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1我國模板工程概況

隨著社會的發展，城市建筑物的規模亦隨之不斷擴大，除了高層、超高層日益增多以外，一些大型復雜的文化體育建筑正成為一個城市建設的標志。由于這些文化體育建筑設施的鋼筋混凝土結構體形復雜、高聳，并且在質量、外觀上的要求越來越高，從而使模架施工的技術難度也越來越大。這無疑給現代結構施工在經濟上、技術上提出了更新的課題。模架工程的方案及其施工技術在很大程度上決定了整個建造的質量、工期、成本，以及資源的消耗和對環境的保護。下面我們通過兩個具體實例來探討如何選擇合適的模架方案。

2國家體育場混凝土柱結構模架技術研究

（1）混凝土柱結構的特點和工程難點

①清水混凝土要求高。國家體育場的混凝土結構要求高于北京市制定的《建筑結構長城杯工程質量評審標準》，要達到飾面清水混凝土標準，以確保國家體育場工程獲得國優魯班獎，因此對模板驗收的質量標準要求很高。

②模板設計制作難度大、工作量大。我們根據設計圖紙提供的數據統計，該工程有1700根飾面清水混凝土柱，其中有1360根雙斜柱，至少有91種傾斜角度、32種平面旋轉角度；斜柱存在形式為層間柱和跨層柱，跨層柱最多跨4層，最大垂直高度18.4m，每根柱的柱頭和柱根都是不同的。該工程模板板面平整度為1mm、截面模板內尺寸為±1mm、模板陰陽角方正順直為2mm、模板拼縫為2mm。因此模板設計制作的工作量大，難度也大。

③模板加固支撐技術復雜，安裝施工的難度大。因柱體最大傾斜角度為59°57''''，最大旋轉角度為44°1''''14“；最大跨度4層，達20余m；最大頂部高度達67.71m；最小間距僅10余cm，千姿百態，所以給模板安裝和支撐加固施工帶來很大困難。

（2）柱模及其支撐設計

在進行前瞻性設計時，本人曾建議采用全鋼模板，但最終實施采用了本人設計的鋼框木模板柱模和可調鋼支撐技術，即：①層間柱模板采用不包邊鋼框木模板柱模和可調鋼支撐，如圖1a所示。有1360根斜柱，就應有1360套斜柱模板及1360套柱根模板，如圖1b所示。有8個樓層，就將有各不相同的10880個柱頭，這是一個巨大的設計和加工量。因此，本工程只是在Y柱上，才采用鋼框木膠合板的柱頭，如圖1c所示。②支撐：可調鋼支撐，簡便可靠，具有大的作業空間，如圖1d所示。③脫層柱：采用鋼管混凝土柱。本人在進行鋼框木模板柱模和可調鋼支撐技術研究時采用了自己在航空地球物理研究工作中采用過的三維圖庫設計技術。其對開發、加工制作和安裝使用方面提供了十分方便的工具（該技術內容至今尚未發表）。

（3）清水效果

詳見剛拆模原汁原味的清水混凝土柱（圖2）。

（4）模架工程的評述

①國家體育場工程占有模板工程量最大的樓板和斜梁而采用傳統的木膠板模板和滿堂紅支撐技術施工，是對木材資源和人力資源的極大浪費。

②雖然施工中采用鋼管混凝土柱技術是一種較好解決脫層柱的方法技術（圖3），但是已經改變了原建筑設計和外觀。如果采用一些當時已經提出的其它幾種模架技術進行施工，不僅能保持原建筑設計要求，還能推動我國模架技術的發展。

③本工程雖然采用的不包邊鋼框木膠合板模板和可調鋼支撐方案能滿足建筑設計要求，并取得飾面清水混凝土效果。（該技術在2008年“國家體育場方柱模及支撐技術研究會議”上獲得大興區科學技術進步二等獎）。但其成本很高，模板使用周轉次數很少，資源很浪費。且用腳手架作支撐的柱模，使操作困難，費工又費料（圖4）。

④不能忽視結構節點部位不當的模板支撐技術和不當的施工管理所造成結構錯臺斷陷問題，這將嚴重影響到建筑質量、壽命和生命安全。

⑤如果采用全鋼大模板拼裝技術進行施工，既能達到清水混凝土效果，又能提高工效，在節省了勞力和節省大量木材資源的同時，還可以大大降低成本。

3廣東奧林匹克體育中心的模架工程

廣東奧林匹克體育運動場是1998年為全國“九運會”而興建的大型體育建筑工程，整個體育場的建筑設計采用美國NEB公司的方案，結構設計由華南理工大學建筑設計研究院完成。施工工程由廣東省建筑總公司承建。

本工程最具特色和標志性的結構，就是象征著21世紀第一次全國體育盛會環場分布的21對雙塔柱，其支撐著整個體育場巨大的鋼結構屋蓋體系。雙塔柱施工質量的優劣和進度快慢將標志著整個體育館工程的質量和進度（圖5）。

（1）雙塔柱的結構特點為：具有超高度、變斜率、變曲面、飾面清水混凝土的雙塔柱，其結構的主要特征有：①雙塔柱結構復雜,有實心、空心和局部空心。空心塔柱有加強樓板，每層樓還開有門洞和窗洞。②每對雙塔柱的橫截面呈雙鼓形，兩個塔柱之間中上部有巨型的聯系梁。±0處的平面如圖7所示。其腰鼓長8m；腰寬1.8m；從兩端至鼓腰各有3m的弧形段，其弧度曲率半徑R＝29710mm。

①由圖5可見塔柱內側是垂直地面的，外側向內傾，不同塔柱外側面的斜率亦各不相同。因此腰鼓的橫截面形狀和尺寸隨塔柱高度的變化各不相同。

②雙塔柱之間有兩條巨型聯系梁（長度5m以上，高度4m，厚度1m）,位于柱中和柱頂位置。塔柱頂部分叉，且在柱體腰身各有一錨座，以用于支撐屋蓋的錨桿安裝之用。⑤每對塔柱的各項標高均不相同，最高達54m，最低33m。每個雙塔柱從上到下均勻分布有寬度100mm的凹槽，凹槽間隔有2m、4m。

（2）模板設計、加工和施工難點有：①大體積、超高度、變截面和變斜率，其結構較復雜；②塔柱表面（除凹槽外）不允許設置對拉螺栓，這給設計和施工帶來一定困難；③飾面須呈現清水混凝土效果；④需要精度高的大型加工設備。因我國飾面清水混凝土的標準在2009年3月才公告實施（《GJ169-2009清水混凝土應用技術規程》），所以當時只能根據該體育場建筑設計要求，以高于國際和國內先進混凝土結構標準，來制定模板設計制作標準，即：截面尺寸為±1mm,模板表面平整度為±1mm，模板陰陽角順直為2mm，模板拼縫為2mm。對于弧度曲率半徑R＝29710mm的3m長，1.7m高6mm厚的圓弧鋼板，和呈方括號〔〕形狀的模板，要達到這樣制作精度，在十幾年前大鋼模板還未興起，大規格的橋梁鋼模板還未開展情況下，要加工這類大鋼模板是有很大難度的。

（3）模板設計方案簡介：①本工程模板由上、中、下3層厚度為86mm的全鋼模板組成。每層有8塊模板，周長最長達18m。在8塊模板中有4塊弧形模板。其定長為2.8m，高度為1.7m，對稱位于鼓兩側；2塊括號模板，呈括號〔〕形狀，邊長1.6m，位于位于鼓兩端；還有2塊長度可調配的平模最長2m，對稱位于鼓腰位置。上、下兩層模板高度為300mm,用作倒模時安裝中層主模板用。中層主模板高度為1700mm，在長達18m范圍內無模板對拉螺栓。②模板的連接全部采用螺栓連接，外部用柱箍加固。③模板設計采用抽樣倒模，來節省大量鋼材。本設計的每一個塔柱只采用了1套1700mm高度和2套300m高度定型鋼模板相組合進行變截面抽樣倒模施工，提高模板的周轉使用效率，這樣便極大地節省了材料，降低了工程的造價（圖6）。

①模板安裝依靠塔吊、手拉葫蘆和計算機控制的電動爬架。我們先在模板安裝連接過程中采用激光照準，這樣保證了模板安裝精度。后來因塔柱施工晚于看臺施工，沒有爬架安裝空間，所以不得不放棄利用爬架提升，而改用塔吊提升（圖7）。

②模板整體運載到現場后經檢驗合格，再吊裝到地面拆卸堆放。使用時，應在先塔柱位置再拼裝，待進行逐項指標核實后，方可使用（圖8）。

③現場施工安裝模板、澆筑混凝土（圖9）。

（4）模板設計和施工的評述

①本工程采用86全鋼大模板既能達到飾面清水混凝土效果，鋼材又能回收利用；且至今過去了10年，仍然保持建筑物原狀。這樣不僅節約了大量木材資源，還節省了大量的后期維修裝飾費（圖10）。

②本工程采用公共部分模板的倒模技術和最小冗余模板的抽樣拼裝方法，既能節省大量材料，又容易安裝拼接，從而大大加快施工進度。

③模板設計采用大塊拼裝，不僅提高了施工效率，而且有效地保證了飾面清水飾面效果，充分體現了模板設計的重要性。

4結語

由以上2個工程實例可見，要在大型工程中取得飾面清水混凝土效果，關鍵在于模板的精心設計、模板的精心加工制作和模板的精心施工管理。采用全鋼大模板技術的好處是：除了大塊造型減少拼縫、大塊吊裝提高施工效率和提高混凝土表面質量外，還大大節省材料、降低成本。