新型復(fù)合木方研制及現(xiàn)場應(yīng)用研究

陽長江，翟旭茹

(重慶建工市政交通工程有限責任公司，重慶 400021)

目前，國內(nèi)建筑施工中的澆筑鋼筋混凝土構(gòu)件成型中普遍采用竹膠板或大模板等方法，在組模施工中，模板的支撐和固定需要用大量的楞梁——木方[1]。但由于大多數(shù)建筑木方在使用過程中往往出現(xiàn)折斷、腐蝕等現(xiàn)象，從而難以再次使用，用作支撐的木方管理最好的也僅有40%的回收率，60%的屬于一次性使用，造成木材資源的大量消耗與浪費；同時，由于木方的質(zhì)量不穩(wěn)定，強度、剛度無法準確測定，給標準化、規(guī)范化、安全施工管理帶來了諸多不便[2]。

該項目研制的是一種鋁合金和木材復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合木方，使其在參與組模支撐中具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性。同時，具有不易腐蝕、拆卸方便、可多次重復(fù)使用等優(yōu)點，從而克服上述的諸多不足。其研制的產(chǎn)品 “一種槽型鋁合金建筑木方”已獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的專利產(chǎn)品授權(quán)書。

1 復(fù)合木方研制

該項目所研制的新型復(fù)合木方包括兩塊槽型鋁合金、方木段和接頭板。槽型鋁合金選用硬鋁合金，硬化程度接近于優(yōu)質(zhì)鋼，為了更加節(jié)約木材，木方可以選用刨花板（刨花板是用木材或者其他木制纖維材料制作后的碎料，施加膠粘劑后在熱力和壓力作用下合成的人造板）制作的方木段代替天然的木材加工的方木段。

利用鋁合金本身具有密度小、抗腐蝕性強的特點，將其做為木方的包裹材料。具體的連接方式為：由兩塊槽型鋁合金扣在一起形成一個空腔，其內(nèi)部填充著方木段。在進行具體的填充時，可以先將木方嵌入一塊槽型鋁合金里，然后把另一塊蓋在上面，兩塊槽型鋁合金的側(cè)壁和連接板有對應(yīng)的連接孔，連接釘通過連接板穿過連接孔把槽型鋁合金和方木段連接在一起。這樣連接可以更好地更換槽型鋁合金方木條，使得復(fù)合木方的使用壽命大大延長。

為了適應(yīng)現(xiàn)場各種木方長度的需要，槽型鋁合金的長度根據(jù)需要可加工成2.4m、2.8m、3m、3.5m、4m等長度。為了固定好槽型鋁合金和木方，槽型鋁合金上面的連接孔的距離一般宜為40cm，當然還可以根據(jù)木方的大小等因素適當?shù)母淖冞B接孔之間的距離。

具體的連接方式見圖1、圖2。

圖1 復(fù)合方木側(cè)面示意圖

圖2 復(fù)合方木剖面示意圖

1——槽型鋁合金

2——連接孔

3——接頭板

4——方木段

2 木方制作工藝流程與操作要點

2.1 木方制作的工藝流程

木材制作→槽型鋁合金和接頭板鉆孔→穿連接釘→堆放。

2.2 操作要點

2.2.1 木材制作

若選擇原木作為原料，則根據(jù)需要的尺寸直接從原木上進行鋸制；若采用刨花板，則將各種木材、甘蔗渣和亞麻屑等材料根據(jù)需要的尺寸直接進行平壓或擠壓，從而制作成可以使用的木方。

2.2.2 槽型鋁合金鉆孔

采用鋁合金防護窗打孔機對槽型鋁合金進行打孔，該設(shè)備可調(diào)整各個打孔點之間的間距，一次可打設(shè)一排的孔眼，因此，一根槽型鋁合金型材只需要兩次即可全部制作完成，工作效率極高。

2.2.3 接頭板鉆孔

為減少復(fù)合木方的重量，接頭板的材料也選用鋁合金型材，因此打孔設(shè)備也選用鋁合金防護窗打孔機，調(diào)整好尺寸，每塊接頭板也僅需一次加工成型，制作完成后，需將鋁合金上面的毛刺進行修復(fù)，以保證在施工中安全。

2.2.4 穿連接釘

將制作完成的木方用兩塊槽型鋁合金包合扣在一起，并將接頭板扣在槽型鋁合金上，眼孔對齊，然后將連接釘穿過眼孔，并扣上螺帽，擰緊螺帽，完成單根復(fù)合木方的制作。

2.2.5 堆放

將成形的復(fù)合木方按尺寸和規(guī)格進行分類堆放，堆放整齊以備用。

3 相關(guān)性能試驗

為了對新型復(fù)合木方和原木方的相關(guān)性能參數(shù)進行確定，參照 《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 130-2011）[3]和《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》[4]（JGJ162-2008）的規(guī)定，我們對新型復(fù)合木方和原木方在均布載荷作用下的靜態(tài)應(yīng)力、靜態(tài)最大撓度，在集中載荷作用下的沖擊瞬時變形等數(shù)據(jù)進行了試驗檢測。

3.1 加載方案

在試驗支撐系統(tǒng)頂部水平布置了四根復(fù)合木方梁，見圖3。復(fù)合木方的跨度為1.2m，相隔間距為330mm，復(fù)合木方截面尺寸為90 mm×60 mm×δ2 mm （90 mm×60 mm為復(fù)合木方截面外廓尺寸，δ2 mm為木方外包鋁合金材料的公稱厚度。現(xiàn)場實測鋁合金帶的實際厚度為2.05 mm）。

圖3 試驗加載方案示意圖

3.1.1 均布荷載作用下靜態(tài)應(yīng)力和靜態(tài)最大撓度檢測方案

為達到均布載荷的效果，采用紅磚依次擺放，見圖3。每層45塊，每塊2.4㎏，加載面積為1.2m2，每層均布施加1080N，由于加載在四根木方上，簡化為每根木方上的載荷為1080/4=270N，每加兩層或三層讀取一次應(yīng)力及撓度，直到達到復(fù)合木方的最大承載能力。然后卸載，卸載后讀取殘余變形。

3.1.2 集中荷載作用下的沖擊瞬時變形檢測方案

為模擬現(xiàn)場沖擊效果，采用汽車吊吊起180kg的混凝土塊，從平臺跨中上方1m處往下自由墜落，即沖擊功為1800J，讀取跨中瞬時變形。

3.1.3 耐久性檢測方案

為檢測復(fù)合木方和普通木方的耐久性的對比，采用30kg的混凝土塊對從平臺跨中上方1m處往下自由墜落，取出現(xiàn)裂紋長度為10mm為限值，測試進行墜落的次數(shù)。

3.1.4 應(yīng)變和撓度測點布置

該試驗單元主要考核復(fù)合木方作為上橫梁使用時的最大變形，在中間兩根復(fù)合木方的跨中下平面垂直方向既布置應(yīng)力測點，又布置撓度測點，見圖4。

圖4 應(yīng)變和撓度測點布設(shè)圖

3.2 試驗結(jié)論

（1）經(jīng)對比試驗，復(fù)合木方作為受彎構(gòu)件支撐平臺（4根復(fù)合木方跨度為1.2m，間距為330mm）1.2m2。

當均布荷載2970N、最大撓度0.81mm（L/250=1.32mm）應(yīng)力為4.6MPa，復(fù)合木方抗彎強度為11.34MPa。

當均布荷載4590N、最大撓度1.08mm（L/250=1.32mm）應(yīng)力為7.1MPa，復(fù)合木方抗彎強度達17.52MPa。

（2）試驗平臺中部承受1800J沖擊功，復(fù)合木方未破壞。

（3）復(fù)合木方的最大應(yīng)力及撓度均可滿足JGJ130-2011和JGJ162-2008的規(guī)定。

（4）和選用的云杉木材質(zhì)制作的普通木方相比，該復(fù)合木方的抗彎強度能達到17.52MPa，超過了普通木方的抗彎強度設(shè)計值11MPa，提高了59.3%的承載能力。

（5）在30kg的沖擊荷載下，普通木方在沖擊了16次即出現(xiàn)了超過10mm的限值，而該復(fù)合木方在沖擊了80次之后，仍然未達到10mm的限值。耐久性在普通木方的5倍以上。

4 復(fù)合木方現(xiàn)場應(yīng)用研究

在多個項目工程的模板施工中，我們采用了新型復(fù)合木方作為楞梁支撐，在實際的施工過程中發(fā)現(xiàn)復(fù)合木方具有如下特點：

（1）新型復(fù)合木方與傳統(tǒng)普通木方比較，損耗僅1%左右，尺寸誤差小，由于受力強度較高，施工中的用量比普通木方要少。

（2）同時，新型復(fù)合木方由于施工中的用量比傳統(tǒng)普通木方較少，可相應(yīng)的減少人工成本。

（3）普通木方受氣候變化、木方材質(zhì)等內(nèi)外因素的影響，施工過程中容易發(fā)生蹺曲、變形，影響工程質(zhì)量，存在安全隱患。施工現(xiàn)場上施工人員常用木方代替腳手板，因木方斷裂發(fā)生慘痛的安全事故屢見不鮮。新型復(fù)合木方從耐久性、耐腐蝕性和使用壽命上和普通木方相比都具有相當大的優(yōu)勢。

新型復(fù)合木方具有需用量較小、可周轉(zhuǎn)次數(shù)多、耐久性好、強度剛度較高和經(jīng)濟性較好等許多優(yōu)點，工程施工完畢后，各項指標達到規(guī)定的要求，具有較大的推廣價值。施工實例見圖5、圖6。

圖5 現(xiàn)澆混凝土板施工圖

圖6 現(xiàn)澆混凝土墻施工圖

4.1 經(jīng)濟性對比分析

根據(jù)某項目工地的現(xiàn)場情況，對該項目采用普通木方和新型復(fù)合木方做以下經(jīng)濟分析。

根據(jù)圖紙分析和現(xiàn)場項目經(jīng)理的經(jīng)驗可知，在土建主體施工中，如該項目完全使用普通木方（10cm×10cm）則約需求4500m3。

4.1.1 復(fù)合木方節(jié)約木材量分析

（1）復(fù)合木方的使用間距為30cm，根據(jù)相關(guān)試驗可知這個間距為安全間距。而普通木方（10cm×10cm）的安全間距為15～20cm之間，因此，使用新型復(fù)合木方比使用普通木方節(jié)約30%以上。

（2）使用復(fù)合木方為定尺材料，可以根據(jù)所需使用不同規(guī)格的產(chǎn)品。復(fù)合木方的主要幾種規(guī)格有：1m，1.5m，2m，2.4m，2.7m，3m，3.4m，3.7m，4m。而使用普通木方則無法避免對接問題的存在，以一個開間為3.3m為例計算，除去梁500mm再除去梁邊的間距400mm，而實際所需木方長度為2.4m，如采用普通木方則會出現(xiàn)對接，如使用2根2m則對接為1.6m，如使用4m的則需切掉1.6m。所以這部分材料也會增加使用木方量的15%左右。

4.1.2 經(jīng)濟對比計算（1）使用普通木方4500m3×100m/m3×（1+15%）=517500m （注：15%為考慮對接部分所使用的木方量）。

購買木方所需費用：4500 m3×（1+15%）×1300元/m3=6727500元

報廢木方殘值：4500m3×（1-10%）×200元/m3=810000元(注：10%為無法回收報廢木方)。

則實際木方所用金額：6727500元-810000元=5917500元。

考慮木方周轉(zhuǎn)次數(shù)為6次[5]，因此，若采用平均攤銷，則攤銷在本項目上的木方使用費用應(yīng)為5917500元/6次=986250元。

（2）使用復(fù)合木方

因采用新型復(fù)合木方的間距比普通木方小，且無需考慮搭接等因素，則可知在該工程中所需采用的復(fù)合木方用量為：

使用復(fù)合木方量：4500m3×100m/m3×（20cm/30cm） ×（0.06m ×0.09m） =1620m3。

因?qū)δ痉竭M行了外包鋁合金加工，因此，每方復(fù)合木方的價格為6000元/m3。

購買復(fù)合木方所需費用：1620 m3×6000元/m3=9720000元。

報廢木方殘值：1620m3×（1-10%）×900元/m3=1312200元 （ 注：10%為無法回收報廢木方。 ）

則實際木方所用金額：9720000元-1312200元=8407800元。

本復(fù)合木方耐久性好，周轉(zhuǎn)次數(shù)至少考慮在50次以上，同樣采用平均攤銷，則攤銷在本項目上的木方使用費用應(yīng)為8407800/50=168156元。

則使用復(fù)合木方和普通木方相差值：986250元-168156元=818094元，使用復(fù)合木方的費用僅為普通木方費用的168156/986250×100%=17.05%，且尚未計算普通木方在搭接時多產(chǎn)生的人工費和連接材料費。

綜上所述，采用新型復(fù)合木方可比采用普通木方節(jié)約成本80%以上，經(jīng)濟效益顯著。

4.2 環(huán)保節(jié)能分析

新型復(fù)合木方是建筑施工支撐木方的替代品，用槽型鋁合金鋼中間填充木材或刨花板，與普通木方相比其節(jié)能性表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）增加了受力強度，從而減少單位工程的使用數(shù)量。

（2）新型復(fù)合木方可反復(fù)使用若干次（4~20年），而普通木方每用一個工地就損耗大約60%，造成木材的極大消耗。

（3）普通木方使用壽命短，更換快，從而造成林木消耗量大，對森林資源造成極大的破壞[6]；而新型復(fù)合木方極好地解決了這些問題，使用年限至少是4年，而且鋸末和邊角料全部用于加工木炭，做到百分之百利用資源，盡可能減少資源的消耗，達到了節(jié)約、保護森林資源的目的[7]。

5 結(jié)論

通過對新型復(fù)合木方研制及現(xiàn)場應(yīng)用研究，所得主要結(jié)論如下：

（1）新型復(fù)合木方比普通木方的耐久性更強，周轉(zhuǎn)次數(shù)極大的增加。

（2）新型復(fù)合木方比普通木方無論是強度還是剛度上均有較大程度的提高。

（3）新型復(fù)合木方具有易填充方木、不易腐蝕、輕巧便于運輸和儲存、使用壽命更長等特點。

（4）新型復(fù)合木方比普通木方從經(jīng)濟性上有較大的優(yōu)勢，具有可觀的經(jīng)濟效益。

（5）新型復(fù)合木方可大量地節(jié)約木材，減少資源的消耗，達到節(jié)約森林資源、保護森林資源的目的，社會效益顯著。

[1]曾春雷.人造薄木木方膠合與刨切工藝的研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學，2004.

[2]王召新.混凝土裝配式住宅施工技術(shù)研究[D].北京：北京工業(yè)大學，2012.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ 130-2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[4]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ162-2008建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[5]劉長現(xiàn).木塑模板、木塑木方施工工法及經(jīng)濟分析[J].中小企業(yè)管理與科技，2014(11).

[6]夏正紅，馮祿海，王穎群，等.高大空間重荷載井字梁樓蓋模板支撐體系設(shè)計與施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2008(1).

[7]張宇，成躍兵，黃曉霞.懸挑梁模板支撐體系施工技術(shù)[J].江蘇建筑，2011(S1).