论文摘要

 

针对中建铝合金模板体系,对其设计加工、体系特点、工程应用、存在问题进行介绍,突出产品优势,为其推广应用提供依据。

 

1 概述

随着我国建筑业不断发展,工程项目施工中涉及的各项技术手段也越来越先进,其中,铝合金模板在当前很多工程项目中都体现出较为理想的应用价值。因其具有自重轻、周转次数多、均摊成本低、结构成型好、节能环保等特点,正逐步代替传统模板体系。

 

2 铝合金模板特点

铝合金模板体系经过几年的推广、应用,其主要特点如下。

1)应用范围广 适用于各种混凝土结构施工,如房屋建筑、基础设施建设等,特别适用于高层、超高层建筑施工。

2)施工效率高 该模板体系单块模板重量轻,可由人工搬运、周转,不依赖于吊装设备,模板周转效率高。正常施工情况下,工期可达4~5d/层。

3) 成型质量好 混凝土成型后表面整洁平整,尺寸精准,避免了混凝土施工中出现的蜂窝、麻面、漏浆、胀模等质量问题。

4)稳定性好 该模板体系组装后可以实现竖向、水平混凝土结构的一次浇筑成型,形成整体框架。

5)通用性强 根据模板施工方案采用多种标准规格模板进行拼装,标准模板使用量约为80%以上。

6)回收残值高 模板构成采用铝合金型材焊接成型,模板达到报废标准后可全部回收循环利用。

7)文明施工 该模板体系施工中对应编码进行模板匹配,便于施工人员现场拼接、组装。采用独立支撑体系作为模板支撑,施工人员可无障碍自由穿行于模板支撑间。施工现场噪声低,无施工废弃物,安全文明、整洁有序。

 

3 中建铝合金模板

3.1 模板设计

1)主型材设计 中建铝合金模板采用正向设计方式,经过使用需求分析,设定墙体模板承载为60kN/m2根据模板承载结构分析及铝合金挤压型材要求,在模板的主型材截面上分别设计了纵向边框、面板及纵肋,纵向边框、纵肋截面形式依据荷载要求及模板结构设计经过多次优化。其中,纵肋截面形式由最初的小型凸起肋转变为梯形空心结构、矩形空心结构、T形结构等截面形式(见图1),通过计算、受力分析,并与型材加工厂进行沟通、探讨,根据型材挤压截面要求进行修改、完善,最终确定纵肋截面为T形,如方案4所示。同时,对型材各组成部位进行优化,最大限度降低截面形状在挤压过程中的应力集中,最终确定主型材截面为方案5,各截面受力分析如表1所示。。

2)型材结构 模板主型材包括双纵向边框、面板及T形纵肋,主型材截面通过上述设置分为3个U形区域,各分格空间尺寸一致。边框截面采用凹台形式,便于模板间的组合连接,纵向边框与面板的连接处采用倒角过渡。T形纵肋截面底部与面板同样采用倒角过渡,提高纵肋与面板的接触面积,纵肋高度与边框平齐(等高肋),提高模板抵抗弯矩。纵肋顶端采用加厚设计,提升型材纵向支撑强度,同时保证与横肋的焊接厚度需求。面板连接两侧边框与中间纵肋,经有限元分析及后续测试结果可知,面板厚度不低于3.5mm即可满足载荷设计需求,并可明显降低模板的整体重量。

横肋型材采用工字形设计,高度低于纵肋高度,安装于纵肋翼缘之下,上下翼缘间采用敞口设计,便于排除杂物。

加强块型材采用梯形截面设计,规格统一、定位简便,摒弃了一般铝合金模板常见的三角片随意固定形式,为模板的工业化生产提供更多集成性。

3)模板结构  模板整体结构采用框架形式,利用横、纵肋与边框进行网格划分,通过纵肋设计使模板整体为纵向受力。经设计计算及有限元分析,模板的横肋设置为中部对称4组均布,即可满足设计荷载需求,实现了双向板的使用要求,但考虑到模板在运输、搬运过程中顶端边框与横肋距离较远,容易出现模板整体变形,在模板上下段各设置了1组横肋,以保证模板的整体性。模板四周设置圆孔,通用于市场上主流连接销,圆孔间距为50,100mm。该墙体模板采用3道背楞作为加固支撑,标准模板为600mm×2400mm。

4)模板计算及分析  采用有限元软件ANSYS对铝合金模板结构进行力学性能模拟分析。模板横肋采用对称设计,最小间距200mm,最大间距600mm(见图2)。

选用Shell63壳单元模拟面板,单元定义需要4个节点、4个厚度、1个弹性地基刚度和正交各向异性的材料。模板肋及背楞采用Beam188单元。通过网格划分,经多次试算,最终确定模板(0.6m×2.4m)的面板网格尺寸为10mm×10mm,肋及背楞的网格长度为10mm(见图3)。

取3张连续模板建立有限元模型,在模板与背楞交界处约束X、Y向位移,对有穿墙螺栓位置处约束X、Y、Z三向位移(Ux=Uy=Uz=0)。其中,Ux、Uy、Uz分别表示X、Y、Z方向的位移(见图4)。

3.2  体系特点

1)紧固方式 该体系墙体模板采用整体背楞加穿墙螺栓固定方式,标准设计为3道水平背楞,即普通房屋墙体高度不超过3.2m,模板背楞为3道,穿墙螺栓横纵间距为1200mm×900mm,有效降低了模板背楞的使用量,减轻施工人员的劳动强度。

2)背楞设计 背楞设计采用双方管型钢制成,降低了加工成本并为墙体模板提供较大加固方式,但由于型钢重量较大,约9.6kg/m,实际应用中使用不便,故采用铝合金背楞来替代钢质背楞。铝合金背楞型材采用工字形截面,通过组装成型,实现背楞紧固需求,单位重量约5.3kg/m,同时利用芯带将2个以上背楞进行连接,实现整体背楞效果。

3)支撑设计 现有铝合金模板的顶板模板支撑多采用可调钢支撑,该支撑通过中部螺母调节实现高度尺寸的设定,可调钢支撑多为两段插管式设计,极限荷载下受压稳定性较差,同时单体自重约17kg,给操作人员带来诸多不便。鉴于上述问题,针对该体系模板设计了一种铝合金型材作为模板支撑,通过设置于底部的调节装置进行支撑高度的调节,设定荷载下该铝合金支撑可替代钢支撑使用,且支撑单体重量不超过11kg。

综上所述,该体系特点如下:①模板整体结构受力明确,体系完整,承载能力已超过现行行业标准;②模板型材采用T形纵肋截面设计,并已形成系列专利产品;③较国内同类产品单位重量降低10%,焊接量减少20%,节材、节能效果明显;④解决了模板在地下室、裙房与标准层的通用问题。

 

4 工程应用

中建铝合金模板已在全国多个项目中应用,覆盖华南、华东、华中、华北、西部等地,涵盖房屋建筑、基础设施等领域,应用效果获得了充分肯定(见图5,6)。中建铝模板具有60kN/m2的承载能力,3道背楞的加固方式,提高了体系刚度,节省了劳动力,为在其他领域中扩展应用奠定了坚实基础(见图7)。因劳动生产率提高,劳务用工的需求量下降,不仅调节了劳动力供求关系,而且有效控制了成本上涨。相比于其他模板,混凝土成型质量更高,可以取消内、外墙抹灰,经济效益可观。

采用铝合金模板体系,是实现绿色施工、低碳社会的大势所趋,也符合建筑工业化、住宅产业化的发展要求。现阶段,铝合金模板体系尤其适合住宅建筑。目前,国家正在加快新型城镇化建设,加强保障性安居工程建设,这也正是铝合金模板体系推广应用的大好时机。

 

5 存在问题

1)材料选择  目前铝合金模板选材大多选定6061-T6,从结构受力性能来讲,不应仅局限于单一材料,只要满足力学性能且能够顺利脱模的铝合金材料均可。因此,在铝合金材料上可进行相关研究,做到物尽其用,发挥更大效益。

2)标准不统一  对于当前铝合金模板在混凝土结构中的有效应用,因相关标准无法统一,必然会对后续工作的开展形成明显制约,甚至产生一些较为明显的质量问题和缺陷。标准统一是各方面有效落实的基本条件。因此,需重点加强应用标准统一,围绕整个混凝土结构施工的基本要求和规范进行详细探索,最终确保其能够形成可靠体系,提升铝合金模板的应用价值。

3)加固体系选择  目前市面上存在2类加固体系,拉片系统与对拉螺杆体系。拉片系统由模板、斜撑、背楞等主要构配件组成,质量较轻,节约成本,安装、拆除均较快。拉片系统拆除后墙体上不存在实体洞口,墙体防水质量更易控制。对拉螺杆加固体系主要由对拉螺杆、背楞、斜撑共同保证其强度、刚度及稳定性,当对拉螺杆及背楞加固完成后,墙体整体稳定性较强。两者相比,拉片式加固体系主要通过拉片及背楞保证其墙体强度、刚度及稳定性,稳定性较差,对拉螺杆系统墙体整体稳定性较强,混凝土平整度较好。从受力及实用角度来讲,选择对拉螺杆体系较为合理。

 

6 结语

中建技术中心通过逐步研发与改良,生产铝合金板、铝制支撑体系等系列产品,着力探索集研发、设计、生产、租售、服务、回收为一体的全产业链运营模式,力争成为国际知名、行业领先的铝合金模架体系及新型建筑材料综合服务商。

 

文/中国建筑股份有限公司技术中心 杨少林 张 磊 陈晓东 孙 涛

 

 

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