超高层钢木结合模板体系施工资源占用分析

王金鑫 王志珑 卢 程 孙 文 李国冰 马 超 周 璇

中建一局集团第三建筑有限公司 北京 100161

20世纪以来，随着国内经济腾飞和城市建设的迅猛发展，超高层的建造也在国内迅速兴起。经过21世纪首个十年繁荣发展阶段的不断探索和刻苦钻研，第2个十年我国超高层建设水平已跻身世界前列。仅2018年单年完工的200 m以上建筑物就达88座，占同年全球范围总量的62%，累计总高度达21 556 m，排名世界首位。

过去20年，无数个城市拔地而起向上生长的过程，就是国内建筑行业无比珍贵的成长经历。经过长期的钻研探索，我国超高层建造技术已日益成熟，国内已经形成多个形式的模架体系，纷纷在不同设计形式的超高层建设项目得以应用实践。

受益于近年来超高层建造模架体系发展的多元化，超高层项目模架体系的选型环境更加理想。由此，模架体系的先进性、科学性、经济性以及对项目的针对性，更多地成为模架体系选型的关键考量，其中所选模架体系的科学性与对项目的针对性更是容易成为制约整个混凝土结构施工的关键技术因素。

1 工程概况

万达·西安one项目2地块工程（万达天鼎）位于西安市高新区，建筑面积178 550 m2，是由2座塔楼、3座裙房与3层地下室组成的超高层建筑综合体。其中2座塔楼地上44层（3个避难层），建筑高度170.00 m，标准层层高3.55 m，单层建筑面积1 392.93 m2。抗震设防烈度8度（0.2g），塔楼为劲性混凝土剪力墙结构体系，主楼平面建筑轮廓尺寸为69.3 m×20.1 m，设计选型呈扁长形，由此对超高层短边向抗侧要求极高。结构设计方案针对该难点在长边向设置大量“T”形墙，用以抵抗扁平结构垂直于长边向的侧向地震作用。同时，为满足外立面纯玻璃幕墙的采光需求，各房间窗洞也尽可能放宽到最大，外围布置大量短肢剪力墙。

2 模板体系选型设计

项目建设前期，拟采用快拆式铝合金模架体系进行施工，但本项目竖向结构构件分别在3个避难层进行3次缩截面变化。与常规核心筒结构体系超高层项目不同，单层建筑面积相等条件下，剪力墙结构体系混凝土竖向构件数量远超核心筒结构体系，所以竖向构件缩截面引发墙体尺寸随之变化的墙体数量远大于常规核心筒结构体系超高层项目。此时若仍采用铝合金模板，则每次缩截面都需为每处“T”形墙两侧阴角及“L”形墙角部订制全新的角模板，且角模板的加工成本较为高昂，所以每次变截面需替换的角模板总量较大（图1）。经初步测算，仅模架体系材料板块将对本项目造成36.3%的额外成本增加，对项目经济效益影响较为严重。

图1 截面缩减对异形角模的影响

通过统计分析国内其他经典超高层项目建造案例[1-3]，并结合以往参与建设超高层项目施工经验，对品质、工期及成本等方面进行综合考虑。通过测算，最终确定针对本剪力墙结构体系超高层项目，选用钢木结合模板体系：竖向结构构件（墙与连梁）主要采用大钢模进行模板支设，水平结构构件（板与梁）采用木模进行模板支设。

在塔吊配置确定之后，由于超高层项目吊次总量与施工层高度保持负相关关系，吊次总量将随施工层数增长逐渐下滑。故模板设计过程中，参照塔楼施工流水段划分，大钢模直接在作业高度按流水段分段作业参与水平流转，控制落地板数量，避免大量长距离起落形成的吊次浪费。在单层粘灰面积设为定额时，在满足工期的条件下，提高模板周转率，用尽量少的配模面积完成固定粘灰面积的模板施工，有利于项目的经济效益与倡行绿色环保。

3 分段流水推进过程中资源占用情况分析

3.1 平面空间资源

水平结构构件的木模板无需占用塔楼外场地资源，满配3层，采用悬挑卸料平台循环向上部作业层进行倒料。由于大部分大钢模标准板均参与水平分段流水的调转，施工推进过程中无需吊离作业楼层，故此部分大钢模对塔楼外场地资源无占用需求。

主要需为每次水平流水不参与调转的异形模板及极少因尺寸不适无法参与水平流水的标准板在塔楼外的适当位置规划大模板堆放区。对于单层建筑面积1 392.93 m2的本项目塔楼，落地板需150～250 m2的大模板堆放场地。出于安全及材料维护等角度考虑，大模板堆放需由无支腿的角模搭设插模架，另整个堆放区须四周完全围闭，杜绝无关人员穿行（图2）。

图2 标准化大模板堆放区

根据数据对比，大模板堆放场地的面积，约等于同一施工单元所需的钢筋加工场区占地面积。由此若选用大钢模，即使在施工过程中相当数量的标准板无需设置大模板堆放区进行存放，最少也需为其提供等同于施工单元附属钢筋加工场地的平面空间资源。

3.2 垂直运输资源

在大钢模模板设计阶段，为更好地保证墙面平整度，需尽量少地划分模板分缝。对于单块面积较大的墙模板，往往板高约等于层高，板宽取值在1.8～3.0 m之间。依据本项目模板设计方案，模板最大尺寸为2 900 mm×3 620 mm，单块模板质量3.42 t。然而较为常见的平臂式塔式起重机QTZ250在起重半径70 m时的最大起重量仅3.0 t。故大钢模与塔吊选型之间存在相互干预关系，须确保塔吊起重能力满足大钢模起吊需求。

大钢模对塔吊垂直运输吊次占用较为严重。依据本项目实况统计，单层建筑面积1 392.93 m2按对半等分划分流水段，单个流水段总吊次为86次，整个流水段入模过程持续9 h53 min，平均9吊次/h。

剪力墙结构体系超高层项目混凝土构件含量远大于同等单层面积的筒体结构体系，配模面积也远大于常规项目，配板数量增加，吊次需求随之扩大。

在含有较多短肢剪力墙的情况下，针对含型钢的短肢剪力墙配置的异形角模多数无法参与作业高度的水平流水段流转。施工至较高楼层时，落地板的单次起落时长被拉长，最大吊次总量随之减少。

另外，绝大多数超高层项目均含有钢结构，选用大钢模时，需结合结构形式与模板设计方案针对吊次进行验算。若所需吊次较多，尚需考量是否为现场吊次需求匹配垂直运输机械，以确保工期进度。

3.3 劳动力资源

采用钢木结合模板体系，意味着施工现场需同时配备正常规模的大模板施工班组与木模板施工班组。对比选用纯木模施工，相当于在原木工班组人员基本无削减的情况下，需额外增加大钢模吊装班组。

在纯木模施工的情况下，水平结构模板工程施工班组在水平结构模板工程施工开始前期，已完成了竖向结构模板支设。而在采用钢木结合模板体系的情况下，竖向结构模板支设需由专业的大钢模班组进行。完整的大模板班组包括模板吊装人员、模板校正人员。按照本项目流水段面积约700 m2，每座塔楼附1台塔吊的情况，吊装人员需配备4～6名，人均工效获得提升。同时大模板可提升墙体的施工质量，可减少墙体打磨处理的人员配备。

3.4 工期资源

针对剪力墙结构体系，钢木结合模板体系与木模板及铝模板最大的不同就是需要竖向结构与水平结构分2次浇筑。对比整体浇筑的情况，在施工工序挂接的关键路线上，分别浇筑需额外增加竖向结构的带模养护及拆模时间。根据混凝土强度等级不同，带模养护时间也不同。参照本项目竖向构件C60高强混凝土，常规条件下维持4～6 h带模养护时长即可出模，冬期强度增长将更缓慢，竖向结构拆模时间将受更多的环境因素制约。拆模过程耗时长短主要取决于垂直运输资源与大钢模设计方案的匹配程度。

竖向结构钢模的拆模为水平结构模板施工的前置条件，故若竖向模板按照流水段水平流转，保证大部分标准板不落地，则水平结构流水段的层层递进存在相互挂接的关系，各流水段之间若保持平行递进关系，必须严控拆模后的工序衔接。简单推演过程如下：N层Ⅰ段竖向结构拆模时，N层Ⅱ段竖向结构必须具备入模条件；常规条件下N层Ⅱ段竖向结构入模48 h后，带模养护完毕具备拆模条件，按照流水周转原则，此时须N＋1层Ⅰ段竖向结构已具备入模条件，否则将直接影响N层Ⅱ段水平结构模板支设的开始时间。

因此，须在48 h内完成N层水平向结构施工并使N＋1层竖向结构具备入模条件。在形成稳固流水的状态下，每个流水段主体结构施工每层需5 d，由于流水段之间存在相互挂接关系，所以主体结构施工每层的施工周期将略大于5 d。应从模板周转层面加强班组间对工期进度的约束，促进劳务班组内部加强工序衔接意识，避免窝工造成对工期的浪费（图3）。

图3 钢模水平流转流水段挂接关系

3.5 资金占用情况

在达到同等品质要求的条件下，木模施工需占用更多的劳动力与工期资源，且纯木模也不符合超高层施工技术需要的先进性、科学性要求。所以在超高层项目建设过程中，虽然选用纯木模的材料费对资金占用率最低，但往往不在讨论之列。

在剪力墙结构体系超高层建造项目模板体系选型阶段，主要通过对比钢模与铝模来体现钢模板在资金占用率等方面所具有的优越性（表1）。

表1 模板选型经济效果对比

根据本项目钢模板与铝模板的设计情况，预估每座塔楼铝模总价约362.5万元，且为租赁（按工期300 d计算，暂不考虑工期增加带来的成本隐患）；而大钢模每座塔楼总价约112.6万元，仅为铝模总价31%，且为永久购买，可长期进行周转使用。

就均需即时付款的条件来看，选用钢模的资金占用率远小于铝合金模板体系，往往在项目建设初期不易对回款较少的项目形成较大的资金压力。

4 结语

随着国内超高层建筑建造技术的不断成熟，新的建筑结构形式、建造方式也在不断涌现，并且保持着相互适应、互相激励的共同发展局面。如何针对不同的结构形式，结合可调配的施工资源情况，灵活选用适合项目的施工技术，对每个超高层建设项目而言都是至关重要的关键一环。

为打破核心筒结构体系对建筑物平面设计的限制，可采用剪力墙结构体系以满足更多元化的建筑平面设计方案。但对于剪力墙结构体系超高层建造项目而言，模板体系选择还需尽可能结合项目实际情况，如结构设计情况、质量创优要求、场地条件、工期进度需求、主要施工机械部署情况、劳动力情况及资金情况等，最终确定最适合项目的模板类型，以确保项目在工期、质量、经济、绿色环保等各方面达到更高目标，创造更好的社会效益。