基于超高層建筑的鋁合金模板應用效益研究

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1 工程應用概況

1.1 工程概況

中交·廣州南沙國際郵輪碼頭綜合體項目由5 棟超高層組成，其中6#樓標準層為3-48F，7#樓標準層為3-47F，8#樓標準層為2-45F，9#樓標準層為2-48F，主體結構采用全鋁合金模板體系施工，5#樓標準層為3-41F，主體結構采用木模體系施工。

1.2 鋁模板施工二次結構的優(yōu)點

1.2.1 工期效果

過梁、構造柱及反坎等二次結構采用鋁模板一次成型后，避免了二次施工時一系列繁瑣的工序，將大大加快砌體的砌筑施工效率，按照原施工做法，砌體結構每層樓平均需要3d，采用新施工做法后砌體結構將加快至2d 一層，整體施工進度將加快30d 左右。

1.2.2 經(jīng)濟效益效果

過梁、構造柱及反坎等二次結構采用木模板二次施工時，根據(jù)項目部對建設方的報價及分包單位對項目部報價可計算出，采用木模板二次施工的成本費更低。而二次結構采用鋁模板一次成型后，根據(jù)鋁模板的單價可計算出，鋁模板施工二次結構的成本費更低。

1.3 裝修做法

與傳統(tǒng)木模相比，鋁模體系施工的主體結構具有平整度、垂直度、表觀質量好等優(yōu)勢特點[1]。故一般室內(nèi)裝飾階段剪力墻面會免去普通抹灰工序，而更改為聚合物砂漿薄抹灰，厚度為3mm，其施工流程為基層處理→掛加強網(wǎng)→貼灰餅→抹聚合物抗裂砂漿→養(yǎng)護。

2 應用優(yōu)勢

2.1 設計與技術優(yōu)勢

（1）定型設計、智能化拼裝鋁合金模板一次成型，其精度高、實用性強。根據(jù)定型設計需求，企業(yè)按照模板設計圖紙進行加工，出廠前完成預拼裝。模板整體結構強度高、穩(wěn)定性好。標準鋁合金模板采用密肋設計，其剛度大、抗變形能力強、不起鼓。定型化的鋁合金樓梯模板可優(yōu)化樓梯踏步尺寸。借助先進的編碼體系，我國鋁合金模板智能系統(tǒng)走在世界前列，BIM 設計配模、自動排產(chǎn)、智能組拼發(fā)展非?？靃2]。

（2）技術集成化、專業(yè)化鋁合金模板自國外引入以來，從設計理念、產(chǎn)品架構、加工工藝等方面得到全方位優(yōu)化升級。國內(nèi)從產(chǎn)品類型來說，橫向、豎向體系，全鋁模板、鋁框木模、鋁框塑模、鋁框竹模等同時研發(fā)實踐，質量不斷提升；從上下游來說，大噸位擠壓機、模具制造設備、切割及焊接設備、大型熱膜噴涂設備、拋丸、整形、高壓水洗設備及鋁模施工傳輸設備等關聯(lián)設備均實現(xiàn)升級和專業(yè)化技術集成，已形成技術族群優(yōu)勢。

2.2 施工質量控制優(yōu)勢

（1）穩(wěn)定性強、承載力高目前鋁合金建筑模板主要由鋁合金擠壓型材拼裝而成。模板系統(tǒng)拼裝完成后，整體框架具有較強的穩(wěn)定性，其平均承載力可達60kN/m2。除此以外，鋁合金模板自身質量輕，可有效避免脹模事故，提高施工過程的流暢性和安全性。在此基礎上，鋁合金模板還能提高混凝土的平整度和牢固度，避免混凝土表面可能出現(xiàn)的缺陷。模板自身不吸水，相較木模板不會因受潮而產(chǎn)生翹曲變形等情況。

（2）施工簡捷、效率高鋁合金建筑模板組裝方便快捷、質量輕，可完全通過人工拼裝。模板加工精度高且剛度大、不會因受力引起變形，有利于克服混凝土澆筑過程引起的構件變形等不良反應。另外模板的裝配式構造可降低人為質量偏差，與木模板相比，混凝土構件具有更高的截面尺寸精度、平整度和垂直度。有經(jīng)驗的安裝人員每人每天可安裝25-35m2 的鋁合金模板，施工工效大幅提升。

（3）支撐系統(tǒng)少、操作空間大根據(jù)傳統(tǒng)施工理念，樓板和平臺等位置的施工一般采用滿堂支架，對人工成本和物料浪費較大[3]。而鋁合金模板采用單管立式獨立支撐方式，平均設計間距1.2m，無需依靠橫拉或斜拉進行助力支撐。施工操作空間大，人員通行、材料搬運暢通，易于統(tǒng)一調度。除此以外，模板支模體系不僅安全方便，而且一套支撐體系可有效解決樓內(nèi)不同層高的支撐問題。

（4）表面質量好、結構簡單美觀鋁合金模板拆模后，表面平整度、光潔度高，可達到裝飾面及清水混凝土要求，降低總體費用。此外，其質量輕、單板面積大、緊密性高、結構美觀，可應用于清水混凝土結構中。鋁合金模板系統(tǒng)的相關快拆操作輕便簡捷，從而可大大縮短工期，達到降低施工成本的目的。

2.3 施工安全文明優(yōu)勢

（1）標準化施工、規(guī)范化作業(yè)對于尺寸確定的鋁合金模板體系，一律強制按照相關標準施工，合理控制立桿間距。與木模板施工過程相比，可有效規(guī)避諸多違反標準的施工情況。此外，鋁合金模板可通過樓層之間預留的傳料口經(jīng)人工運送至上層，取消傳統(tǒng)懸挑運送物料的鋼平臺。相較木模板，鋁合金模板大大降低施工過程的火災隱患，還可有效避免木模板裝卸過程中鐵釘扎傷等情況。

（2）上下運輸方便、高效安全鋁合金模板拆除后可通過樓層之間預留的傳料孔洞運送至上一層，不需再行安裝卸料平臺或使用塔式起重機運輸，也無需在施工區(qū)域單獨設立模板堆放區(qū)及放置架，降低施工中潛在的危險，同時減輕安全管理壓力，有利于施工過程實現(xiàn)本質安全。由于上下樓層的模板為一一對應關系，所以這種運送方式簡單高效，無需通過其他平臺運輸。除此以外，這種方法還可保證相關材料在運送過程中不會混亂，在進行上層模板拼裝時簡化材料挑選過程，加快模板整體組裝速度。

2.4 經(jīng)濟成本優(yōu)勢

（1）施工周期短、成本低鋁合金建筑模板通常為快拆模系統(tǒng)，一般只需18-36h 即可完成拆模。一層所需的一整套鋁合金模板只需4-5d 即可完成施工，減輕施工單位管理壓力，降低經(jīng)濟成本。早拆模板體系的應用，使樓層只需安裝1 層鋁模板和3 層單支撐即可滿足施工要求，降低安裝量和運輸成本。

（2）可重復次數(shù)多，使用成本低鋁合金建筑模板系統(tǒng)主要由大型擠壓機生產(chǎn)的擠壓型材進一步加工拼裝而成。在規(guī)范施工前提下，鋁合金模板一般可周轉使用200-300 次，平均使用成本更低。

（3）定型產(chǎn)品、通用性強，通用性強根據(jù)現(xiàn)行標準，鋁合金建筑模板的生產(chǎn)規(guī)格很多，可根據(jù)不同施工情況采用不同規(guī)格的模板拼裝。當模板拆模后用于其他建筑物時，只需更換約25%的非標準模板，降低材料成本。

3 應用效益研究

3.1 經(jīng)濟效益分析

（1）以已完工作的實際費用為基礎進行分析。鋁合金模板一次性投入較大，但隨著應用次數(shù)的增加，模板體系實際攤銷費逐漸減?。划攽靡欢ù螖?shù)后，鋁模體系攤銷費低于木模，且鋁模體系直接費也低于木模。這說明模板應用次數(shù)越多，建筑物標準層數(shù)越多，應用鋁模比木模更具有優(yōu)勢，更節(jié)約成本，產(chǎn)生成本效益更大。

（2）免抹灰，降成本，縮工期?？s短了室內(nèi)裝修階段的周期，工程進度每層可以縮短l-2d，即可間接節(jié)約大量的生產(chǎn)成本。

（3）由于鋁模一次性成本投入較大，應用51 次時，鋁模體系應用的實際費用高于傳統(tǒng)木模；應用100 次時，鋁模體系應用的實際費用低于傳統(tǒng)木模，這說明從長遠來看，應用鋁模體系比應用木模更經(jīng)濟、節(jié)約。通過實際費用偏差來看，鋁模體系應用次數(shù)越多，實際費用由正偏差逐步呈現(xiàn)負偏差，且偏差越來越大。這表明，應用次數(shù)越多，鋁模體系產(chǎn)生的經(jīng)濟效益越大，即呈正比，比木模更具有推廣應用前景。

3.2 應用效益評價

鋁模技術是一種新型模板施工技術，其是否能大規(guī)模推廣應用，除了深入分析應用經(jīng)濟效益，還要定量評價鋁模是否具有推廣應用價值。表達式：W 鋁=W 木，此時對應的應用次數(shù)即為經(jīng)濟效益評價臨界點。將經(jīng)濟效益評價臨界點問題轉化：已知4 個散點坐標，求其函數(shù)圖像、拐點和函數(shù)解析式。設函數(shù)解析式為W（x），存在且連續(xù)，利用4 個已知點坐標，可以得出W（x）散點圖像，并進行線性擬合。

利用Origin 軟件對W（x）圖像進行線性擬合后，直接得出函數(shù)解析式分別為

其中，擬合優(yōu)度R2 分別為0.99968 和0.99985，是衡量回歸函數(shù)的整體擬合程度，且R2 越接近1，表面擬合程度越好。當X ≥78 時，W鋁＜W木；當X ＜78 時，W鋁＞W(wǎng)木。

4 結語

以中交·廣州南沙國際郵輪碼頭綜合體項目超高層為研究對象，結合項目施工情況和管理水平，當鋁應用次數(shù)小于78 次（即N ＜78）時木模體系比鋁模體系更經(jīng)濟，此時適合應用傳統(tǒng)木模體系；當鋁模體系應用次數(shù)超過78 次（N ≥78）時，鋁模體系的優(yōu)勢比較明顯，且比木模體系更經(jīng)濟，此時選擇鋁模較為合理。