建筑模架技术具体案例分析范文

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1我国模板工程概况

随着社会的发展，城市建筑物的规模亦随之不断扩大，除了高层、超高层日益增多以外，一些大型复杂的文化体育建筑正成为一个城市建设的标志。由于这些文化体育建筑设施的钢筋混凝土结构体形复杂、高耸，并且在质量、外观上的要求越来越高，从而使模架施工的技术难度也越来越大。这无疑给现代结构施工在经济上、技术上提出了更新的课题。模架工程的方案及其施工技术在很大程度上决定了整个建造的质量、工期、成本，以及资源的消耗和对环境的保护。下面我们通过两个具体实例来探讨如何选择合适的模架方案。

2国家体育场混凝土柱结构模架技术研究

（1）混凝土柱结构的特点和工程难点

①清水混凝土要求高。国家体育场的混凝土结构要求高于北京市制定的《建筑结构长城杯工程质量评审标准》，要达到饰面清水混凝土标准，以确保国家体育场工程获得国优鲁班奖，因此对模板验收的质量标准要求很高。

②模板设计制作难度大、工作量大。我们根据设计图纸提供的数据统计，该工程有1700根饰面清水混凝土柱，其中有1360根双斜柱，至少有91种倾斜角度、32种平面旋转角度；斜柱存在形式为层间柱和跨层柱，跨层柱最多跨4层，最大垂直高度18.4m，每根柱的柱头和柱根都是不同的。该工程模板板面平整度为1mm、截面模板内尺寸为±1mm、模板阴阳角方正顺直为2mm、模板拼缝为2mm。因此模板设计制作的工作量大，难度也大。

③模板加固支撑技术复杂，安装施工的难度大。因柱体最大倾斜角度为59°57''''，最大旋转角度为44°1''''14“；最大跨度4层，达20余m；最大顶部高度达67.71m；最小间距仅10余cm，千姿百态，所以给模板安装和支撑加固施工带来很大困难。

（2）柱模及其支撑设计

在进行前瞻性设计时，本人曾建议采用全钢模板，但最终实施采用了本人设计的钢框木模板柱模和可调钢支撑技术，即：①层间柱模板采用不包边钢框木模板柱模和可调钢支撑，如图1a所示。有1360根斜柱，就应有1360套斜柱模板及1360套柱根模板，如图1b所示。有8个楼层，就将有各不相同的10880个柱头，这是一个巨大的设计和加工量。因此，本工程只是在Y柱上，才采用钢框木胶合板的柱头，如图1c所示。②支撑：可调钢支撑，简便可靠，具有大的作业空间，如图1d所示。③脱层柱：采用钢管混凝土柱。本人在进行钢框木模板柱模和可调钢支撑技术研究时采用了自己在航空地球物理研究工作中采用过的三维图库设计技术。其对开发、加工制作和安装使用方面提供了十分方便的工具（该技术内容至今尚未发表）。

（3）清水效果

详见刚拆模原汁原味的清水混凝土柱（图2）。

（4）模架工程的评述

①国家体育场工程占有模板工程量最大的楼板和斜梁而采用传统的木胶板模板和满堂红支撑技术施工，是对木材资源和人力资源的极大浪费。

②虽然施工中采用钢管混凝土柱技术是一种较好解决脱层柱的方法技术（图3），但是已经改变了原建筑设计和外观。如果采用一些当时已经提出的其它几种模架技术进行施工，不仅能保持原建筑设计要求，还能推动我国模架技术的发展。

③本工程虽然采用的不包边钢框木胶合板模板和可调钢支撑方案能满足建筑设计要求，并取得饰面清水混凝土效果。（该技术在2008年“国家体育场方柱模及支撑技术研究会议”上获得大兴区科学技术进步二等奖）。但其成本很高，模板使用周转次数很少，资源很浪费。且用脚手架作支撑的柱模，使操作困难，费工又费料（图4）。

④不能忽视结构节点部位不当的模板支撑技术和不当的施工管理所造成结构错台断陷问题，这将严重影响到建筑质量、寿命和生命安全。

⑤如果采用全钢大模板拼装技术进行施工，既能达到清水混凝土效果，又能提高工效，在节省了劳力和节省大量木材资源的同时，还可以大大降低成本。

3广东奥林匹克体育中心的模架工程

广东奥林匹克体育运动场是1998年为全国“九运会”而兴建的大型体育建筑工程，整个体育场的建筑设计采用美国NEB公司的方案，结构设计由华南理工大学建筑设计研究院完成。施工工程由广东省建筑总公司承建。

本工程最具特色和标志性的结构，就是象征着21世纪第一次全国体育盛会环场分布的21对双塔柱，其支撑着整个体育场巨大的钢结构屋盖体系。双塔柱施工质量的优劣和进度快慢将标志着整个体育馆工程的质量和进度（图5）。

（1）双塔柱的结构特点为：具有超高度、变斜率、变曲面、饰面清水混凝土的双塔柱，其结构的主要特征有：①双塔柱结构复杂,有实心、空心和局部空心。空心塔柱有加强楼板，每层楼还开有门洞和窗洞。②每对双塔柱的横截面呈双鼓形，两个塔柱之间中上部有巨型的联系梁。±0处的平面如图7所示。其腰鼓长8m；腰宽1.8m；从两端至鼓腰各有3m的弧形段，其弧度曲率半径R＝29710mm。

①由图5可见塔柱内侧是垂直地面的，外侧向内倾，不同塔柱外侧面的斜率亦各不相同。因此腰鼓的横截面形状和尺寸随塔柱高度的变化各不相同。

②双塔柱之间有两条巨型联系梁（长度5m以上，高度4m，厚度1m）,位于柱中和柱顶位置。塔柱顶部分叉，且在柱体腰身各有一锚座，以用于支撑屋盖的锚杆安装之用。⑤每对塔柱的各项标高均不相同，最高达54m，最低33m。每个双塔柱从上到下均匀分布有宽度100mm的凹槽，凹槽间隔有2m、4m。

（2）模板设计、加工和施工难点有：①大体积、超高度、变截面和变斜率，其结构较复杂；②塔柱表面（除凹槽外）不允许设置对拉螺栓，这给设计和施工带来一定困难；③饰面须呈现清水混凝土效果；④需要精度高的大型加工设备。因我国饰面清水混凝土的标准在2009年3月才公告实施（《GJ169-2009清水混凝土应用技术规程》），所以当时只能根据该体育场建筑设计要求，以高于国际和国内先进混凝土结构标准，来制定模板设计制作标准，即：截面尺寸为±1mm,模板表面平整度为±1mm，模板阴阳角顺直为2mm，模板拼缝为2mm。对于弧度曲率半径R＝29710mm的3m长，1.7m高6mm厚的圆弧钢板，和呈方括号〔〕形状的模板，要达到这样制作精度，在十几年前大钢模板还未兴起，大规格的桥梁钢模板还未开展情况下，要加工这类大钢模板是有很大难度的。

（3）模板设计方案简介：①本工程模板由上、中、下3层厚度为86mm的全钢模板组成。每层有8块模板，周长最长达18m。在8块模板中有4块弧形模板。其定长为2.8m，高度为1.7m，对称位于鼓两侧；2块括号模板，呈括号〔〕形状，边长1.6m，位于位于鼓两端；还有2块长度可调配的平模最长2m，对称位于鼓腰位置。上、下两层模板高度为300mm,用作倒模时安装中层主模板用。中层主模板高度为1700mm，在长达18m范围内无模板对拉螺栓。②模板的连接全部采用螺栓连接，外部用柱箍加固。③模板设计采用抽样倒模，来节省大量钢材。本设计的每一个塔柱只采用了1套1700mm高度和2套300m高度定型钢模板相组合进行变截面抽样倒模施工，提高模板的周转使用效率，这样便极大地节省了材料，降低了工程的造价（图6）。

①模板安装依靠塔吊、手拉葫芦和计算机控制的电动爬架。我们先在模板安装连接过程中采用激光照准，这样保证了模板安装精度。后来因塔柱施工晚于看台施工，没有爬架安装空间，所以不得不放弃利用爬架提升，而改用塔吊提升（图7）。

②模板整体运载到现场后经检验合格，再吊装到地面拆卸堆放。使用时，应在先塔柱位置再拼装，待进行逐项指标核实后，方可使用（图8）。

③现场施工安装模板、浇筑混凝土（图9）。

（4）模板设计和施工的评述

①本工程采用86全钢大模板既能达到饰面清水混凝土效果，钢材又能回收利用；且至今过去了10年，仍然保持建筑物原状。这样不仅节约了大量木材资源，还节省了大量的后期维修装饰费（图10）。

②本工程采用公共部分模板的倒模技术和最小冗余模板的抽样拼装方法，既能节省大量材料，又容易安装拼接，从而大大加快施工进度。

③模板设计采用大块拼装，不仅提高了施工效率，而且有效地保证了饰面清水饰面效果，充分体现了模板设计的重要性。

4结语

由以上2个工程实例可见，要在大型工程中取得饰面清水混凝土效果，关键在于模板的精心设计、模板的精心加工制作和模板的精心施工管理。采用全钢大模板技术的好处是：除了大块造型减少拼缝、大块吊装提高施工效率和提高混凝土表面质量外，还大大节省材料、降低成本。