应当保证使用功能不受损，将各构件截面优化，降低成本。

4.2.1模板体系模板的设计应当与层高相适应，东塔中楼层层高分别有3.5 m、3.75 m、4.5 m，基于模板设计标准2400×4000+2400×700，施工项目下层的层高较高，为4.5 m，采用4.7 m模板，当施工进展到上层3.5 m，3.75 m时，废除多余的700高模板，将标准模板配置改为4 m。此项目模板体系中有标准模板、非标准模板、角模、木模板。标准模板配置如图3所示。

图3　模板标准结构图Fig.3 The structure of standard template

4.2.2动力体系根据前文，顶模中的动力体系主要选择液压油缸，东塔中将4个液压油缸分别设置在支撑位置，相关参数如下表3所示。支撑柱选择小牛腿进行控制，在支撑柱上分别有两个杆件，配置箱型截面支撑，每个支撑包括四个可伸缩的牛腿，共有32个牛腿，牛腿不断的伸出和缩回，完成竖向爬升功能。

表3　液压油缸特征参数表Table 3 The characteristic parameters of hydraulic cylinder

4.2.3控制系统控制系统需要对4个液压缸和32个小缸进行控制，其中液压控制系统通过同步控制来实现4个大缸油量调整，完成大缸的同步顶升，电控系统对顶升系统的工作进行检测调控，包括对主缸顶升行程与压力的检测控制。

4.2.4操作平台东塔的操作平台由工字钢或者H型钢焊接成钢桁架，包括一级桁架、二级桁架（内外圈）、三级桁架。钢桁架操作平台应当有足够的空间来吊装劲性构件，平台的支点设置在核心筒内，满足操作平台的堆砌要求，减缓变形。

4.3模板安装

基于东塔施工进度，顶模在完成核心筒第一层施工之后进行安装，洞口预留在一层墙体中，装设钢桁架操作平台以及吊装体系。吊装结构根据提前设计好的标准模板设计布置来分组进行，将其连续摆放，先完成临时固定，接着在钢模板上安装背楞，最后用直径20的螺杆对桁架背楞进行巩固。顶模的具体安装过程如上文中图2所示。

5　结论

本文分析了爬模和顶模两种模板体系，在实际施工过程中，应当根据对施工质量、安全、速度等方面的要求来进行选择。爬模在安全和质量保证上由于顶模，顶模在施工成本、速度、技术方面占据了很大的优势。广州东塔项目中的建筑，考虑到成本、质量、速度等众多原因，选择顶升模板体系，文中对模板体系的具体选择配置进行了详细的介绍分析，为超高层建筑模板体系的优化设计应用提供了实际基础。目前，顶模技术在超高层建筑中应用较多，在以后的发展中也会不断得到改进，使之更适用现代建筑的需求。

［1］许蕾.高层建筑施工技术要点及质量控制策略探析［J］.民营科技，2015（11）：140

［2］彭益锋，庄轶.某超高层CBD结构方案选型分析［J］.广东土木与建筑，2015（8）：7-10

［3］秦树亮.斜墙液压整体爬模模架结构分析与施工控制［D］.重庆：重庆大学，2014：9-22

［4］李凤君.王府井国际品牌中心工程单侧支撑模板体系施工研究［D］.北京：清华大学，2015：10-11

［5］白雪，马海彬，姚传勤，等.超高层建筑顶升模板体系设计及模态分析［J］.工业建筑，2013，43（5）：14-17，51

The Optimal Design for the Template System of High-rise Building

LV Ting1，XU Lin2
1.Faculty of Architectural Engineering，Civil Engineering and Environment/Ningbo University，Ningbo 315211，China
2.College of Architecture and Civil Engineering/Xihua University，Chengdu 611930，China

At present，the construction of template system occupies a very large amount of labors in a high-rise building，therefore，it is necessary to optimize a template system.This paper classified and reviewed the common climbing form-work and jack-up form-work system respectively and analyzed the template system in Guangzhou East Tower Project so as to provide a theoretical and practical basis for the optimal design of template system in high-rise buildings.

High-rise building；template system；optimal design

TU972

A

1000-2324（2016）05-0749-04

2016-06-08

2016-07-28

吕婷（1990-），女，浙江衢州人，硕士研究生，主要研究方向为建筑结构.E-mail：15267852224@163.com