落地式空中造樓機自動開合模體系研發(fā)與應用*

武旭龍，董善白，代德齊，汪鼎華，仲繼壽，陳偉光，柳雪春，吳鳳霞，楊得志

(1.深圳市卓越工業(yè)化智能建造開發(fā)有限公司，廣東 深圳 518000； 2.深圳市協(xié)鵬建筑與工程設計有限公司， 廣東 深圳 518000； 3.中國建筑設計研究院有限公司，北京 100044； 4.廣東華楠駿業(yè)機械制造有限公司，廣東 東莞 523000)

0 引言

模板工程是現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構施工的重要組成部分，約占主體工程總造價的35%、總用工量的50%、總工期的50%，同時模板工程質量直接影響構件幾何尺寸、外觀平整度甚至結構安全。由于模板工程需完成模板安裝、拆除、清理、修復、轉運等一系列重復性工作，且大量工作需人工操作，因此存在造價高、工時長、工程質量不穩(wěn)定等問題。為實現(xiàn)新型建筑工業(yè)化，提出落地式空中造樓機自動開合模技術，為解決上述問題提供了新思路。

在落地式空中造樓機中，基于自動開合模功能的新型模板體系由吊掛在造樓機頂部鋼平臺底面及與剪力墻分布一致的內、外模板組成。由剪力墻、柱或梁圍合形成的矩形空間對應1組內模板，每段外墻對應1組外模板。內、外模板通過過渡連接裝置與頂部鋼平臺相連(見圖1)。

圖1 模板模架體系

1 落地式空中造樓機模板工程

與普通模板工程現(xiàn)場逐個構件定位、組裝、固定模板的工法不同，落地式空中造樓機模板工程是一次性定位組裝后，懸吊在空中造樓機頂部鋼平臺隨之升降，沿豎向逐層完成合模(支模)和開模(拆模)過程，包括模板定位、組裝、微調和運行等工藝流程。

1.1 模板定位與組裝

由于模板下部防滲漏裝置可調節(jié)高度有限，因此樓面平整度需控制在±10mm以內，水平距待澆筑墻梁邊線150mm范圍內的平整度要求控制在±5mm以內。與普通模板施工方法一樣，首先進行墻梁定位劃線，然后校核預先埋設在樓板內或焊接在剪力墻豎向鋼筋底部的定位角鋼框。經(jīng)現(xiàn)場試驗對比，如果采用角鋼框定位方式，用鋼量較大，焊接變形較大，現(xiàn)場安裝工藝較復雜，且需人工二次將角鋼框與豎向剪力墻鋼筋底部焊接。如果采用預置角鋼四角定位方式，需將角鋼預埋在樓板內，但無須進行二次施工，結構簡單，定位準確。

檢查模板規(guī)格尺寸、平整度及組合模板的縫寬及其平整度等符合要求后，按內、外模板組對應的房間或外墻編號，根據(jù)現(xiàn)場平面圖進行吊裝，并與頂部鋼平臺過渡連接裝置固定。

1.1.1模板體系初次微調

模板體系運輸與組裝過程均會形成偏差，因此，模板初次就位后常出現(xiàn)內模板與樓面墻梁定位基準線(定位角鋼)不重合的現(xiàn)象，需局部調整。

當模板體系整體下落至距樓地面20mm時，松開水平微調機構螺栓，開啟自動開合模機構，模板在合模過程中通過定位角鋼約束自動找正，找正后擰緊水平微調機構螺栓。

1.1.2工藝流程

1)墻梁定位放線后安裝墻梁鋼筋網(wǎng)(籠)、非承重外圍護預制構件，預留預埋機電管線，并安裝門窗洞口模板及支撐。

2)頂部鋼平臺下降2.5個標準節(jié)后，內、外模板自動合模，內、外模板上部鎖定，并安裝外墻模板對拉螺栓。

3)對稱分段分層澆筑墻梁混凝土，達到開模強度后解鎖內、外模板并拆除外墻對拉螺栓，內、外模板自動開模。

4)頂部鋼平臺提升3.5個標準節(jié)后清理內、外模板。

5)定位樓面標高后，雙梁行車平臺提升1個標準節(jié)，雙梁行車吊裝鋼筋桁架樓承板或疊合樓板，人工安裝樓面負彎矩鋼筋，并預留預埋樓面管線后澆筑樓面混凝土。

6)以樓層為單位，重復上述工藝流程。

1.1.3沿高度墻梁厚度的適配

當高層建筑剪力墻沿高度方向存在變截面設計時，新型模板體系采用變換角模的方法適應墻體厚度的變化。此時，平模保持不變，僅需改變連桿支座連接孔位置。孔間距為變截面厚度的差值，一般為50mm。角模采用模塊化組合設計，并根據(jù)變截面次數(shù)確定角模規(guī)格數(shù)量。當需要變截面時，僅需更換角模規(guī)格和連桿支座連接孔位置，無須整體拆卸模板(見圖2)。

圖2 連桿支座連接孔調整

1.2 混凝土澆筑與養(yǎng)護

混凝土澆筑與養(yǎng)護包括模板表面處理、防漏漿處理、墻梁與樓板混凝土澆筑、二次澆筑施工縫處理、養(yǎng)護等。

1.2.1涂刷脫模劑

采用鋁模板時需在模板表面涂刷脫模劑，且不得污染鋼筋和成品混凝土。清理模板時，隨時處理灰漿、油污等。

1.2.2防漏漿處理

樓面平整度和模板剛性均會造成模板底部漏漿。除對樓面平整度提出要求外，目前一般模板工程會采用在模板底部壓海綿條、墊木條、噴發(fā)泡膠等方法進行防漏漿處理，增加了工時和材料，處理效果不理想。新型模板體系在模板底部設置了帶有T形槽的鋁型材，并在T形槽內插入T形橡膠條(見圖3)。當模板與樓面接觸時可將橡膠條壓扁，實現(xiàn)模板底縫密封的目的，從而有效解決剪力墻澆筑“爛根”的問題。

圖3 防漏漿裝置

1.2.3墻梁與樓面混凝土澆筑

墻梁采用自密實混凝土澆筑，減少振搗次數(shù)或免振搗。在頂部鋼平臺對應墻梁位置分散設置下料點，采用布料桿直接插入鋼平臺預留洞口澆筑墻體混凝土。混凝土澆筑完畢后，應按抄平標高找平，為格構樓承板、預制疊合板或鋁模板提供平整的安裝面。樓板采用普通混凝土澆筑，通過集成在智能雙梁行車上的二次布料機水平往返布料。

1.2.4墻梁與樓板二次澆筑施工縫處理

落地式空中造樓機建造工法無法實現(xiàn)全鋁模板體系墻梁混凝土與樓板混凝土一次澆筑，因此樓板與墻體之間存在冷縫。當采用普通鋁模板時，由于樓面模板與混凝土墻體之間的接縫不嚴密，會造成樓面混凝土漏漿到混凝土墻體表面的現(xiàn)象。

因此，在普通工法中，墻與樓板間的施工縫留置在距板底20～30mm處。支設模板時采用鋁模板作為冷縫側模，通過支撐架設置間距為600mm左右的水平支撐，對鋁模板進行側向支撐，并在鋁模板與墻面之間粘貼海綿條。

采用落地式空中造樓機建造工法時，首先在墻體豎向鋼筋上部標注墻體澆筑高度，澆筑高度應高出樓板底標高20mm。吊裝格構樓承板或預制疊合板前，剔除并清理墻頂松動石、浮漿層。采用一般鋁模板時，僅需在墻側模板邊上粘貼海綿條或橡膠條，即可避免漏漿。

1.2.5開模與養(yǎng)護

在常溫條件下，墻體混凝土強度>1N/mm2時方可開模。開模后，開啟內模板下方布置的噴淋體系對混凝土墻體進行淋水養(yǎng)護，淋水次數(shù)根據(jù)混凝土濕潤狀態(tài)確定，養(yǎng)護時間為3d。

2 自動開合模體系

2.1 內模板

內模板體系包括上中心架、下中心架、平模、角模、連桿、電動驅動絲杠、水平微調機構、防漏漿裝置等，形成四面閉合的矩形模板(見圖4)。平模和角模均由背架和面板組成，背架采用型材整體焊接而成，面板由標準模數(shù)尺寸的鋁模板或免脫模劑模板組合而成。平模和角模與下中心架采用水平連桿鉸接，并通過吊桿與下中心架的水平滑輪裝置相連，下中心架通過電動驅動絲杠與上中心架連接，上中心架通過過渡連接裝置與鋼結構平臺固定。電動驅動絲杠沿垂直方向運行，帶動下中心架上下運行，通過水平連桿帶動矩形模板水平收縮或外移，實現(xiàn)開模或合模。

圖4 內模板體系組成部分

與普通模板體系相比，新型內模板體系具有以下特點：①模板規(guī)格化、定型化，鋁模板剛度大，面板可采用免脫模劑材料。②平模和角模均為水平移動實現(xiàn)開合模動作，避免了模板與混凝土之間的摩擦損傷。模板周轉次數(shù)可達200次以上，可滿足工程一次組裝、全高度使用要求。③僅需調整角模規(guī)格及角模和平模連桿支座連接孔位置，即可滿足高層住宅剪力墻厚度沿高度變化的需求。④模板下部密封膠條構造可有效防止模板下部漏漿。

2.2 外模板

外模板體系由面板、背架、吊桿、過渡連接裝置、電動推桿、操作平臺及護欄等組成。背架采用型材整體焊接而成，面板由標準模數(shù)的鋁模板組合而成。外模板通過平行四連桿形式的吊桿與鋼結構平臺下部的過渡連接裝置鉸接。在操作平臺上布置電動推桿，并與內模板上中心架相連。電機驅動推桿伸縮，實現(xiàn)開?；蚝夏?見圖5)。

圖5 外模板體系組成部分

與普通外模板相比，新型外模板體系具有以下特點：①外模板通過平行四連桿機構與頂部鋼平臺鉸接，保證外模板的自然垂直。②外模板設有三向調整機構，實現(xiàn)精確定位。與頂部鋼平臺的連接支座采用長條孔，可實現(xiàn)沿外墻方向調整。電動推桿配置行程傳感器，可實現(xiàn)垂直外墻方向的調整。平行四連桿長度可調，可實現(xiàn)豎向位置的調整。③通過電動推桿運行驅動外模板開合，每個電動推桿推力≥20kN。

2.3 模板定位與固定

2.3.1內模板固定

內模板就位時，下部水平位置依靠角鋼定位，定位精度為0～2mm。內模板之間采用連桿連接，連桿兩端設有左右螺紋絲桿(見圖6)，通過旋轉中間管調整整體長度，保證內模板之間安裝位置準確，且承擔混凝土澆筑時產(chǎn)生的側壓力，防止內模板位置發(fā)生偏移。

圖6 連桿結構

2.3.2內模板與外模板固定

內模板與外模板采用穿墻螺栓固定，抵抗混凝土澆筑時產(chǎn)生的側壓力，從內模板一側先后穿入對拉螺栓和套管，將柔性密封塞從兩側分別塞入內模板孔中，使密封塞與套管端面壓緊，并穿入支撐管頂在密封塞、擋板和螺栓上，將支撐管固定在模板背架上。開模前將螺母和擋板取下，取出對拉螺栓后自動開模。

2.4 防漏漿裝置檢查與更換

由于模板底部防漏漿橡膠條易損壞，需定期維護和更換，所以模板下部結構采用帶有T形槽的結構，以快速更換橡膠條。

3 工程應用

該新型模板體系在深圳卓越蔚藍鉑樾府一期主體工程10號樓進行了應用。工程實踐表明，該新型模板體系實現(xiàn)了模板自動開合、自動定位運行。開模后的混凝土表面光滑、色澤均勻，每層結構實測的水平和垂直方向平整度均達到清水混凝土效果，質量滿足要求。

4 結語

該新型模板體系是實現(xiàn)落地式空中造樓機建造工法的核心，通過設備研制和示范建造，達到了預期目標。

1)模數(shù)化、標準化的內、外模板單元庫可適配各類標準的住宅要求。通過模數(shù)協(xié)調可實現(xiàn)建造工法、部品安裝和混凝土澆筑等工序協(xié)調及配套部品和建造質量之間的公差協(xié)調。

2)自動開合模體系可實現(xiàn)自動開合模、自動定位等多種功能，將傳統(tǒng)的人工支模、拆模過程轉化為機械化、自動化的開合模過程。

3)標準化設計與模塊化組合的模板體系解決了模板超大、超重、遠距離運輸和現(xiàn)場安裝的問題，不僅可滿足工程現(xiàn)場便捷、快速、精準組裝及維修要求，又可滿足快速拆卸、運輸、儲存等重復使用要求。

4)通過變換角模組合單元可適應高層住宅剪力墻厚度沿高度變化的需求。