超高层大截面外框柱铝合金模板与方圆扣组合加固体系的施工应用

刘路路，李东庚，谢 磊，何 庸，林伟坚

（中建三局集团有限公司，广东 深圳 518000）

0 引言

长期以来，超高层公建建筑超大截面尺寸结构柱支模加固主要采用木模板+木方+槽钢+对拉螺杆多种材料组合加固的施工方式。加固工序繁琐、劳动力投入大、材料种类多而管理难度大、材料投入量大且损耗率较高、加固质量难以保证，基本不符合国家推行的节材、绿色环保政策。面对我国资源环境异常严峻、经济快速发展、住房和城乡建设部倡导使用四新技术、企业要求提高生产效率、节约施工成本的种种情况下，结构支模加固也需要采用新型模板材料与新型加固构件组合加固的方式替代传统加固方式。现以润安深南大厦总承包工程为实例，介绍采用新材料铝模板+方圆扣+三角销片组合的结构支模加固施工工法，此方法不仅提高了混凝土结构质量及光感、减少劳动力投入和工期消耗，在节材、绿色施工、环保等方面也取得了较好的经济效益和社会效益，值得推广应用。

1 应用工程结构概况

项目为核心筒剪力墙+外框劲性钢骨柱结构，主体结构高度 268.5 m，地下 5 层地上 54 层，18 层及以下为十字型劲性钢骨混凝土柱，18 层以上为纯钢筋混凝土柱，外框柱最大截面尺寸为 2 m×2 m，十字型钢骨柱腹板长度为 1.3 m，翼缘板长度为 0.4 m。对于此类大截面混凝土外框柱，尤其柱中还涉及大尺寸且结构复杂的钢骨，柱纵筋及箍筋直径较大且设置较密，个别楼层层高较高，合理选择支模加固体系是解决此类特殊大体积复杂结构柱支模加固安全稳定性、避免混凝土质量通病，提高混凝土表面观感度的关键性因素。

2 支模加固体系现状分析

现大多数建筑结构支模加固还是采用传统的加固方式，主要有：①全木模+木方（方通）+槽钢+对拉螺杆；②外钢模内木模+方通+槽钢+对拉螺杆；③全铝模+槽钢+对拉螺杆等组合方式，基本都达到四道施工工序，材料投入种类多、损耗量大，且工艺操作复杂。采用木模和槽钢加固需要在现场按照图纸进行配模→切割→拼装→拼缝处理等操作，产生废料、木屑等垃圾较多，清理难度大；槽钢一般为定尺 6 m、9 m 或 12 m 一根，需要在现场进行定尺切割和孔口开设，产生余剩无用短料较多；模板木方等加固材料周转使用次数少，占用总平面积多，管理难度较大。

另外，长期以来，超高层主体结构施工过程中，大截面尺寸钢筋混凝土框架柱和劲性钢骨混凝土框架柱支模加固体系设计时往往会遇到以下几种情况。

1）受力主梁无论是选用双方通还是槽钢，在进行受力验算时，计算结果主梁不是需要极密设置，使得工作量加倍且操作空间、材料投入和成本剧增；就是需增大主梁型号，使得材料本身重量极大增加，搬运困难，人工难以安装操作，影响工期，同样也大大增加了材料和成本的投入。

2）为避免增加主梁的数量和增大主梁型号，必须减小主梁的受力计算长度（中间弯矩计算公式［1］：ql2/8，受力长度直接影响主梁受力大小），则必须在主梁长度方向设置对拉螺杆。纯钢筋混凝土结构柱需通长穿过结构设置螺杆，相对简单，但螺杆损耗极大且直接影响混凝土结构的整体性和美观度，还需加强对螺杆质量的把关；然而劲性钢骨混凝土结构柱，螺杆无法对穿，必须将螺杆都焊接在钢柱上形成拉结受力，极大地增加了焊接工作量，且螺杆均只能一次性使用，无法取出，需层层大量投入，往往还因螺杆与钢柱焊接的质量缺陷导致混凝土浇筑过程中螺杆脱落主梁受力不足而爆模。

3 支模加固体系的选择及设计

为规避上述加固体系存在的各类问题，设计满足本工程大截面柱受力要求的支模加固体系，便对加固材料的选用和加固方式进行了策划，从提升材料自身强度刚度、改变加固体系的连接方式来取消对拉螺杆的设置，从而可规避因对拉螺杆设置带来的对劳动力增加、施工生产效率的降低及工期的增加、质量安全隐患、劳动力及材料成本的增加。最终确定采用新型铝合金模板、高强方圆扣及配套三角销片等三种材料进行组合的加固体系，后续经受力验算，生产过程中再对铝模板和方圆扣进行了加强改造处理，可以满足现场结构施工过程实际受力要求。

3.1 构件选用及改造

方圆扣采用强度等级不低于 Q345 的低合金钢材料加工制作而成，单根尺寸根据结构特点及受力计算加工定制，每根方圆扣中间加焊一段 1.2～1.5 m 长相同尺寸的工字型钢件，增加方圆扣腹板的受力高度，以提升其整体受力的刚度，受力计算长度可高达 2 m，混凝土浇筑过程中有效避免了巨柱加固材料跨中的变形度，结构质量及加固体系的整体安全性得到了有效保证；单根方圆扣重 21～25.5 kg，安拆便利快捷，在保证混凝土结构模板加固质量的同时，又能提高生产效率，节省工期（本工程采用 10# 方圆扣：100 mm×25 mm×4.7 mm×8 mm）。

铝合金模板轻质高强，拼装速度快，通过改进增大模板内肋高宽，加密端肋间距来增强模板本身的受力强度，加大其抗荷载能力，从而减小主梁所承受的直接荷载，加强改造后铝合金板材每平米可承受达 70 kN 的荷载。

三角销片采用强度等级不小于 Q235 的钢材制作而成，棱边进行特殊加工处理，避免紧固过程棱边出现毛边、缺口影响加固效果，销片尺寸为：230 mm×（15 mm～40 mm）×6.6 mm。

铝模板拼接好后，每四根方圆扣为一组，互相锁扣拉结，并采用高强销片进行卡固互相咬合形成水平整体共同受力，实现对方柱铝模板进行加固，每组方圆扣间采用 8 块定尺高度的木方模板作为支撑，可保证混凝土振捣时方圆扣紧固不松动。

铝合金模板、方圆扣、三角销片等材料均为工厂定制生产，现场无需切割，一次投入全周期性使用，且材料投入量少、损耗极小，可有效缓解场内总平面堆放场地紧张情况和减少管理难度；所有材料均可回收重复利用，绿色经济环保。

3.2 构造设计

1）阳角位置角钢与两侧铝模板采用螺栓进行连接，上下每间隔 3 孔一设；板与板之间采用销钉进行连接，每间隔 3 孔一设；每块铝模板四个阳角位置第一个连接孔必须设置销钉。

2）首道方圆扣距离结构完成面≤200mm；柱高1.5 m 以下区域方圆扣设置间距≤250mm；柱高 1.5 m 以上区域方圆扣设置间距≤300 mm，顶部方圆扣以上铝模悬臂端≤200 mm。

3）柱子两边设置两道硬性可调支撑，第一道距离完成面 1.5 m，第二道距离完成面 3.5 m；另一边设置一道硬性可调支撑和柔性拉结措施，上下设置间距同另两面。

3.3 施工工艺流程

测量放线→铝模板安装加固→底部支撑设置→方圆扣互相垂直初步锁扣→两对角三角销片入卡槽初步敲击紧固→换对角三角销片入卡槽初步敲击紧固→两对销片分别完全紧固到位→摆放支撑，循环进行下一道方圆扣加固→垂直度调整→检查验收。

3.4 施工操作方法

1）测量放线。混凝土达到一定强度后进行该层的放线工作，弹出轴线、柱的边线和 300 mm 控制线。

2）铝模板拼装封闭。柱单面标准铝板采用配套销钉拼装固定；两垂直面铝板在柱角处采用角钢+螺栓连接固定；上下接长板通过销钉进行连接；销钉、螺栓每隔不超过三孔设置一个。

3）底部支撑摆放。柱底四边各放置两块支撑模板，模板高度为 200 mm，以满足首道方圆扣距地要求。

4）方圆扣互垂摆放初步锁扣。四条方圆扣为一组，两人配合，首先摆放其中一条方圆扣，后将第二条方圆扣弯头端钩扣第一条方圆扣平直端，再用第三条方圆扣弯头端钩扣第二条方圆扣平直端，最后用第四条方圆扣弯头端钩扣第三条方圆扣平直端，同时第一条方圆扣弯头端再将第四条方圆扣平直端钩扣，形成互相锁扣的口字型。

5）两对称角销片初步紧固。四个锁扣位置的卡槽处各放置一个三角销片，两人持配套铁锤同时敲击初步紧固两个对角，不可仅一人先后紧固四个销片，后一销片的敲击产生振动会将相邻销片震出。

6）换两对角销片初步紧固。两对角初步紧固后换位置已同样的方式紧固另外两个对角的销片。

7）两组销片对称完全紧固。同样还是以对角对称受力的原理，将两对角销片二次完全紧固到位，过程中要注意观察销片的敲入深度，如销片棱角出现缺口、毛边，无法再敲入，必须更换新销片重新紧固，同时观察是否对其他销片产生松动的影响。

8）下一道方圆扣加固。第一道方圆扣紧固完成后，于上方摆放定尺木板支撑，以同样的方式加固第二道方圆扣，如此循环作业，加固至顶（见图 1～图 4）。

图1 外框柱铝模安装图

图2 方圆扣加固节点图

图3 免对拉螺杆模板加固完成图

图4 外框柱施工效果图

4 质量控制要点

4.1 材料方面

1）铝模板、方圆扣进场时检查验收人员需检查各材料应有相关产品合格证及检测报告［1］。

2）铝模板、方圆扣不应有明显变形、破损、裂纹，测量方圆扣腹板高度和厚度、翼缘板宽度和厚度应符合方案中受力验算的型号尺寸［2］。

4.2 施工方面

1）在楼板上根据图纸及定位轴线放出框柱定位边线及 300 mm 控制线，同时在框柱四周每隔间距不超过 1 m 设置定位钢筋，便于铝模板在安装过程中精确定位［3］。

2）铝模板安装前必须进行表面清理及涂刷专用脱模剂［4］。

3）铝模板安装必须严格按照铝模拼装深化图模板编号顺序进行安装，避免连接孔口不对应。

4）每块铝模板四个阳角位置第一个连接孔必须设置销钉，避免漏浆涨模。

5）方圆扣加固过程中严格控制最下层方圆扣离地不超过 200 mm，往上每之间间距不应＞300 mm。

6）方圆扣加固至顶后，逐层检查每个三角插销的入槽深度和紧固程度，确保没层方圆扣已完全加固到位。

4.3 检查验收等方面

1）严格控制方案要求控制方圆扣设置间距。

2）严格控制三角销片紧固程度，防止振捣时销片松脱。

3）方圆扣加固自验收合格后组织监理进行支模体系加固作业验收。

其他详见 SJG 72－2020《建筑工程铝合金模板技术应用规程》及 JGJ 386－2016《组合铝合金模板工程技术规程》的相关条款。

5 安全控制要点

1）结构临边面，模板需层层分开安装，不可整面通高拼装后进行安装。

2）方圆扣安装加固应从下往上，拆除时应从上往下。

3）方圆扣、铝模板等构件吊装前必须成捆绑扎结实。

4）安装拆除时，结构临边侧确保爬架与结构间无空隙，硬封闭设置到位。

5）结构内侧柱边以外 2 m 范围拉设警示隔离带，严禁无关人员进入［5］。

6）混凝土浇筑严格控制分次浇筑高度不超过 2 m［6］。

6 结语

对于超高层建筑大截面（一般指断面尺寸＞1.5 m）结构柱，柱内存在尺寸较大且构造复杂的钢骨，柱纵筋及箍筋直径较大且设置较密的情况，此类建筑结构柱在支模加固施工时，采用铝合金模板与方圆扣组合的加固体系具有非常大的优势。其体系安全性高且可有效避免大量常见的混凝土结构质量通病；尤其是施工场地狭小，周转材辅材堆场极为紧张，业主对现场安全文明施工和结构质量观感要求较高的项目，采用此加固体系可确保建设工程的安全文明施工环境和结构质量，使项目管理和施工的效益最大化。Q