尾水流道施工承重结构设计计算

尾水流道施工承重结构设计计算一、施工情况及要求1、施工情况根据施工现场的实际情况和《厂房分层分块图》的要求，将厂房尾水流道砼施工从高程▽79.5m至高程▽84.8m分为两仓浇筑，第一仓从高程▽79.5m至高程▽82.5m，第二仓从高程▽82.5m至高程▽84.8m。在施工中圆弧模板采用反拉法加固，水平模板采用满堂脚手架支撑。在本设计中分圆弧模板反拉计算和水平模板脚手架承重计算两部分。圆弧模板反拉计算时选择最危险断面计算既：厂0+51.73桩号。2、施工要求在砼施工过程中采用通仓薄层浇筑，每次铺料厚度为0.4m，上升速度为0.4m/h，砼坍落度控制在3~9cm。砼在下料后要求及时平仓，不能让砼在局部堆高超过0.8m且在下料过程中吊罐不能碰击钢筋三角柱，以免三角柱变形。砼平仓局部采用人工平仓，以免在反拉筋密的地方碰击拉筋。在圆弧模板加固的反拉筋必须在未承重之前张紧且尽可能沿径向布置，拉筋搭接和焊缝必须满足规范要求。水平模板承重脚手架的搭设必须合符规范及设计要求，立杆连接采用对接且接头要求按规范要求错开。在砼浇筑过程中要有专人维护模板和观察拉筋的受力情况以及脚手架的承载情况，如发现问题必须及时解决，以免造成不必要的损失。二、荷载分析1、模板自重：0.75KN/m2;2、施工人员及设备荷载取1KN/m2;3、砼入仓对模板的冲击荷载取4KN/m2；4、砼振捣时对模板所产生的荷载取2KN/m2;5、砼对模板的侧压力计算采用如下两个公式计算，取小值。（1）、①式：F=0.22γtβ1β2v1/2②式：F=γH上式中γ—新浇砼的密度按25KN/m3计算；t—新浇砼的初凝时间（h）取8小时；β1—外加剂影响修正系数，取1.2；β2—砼坍落度影响修正系数，取1（坍落度取3～９cm）；v—砼浇筑速度，取0.4m/h；H—砼侧压力计算位置处至新浇砼顶的总高度；F—砼对模板的侧压力。（2）、计算①式：F=0.22γtβ1β2v1/2=0.22×25×8×1.2×1×0.41/2=33.4KN/m2计算②式：F=γH=25×H（其中Ｈ根据砼浇筑的层厚计算，则第１仓Ｈ=3m，第２仓H=2.3m。）第１仓:F=γH=25×H=25×3=75KN/m2故取F=33.4KN/m2第2仓:F=γH=25×2.3=57.5KN/m2故取F=33.4KN/m2６、钢筋砼的自重产生的荷载分布和侧压力分布见下图：（１）、第１仓钢筋砼的自重产生的荷载计算（取宽度为1.5m），则:G1=γs=25KN/m3×1.01m2×1.5m=38.9KN（铅直力）将G1＝38.9KN转换为径向力N1，为了计算简化，将重力荷载和１～４项荷载组合的作用点按三角形的方法计算，即铅直方向的合力与径向力的夹角为55度。（２）、第２仓钢筋砼的自重产生的荷载计算（取宽度为1.5m），则：G２=γs=25KN/m3×3.83m2×1.5m=143.6KN（铅直力）将G2转换为径向力N2，为了计算简化，将重力荷载和1～４项荷载组合的作用点按三角形的方法计算，即铅直方向的合力与径向力的夹角为26.58度。三、荷载分项系数及荷载组合１、荷载分项系数(见《水利水电工程模板施工规范》)项次荷载类别荷载分项系数12模板自重新浇钢筋砼自重砼侧压力1.234施工人员和设备荷载振捣砼时产生的荷载1.45入仓对模板的冲击荷载1.4２、各项乘以分项系数并转化为集中力：１项：0.75×3.4×1.5×1.2=4.6KN；3～4项：（1+4+2）×3.4×1.5×1.4=57.1KN；5项：第１仓33.4×3.4×1.5×1.2=204.4KN；第２仓33.4×3.4×1.5×1.2=204.4KN；6项：第１仓38.9×1.2=46.7KN；第２仓143.6×1.2=172.3KN。３、将铅直力和侧压力转换为径项力：（１）、第１仓（▽79.5m至高程▽82.5m）：铅直力沿径向转换：N=(4.6+57.1+46.7)cos550=62.2KN侧压力沿径向转换：Ｆ=204.4KN（近似为侧压力沿径向）则总荷载为G=N+Ｆ=62.2KN+204.4KN=266.6KN。（２）、第２仓（▽82.5m至高程▽84.8m）：铅直力沿径向转换:N=(4.6+57.1+172.3)cos26.580=209.3KN侧压力沿径向转换：F’=Ｆ=204.4sin370=123.0KN则总荷载为G=N+F’=209.3+123.0=332.3KN四、反拉结构设计及计算反拉结构见下图（两侧反拉结构相同）（一）、反拉结构设计计算1、第1仓反拉筋计算采用公式G/A≤f进行计算上式中G—为圆弧模板沿径向的总压力；A—为拉筋总面积；f—为钢筋的抗拉承载力，215N/mm2。故A=N/f=266.6×100N0/215N/mm2=1240mm2，如采用φ12圆钢作为反拉拉筋只需要11根反拉拉筋就能满足要求。因此在宽1.5m，高3m的圆弧模板范围内用11根φ12圆钢就可以满足要求。2、第2仓反拉筋计算采用公式G/A≤f进行计算上式中G—为圆弧模板沿径向的总压力；A—为拉筋总面积；f—为钢筋的抗拉承载力，215N/mm2。故A=N/f=332.3×1000N/215N/mm2=1545.6mm2，如采用φ12圆钢作为反拉拉筋只需要14根反拉拉筋就能满足要求。因此在宽1.5m，高3m的圆弧模板范围内用14根φ12圆钢就可以满足要求。备注：反拉钢筋尽可沿圆弧模板径向布置。（二）、钢筋三角柱的受力验算初设钢筋三棱柱主立杆用Φ28的钢筋，缀条用Φ10的钢筋，钢三角柱结构形式如下图：25060°Φ10282503250第1仓三角柱结构（单位：mm)111-128Φ10ΦΦΦΦ10Φ281-111第2仓三角柱结构（单位：mm)27502502810Φ60°2501、钢筋三棱柱应力验算根据立柱截面特征按以下计算几何特征：Ix=Iy≈2ABY2i=(Ix/3AB)1/2λ=l0/i立肢间用钢筋作为缀条，则长细比应为λnp=(λ2+56AB/AP)1/2,由λnp求出稳定系数ψ值。上式中AB——一根主立肢的截面面积；AP——三角形截面单边平面内的斜缀条的截面面积；l0——为钢筋柱总高度（第1仓长取3.25m，第2仓长2.75m）；Y——为三角形截面边长的一半（0.25/2m）。立柱的应力σ按下式验算：σ=G/3ABψ≤f式中G——为验算截面的轴压力；f——为刚钢材的抗压强度设计值。钢筋三棱柱的轴压力：第1仓轴压力为G=266.6KN，第2仓轴压力为G=332.3KNAB=3.14×0.014×0.014=6.15×10-4（m2）；AP=3.14×0.005×0.005=7.85×10-5（m2）；Y=0.25/2=0.125m；将以上数据代入相应的式算：Ix=Iy≈2ABY2=2×6.15×10-4×0.1252=1.92×10-5（m4）i=(Ix/3AB)1/2=（1.92×10-5/3×6.15×10-4）1/2=0.102（m）长细比：第1仓的λ=l0/i=3.25/0.102=31.9第1仓的λ=l0/i=2.75/0.102=27.0按格构柱计算长度系数：第1仓的：λnp=(λ2+56AB/AP)1/2=（31.92+56×6.15×10-4/7.85×10-5）1/2=38.2第2仓的：λnp=(λ2+56AB/AP)1/2=（272+56×6.15×10-4/7.85×10-5）1/2=34.2由第1仓的λnp=38.2查普通钢结构轴心受压构件的稳定系数表（表C-2Q235b类截面轴心受压构件的稳定系数ψ）查表可得ψ=0.903由第2仓的λnp=34.2查普通钢结构轴心受压构件的稳定系数表（表C-2Q235b类截面轴心受压构件的稳定系数ψ）查表可得ψ=0.921立柱的应力σ按下式验算：①、第1仓（▽79.5m至高程▽82.5m）：σ=G/3ABψ≤〔σ〕=266.6×103/3×615.4×0.903=144.4(N/mm2)215(N/mm2)满足要求。②、第２仓（▽82.5m至高程▽84.8m）：σ=G/3ABψ≤〔σ〕=332.3×103/3×615.4×0.921=195.6(N/mm2)215(N/mm2)满足要求。2、筋柱稳定验算钢筋柱按格构柱计算，计算式为：①、第1仓（▽79.5m至高程▽82.5m）：G/Aψ≤〔f〕（A为构件的毛截面面积）266.6×103/38051×0.903=7.8(N/mm2)215(N/mm2)满足要求。②、第２仓（▽82.5m至高程▽84.8m）：G/Aψ≤〔f〕（A为构件的毛截面面积）332.3×103/38051×0.921=9.5(N/mm2)215(N/mm2)满足要求。3、根主肢的稳定验算单肢的长系比λ=l0/I=4*l/d=4×0.25/0.028=3.57式中l——为立柱两条水平缀条的间距；d——为根主柱的直径。根据λ值查ψ值，ψ=0.999。单根主肢的稳定性按下式验算：①、第1仓（▽79.5m至高程▽82.5m）：σ=G/3ABψ≤〔σ〕=266.6×103/3×615.4×0.999=144.5(N/mm2)215(N/mm2)满足要求。②、第２仓（▽82.5m至高程▽84.8m）：σ=G/3ABψ≤〔σ〕=332.3×103/3×615.4×0.999=180.2215(N/mm2)满足要求。4、整体稳定性计算采用求临界力的方法进行验算，即NKP/N=3.142EI/Nl2≥K式中NKP——临界轴向力，NKP=3.142EI/l2；N——格构柱的轴向压力；E——钢材的弹性模量，E=200GPa；I——三角形截面的惯性矩，即I=2ABY2=1.92×10-5（m4）L——计算长度，取长度为；K——稳定安全系数，取K=1.5～2.5。①、第1仓（▽79.5m至高程▽82.5m）：NKP=3.142EI/l2=3.142×200×109×1.92×10-5/3.252=3584460.5N则：K=NKP/G=3584460.5/266600=13.41.5满足要求。②、第２仓（▽82.5m至高程▽84.8m）：NKP=3.142EI/l2=3.142×200×109×1.92×10-5/2.752=5006395.2N则：K=NKP/G=5006395.2/332300=15.11.5满足要求。备注：以上部分为圆弧模板反拉结构设计计算。水平段模板支撑结构计算一、施工要求水平段砼施工采用组合钢模板，支撑采用φ48×3.5mm的脚手架管，立杆间排距按1000mm×1000mm布置，水平杆按1500mm的间距布置。立杆采用对接且接头错开50%，水平杆和剪刀撑采用搭接且搭接长度不小于1m,接头错开砼浇筑厚度控制在1m，在砼施工过程中采用薄层平铺法浇筑，每层浇筑高度不得大于500mm，混凝土局部堆高不能超过800mm。二、荷载分析1、板自重：0.75KN/m2;2、施工人员及设备荷载取1KN/m2;3、砼入仓对模板的冲击荷载取4KN/m2；4、砼振捣时对模板所产生的荷载取2KN/m2;5、钢筋砼自重：γH=25KN/m3×1m=25KN/m2（新浇砼厚度为1m）。三、荷载分项系数及荷载组合１、荷载分项系数(见《水利水电工程模板施工规范》)项次荷载类别荷载分项系数12模板自重新浇钢筋砼自重1.234施工人员和设备荷载振捣砼时产生的荷载1.45入仓对模板的冲击荷载1.4２、各项乘以分项系数：１~2项：（0.75+25）×1.2=30.9KN/m2；3～4项：（1+4+2）×1.4=9.8KN/m2；总荷载为G=30.9+9.8=40.7KN/m2。四、脚手架结构设计及计算支撑采用脚手架管Φ48×3.5（必须国标管），立柱采用对接，立杆间排距采用1.0×1.0=1.0m2，水平支撑杆按1.5m间距布置，为了加强稳定适当架设剪刀撑和扫地杆。结构如下图所示：1、每根立柱承受的荷载为N=G*S=（30.9+9.8）×1.0×1.0=40.7KN根据立柱截面特征按以下计算几何特