康志飞
（中铁十二局集团建筑安装工程有限公司原平构件分公司，山西 太原 030024）
摘要：建筑铝合金模板（以下简称铝模板）强度高，精度高，安拆便捷，成型质量好，周转利用率高，铝模板以其绿色经济环保的优势在普通住宅中被广泛使用。随着铝模板技术的发展，其逐渐应用于超高层公建项目，本文探索铝模板搭配顶模集成平台在武汉某80层的超塔核心筒应用实例，对进一步扩展铝模应用范围和提升高层建筑质量的研究具有重要意义。
关键词：铝合金模板；超高层；顶模集成平台；核心筒
0 引言
建筑铝合金模板已在国内住宅建筑得到了大量的应用，占有率已超30%。截止2020年，全国建筑铝合金模板市场保有量6200万平方米，随着铝模板应用扩展到公建、市政领域以及政府的助力推广，预计未来3至5年仍将保持高速发展。现阶段建筑铝模板行业同质化竞争严重，同质化产品的价格难以取得优势。铝模企业为提质增效，做强做优，适应市场需求，拓宽铝模板的适用范围和树立品牌实力势在必行。
超塔核心筒结构复杂，层数多，结合顶模集成平台的应用，从而对模板工程从方案制定、深化、设计、模板品质提出了高要求。铝模厂家成功将铝模产品应用于超塔核心筒，是厂家综合技术实力、产品实力的体现。同时为显著提高施工效率和质量，节省大量的人力、财力和资源，为城市的建设发展, 为中国建筑转型升级，为企业的永续经营提供技术保障。
1 铝合金模板
铝合金模板体系由模板系统、支撑系统、加固系统和配件系统四大系统构成。铝模板绿色环保，周转利用率高，符合国家节能减排政策，且铝模具有自重轻，承载力高，具有拼缝少、稳定性好、精度高、浇注成型的混凝土面平整光洁；重量轻、拆装方便、施工效率高， 安全、整洁、施工形象好，解决了以往传统木模板存在的应用缺陷，经过数年的发展已在高层建筑中应用越来越广泛。
随着铝模板发展的不断深入，行业中已有部分优秀企业尝试往公建、市政等非房建领域发展，比如超塔核心筒，并且取得了良好的应用效果。本文通过武汉某项目实例（如图1）来探讨铝模在超塔核心筒上搭配顶模集成平台的应用方案。
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图1-超塔建筑示意图
2 顶模集成平台
从上世纪80年代起，国内超高层建筑施工技术经过了多次升级，从传统的搭设脚手架到滑膜、爬模、提模，施工机械化程度、标准化率不断提升。随着超高层越来越高、结构越发复杂，顶模集成平台应运而生。
顶模集成平台适合用于超高层核心筒的施工，形成一个封闭、安全的作业空间，模板、挂架、钢平台整体顶升，从而继续下一层的结构施工，具有机械化程度高、施工速度快、安全性高、施工质量好等多项优点。目前该项目使用的平台系统已成熟应用国内多个超塔项目。
本项目顶模集成平台由贝雷架平台系统、支撑与液压顶升系统、模板系统、挂架系统、附属设施等组成。贝雷架平台系统采用200高抗剪型贝雷片经相关节点构件连接组成，平面尺寸约35×30m；支撑与液压顶升系统共12个支点，对称布置在核心筒剪力墙上。
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图2-支点编号示意图
3铝合金模板与顶模集成平台的应用方案
3.1深化中的优化方案
3.1.1结构优化
本工程地上核心筒结构1~84层外围墙体墙厚由1500mm变为400mm，内墙由400mm变为300mm，期间共进行了11次墙体结构变化。其中38~40层核心筒北侧外围墙体呈现斜墙变化，整个墙体向南侧内移1700mm，65~67层核心筒南侧外围墙体呈现斜墙变化，整个墙体向北内2250mm。因此墙梁阴阳角铝模板和背楞的设计应能适应墙梁厚度的缩变。模板需在墙厚缩变处设嵌补模板，背楞要求采用长度可调设计。
3.1.2预埋件的深化
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图3-二至十层55根
针对项目提出的预留预埋、配合机电管线的设计对接深化，最大化降低现场出现相关构件干涉的情况，如顶模集成平台支点预埋螺栓的定位，深化图中准确定位以供铝模板开孔定位和避让。
超塔核心筒管井随着楼层增高孔洞会阶段性减小，完成预留洞口大小阶段性按楼层深化和剪力墙的户内箱深化定位。
3.2 铝模板设计中的优化方案
3.2.1铝模板布置方案
本工程项目结构外墙采用铝模爬升，内部结构均采用铝模散拼散装，核心筒水平、竖向结构同步施工。地上塔楼结构施工分整体铝模板吊挂随顶模同步顶升与现场拼装随结构施工往上周转两种形式，其经济性最优、质量效果亦最佳。层高主要有4.4m、4.5m、5m三种，铝模板配置要适应楼层高度，4.4m为普遍层高，5m仅为避难层位置，外挂铝膜板配模仅考虑4.4m这种规格，统一按照4.6m的高度标准进行配置。
3.2.2模板加固方案
项目背楞加固采用内7外8，除特殊位置，外墙1~8道背楞均为80背楞，内墙1~5道为80背楞，第7、8道为60背楞；背楞高度从结构标高起250-550-600-600-600-600-600-300mm。内墙支撑采用可调式长短斜支撑，第 1 道连接斜撑短杆，第 4 道背楞连接斜撑长杆，斜撑定位固定点距离墙面 1500mm，斜撑间距根据墙面长度来定，间距应≤2000mm，一般长墙可以按1.5米间距均布，短墙根据实际情况可在 1.2~1.6 米调整。
3.2.3支撑系统
超塔层高4.4米采用单根支撑形式稳定性差，需采用盘扣支撑，支撑间采用横杆连接成整体，从下至上布置三道横杆，提升整个支撑体系的稳定性。
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图4-支撑示意图
3.2.4对拉螺杆遇型钢处理
项目存在型钢结构，铝模加固体系采用对拉螺杆形式，存在部分位置需现场预先焊接螺母于型钢位置，并于阳角位置增设一道斜拉螺杆，强化阳角位置模板加固作用。其他于墙体中间位置型钢采取适当避让设置，满足加固需求的同时尽可能减少施工难度。
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图5-型钢墙处加固图
3.3 现场施工中的配合
顶模正常运行基本流程如下：顶模顶升就位，并完成提升作业→混凝土养护→钢筋作业层劲性结构安装→钢筋作业层钢筋绑扎→钢筋作业层洞口模板搭设→钢筋作业层埋件预埋、水电预埋→模板作业层模板加固→模板作业层混凝土浇筑→模板作业层模板拆除与清理→顶模顶升→爬升框提升进入下一个循环施工流程。
铝模安装施工顺序依次为墙柱→梁→支撑→梁侧→调校→加固墙柱→板→支撑→调校→验收→浇筑→终校。注意：在墙柱、梁、梁侧、顶板安装时，铝模材料打开一包材料就必须安装一包材料，禁止多开材料包裹防止材料混淆，增加施工难度。
砼强度达到要求后，进入现场拆除铝模板。顺序为墙柱→梁底→梁侧→梁支撑→架体连杆→部分支撑→顶板。注意：同一区域顶板支撑禁止一次性拆除，防止铝模板整体坠落，发生危险。
4 铝合金模板受力计算
为确保施工的安全性，建立有限元模型对模板支架系统进行安全性分析验算，计算分析永久荷载和可变荷载作用下结构承载能力、变形及等稳定性。
墙模板、楼板模板和梁模板采用板单元模拟，立柱支撑、背愣、对拉螺杆采用梁单元模拟，模型中各个构件的尺寸与图纸一致，整个结构系统共被离散为1588个板单元、1708个梁单元和2458个节点，有限元模型中在模板底、支柱和斜撑底部设定固定约束作为边界条件。X方向为纵向，Y方向为横向，Z方向为竖向，根据实际结构，有限元模型取一层结构进行分析，具体尺寸为高5.5m，长5.3m，宽7m。
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图6-有限元模型
铝合金采用6061-T6，支撑柱、背愣、斜撑等采用Q235B钢材，采用的材料及其性能参数见表1。
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表1金属材料性能参数
通过验算，墙模板应力、楼面模板应力、梁模板应力、对拉螺杆应力、背楞应力均符合规范要求，以下重点从墙、楼面、梁模板变形以及大模吊环处孔边肋强度校核进行计算。
4.1墙模板变形
根据规范，验算作用下墙模板的最大变形，从图7中可看出，墙最大侧向变形为0.82mm，小于1.5mm，满足规范要求。
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图7 墙模板侧向变形 (单位: mm)
4.2楼面模板变形
根据规范，验算作用下墙模板的最大变形，从图8中可看出，楼面最大竖向变形为1.5mm，小于计算跨度1/400（容许值为L/400=3mm，L为1200mm），满足规范要求。
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图8 楼面模板竖向变形 (单位: mm)
4.3 梁模板变形
在
荷载组合下梁模板的竖向变形根据计算云图可知，最大竖向变形为0.80mm，小于计算跨度1/400（容许值为L/400=3mm，L为1200mm），满足规范要求。
在
荷载组合下梁模板的竖向变形根据计算云图可知，最大侧向变形为0.81mm，小于1.5mm，满足规范要求。
4.4大模吊环处孔边肋强度校核
参照本项目结构和施工方案，经核算，项目东北角处外墙大模为本项目重量最大的模板组，此处大模总重为：2200KG （含铝模板、横向背楞、竖向背楞、背楞连接件重量）
面积为：4.65*8.55=39.76m2
单位平米重：2200/39.76=55.33kg/ m2
大模吊环从铝合金模板标准单元之间φ16.5mm边肋孔处形成连接，大模吊环连接孔同单个大模含两处连接点，每个连接点含两处接触面。其中模板销钉孔强度应满足：
其中单个销钉孔接触面积：A=181.34mm2
经核算，边肋孔强度满足设计要求。
5铝合金模板与顶模集成平台搭配应用的优势
5.1 进度方面
核心筒结构外墙铝大模和内部结构散拼铝模，整个核心筒水平、竖向结构施工同步进行，且顶模系统将外铝大模同挂架同步提升，机械化程度高，省去了安装，从而大大缩短施工周期。铝模施工工序可实现流水化作业，二次结构和异型构件均能同步施工，施工进度大大加快，时间成本大大降低。
本项目配合项目做精益建造，包括预留预埋、配合机电管线的设计深化等优化措施简化了二次施工工序，有效缩短工期。
5.2 质量方面
铝模板喷砂板面，增加特殊的材料喷涂，达到拆模后混凝土表面形成细毛的效果，以利于后期抹灰和刮腻子的施工质量。
铝模和顶模平台的搭配符合中国绿色建筑的节能、节水、节材、节地和保护环境“四节一环保”的要求，达成了“鲁班奖”质量获奖要求。
5.3 安全方面
顶模集成平台是封闭的操作平台，搭配铝合金模板，大大减少了施工中的作业风险。
顶模系统的支撑点位低，位于待施工楼层下2~3层，支撑点部位的混凝土经长时间的养护后安全性好，强度高，承载力大，为核心筒的安全施工提供了保障。
5.4 成本方面
铝合金模板在支撑系统中的快拆需求，极大缩短了工期，同时采用顶模挂架将外模整体抬升，可为项目大量节约人力和设备租赁费用。
一套铝合金模板即可重复利用施工到顶层，并且搭配顶模平台，可充分考虑铝模板配置时的结构墙体变化，减少变层模板的产生，大为减少了材料费用。
6 结论
综上所述，通过武汉某超塔核心筒项目实例，在超塔核心筒采用顶模集成平台上应用铝合金模板体系的研发与施工应用中， 铝模板可满足其的施工需求，并且显著加快了施工周期，提高了混凝土的成型质量，铝模板的使用寿命满足整栋楼的施工次数需要，降低了成本。铝模产品在超塔核心筒的成功运用，体现了铝模厂家的综合实力水平，是企业进一步发展的有力名片。推广各类公建、市建工程应用铝模板，可拓宽铝模板的市场范围，促进铝模板行业进一步发展，为建筑质量升级和城市良性发展助力，效益重大。
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