满堂支架设计计算实例详解

满堂支架设计计算（一）（0#台—1#墩）出京线目录一、设计依据……………………………………………………………………………1二、地基容许承载力……………………………………………………………………1三、箱梁砼自重荷载分布………………………………………………………………1四、模板、支架、枕木等自重及施工荷载……………………………………………2五、支架受力计算1、立杆稳定计算…………………………………………………………………52、立杆扣件式钢管强度计算……………………………………………………63、纵横向水平钢管承载力………………………………………………………64、地基承载力的检算……………………………………………………………65、底模、分配梁计算……………………………………………………………76、预拱度计算……………………………………………………………………12一、设计依据1.《京承高速公路—陡子峪大桥工程施工图》2.《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》JTJ023-853.《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-20004.《扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-20015.《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-866.《简明施工计算手册》二、地基容许承载力根据本桥实际施工地质柱状图，地表覆盖层主要以亚粘素填土为主，地基承载力较好。为了保证地基承载力不小于12t/㎡，需要进行地基处理。地基表皮层进行土层换填，换填如下：开挖标高见图纸，底层填0.5m中砂，经过三次浇水、分层碾压（平板震动器）夯实,地基面应平整，夯实后铺设5cm石子，继续压实，并进行承载力检测。整平地基时应注意做好排水设施系统，防止雨水浸泡地基，导致地基承载力下降、基础发生沉降。钢管支架和模板铺设好后，按120％设计荷载进行预压，避免不均匀沉降。三、箱梁砼自重荷载分布根据设计图纸，箱梁单重为819t。墩顶实心段砼由设于墩顶的底模直接传递给墩身，此部分不予检算。对于空心段箱梁，根据《0#台-1#墩出京线30米跨箱梁满堂支架施工总体布置图》，综合考虑箱梁横截面面积和钢管支架立杆纵向间距，空心段箱梁腹板等厚段下方，纵桥向间距最大的立杆受力最不利。根据立杆纵桥向布置，受力最不利立杆纵向间距取为d=（0.9+1.2）/2=1.05m。本计算书主要检算该范围箱梁和支架受力。钢管支架立杆纵向间距为30cm、60cm、90cm、120cm四种形式，横向间距为120cm+3×60cm+3×90cm+60cm+3×90cm+3×60cm+120cm。根据钢管支架立杆所处的位置分为四个受力区，详见《0#台-1#墩出京线30米跨箱梁满堂支架施工总体布置图(二)》。各受力区钢管支架立杆所承受钢筋砼自重荷载详见下表：分区号ⅠⅡⅢⅣ钢管间距（cm）120609060截面面积（m2）1.202.652.381.49立杆钢管数（根）4462单根钢管承重（t）0.821.811.082.03根据上表，位于中腹板处间距60cm的立杆受力最大，单根钢管承受最大钢筋砼荷载为2.03t。四、模板、支架、枕木等自重及施工荷载本桥箱梁底模、外模均采用δ=12mm厚竹胶板，内模采用δ=30mm厚木板。底模通过纵横向带木支撑在钢管支架顶托上，支架采用Φ48mm×3.5mm钢管，通过顶托调整高度，支架底部通过垫块1或垫块2分配传力于地基。垫块1：45cm×45cm×7cm新制砼块。垫块2：当立杆纵桥向间距≤60cm时，在立杆下方纵桥向布设25cm宽方木；当立杆纵桥向间距≥90cm时，在立杆下方纵桥向布设20cm宽方木。采用方木垫块时，方木应沿纵桥向连续布设，方木断开位置应加设一层方木垫块，以保证立杆荷载均匀传至地基。1、底模、外模面积共:15.16×30=454.80m2共重：454.80×0.012×0.85=4.64t2、内模面积共:13.4×25.2=337.68m2共重：337.68×0.03×0.65=6.58t3、模板底层横向带木采用100mm×100mm方木（间距按0.3m布置）共重：（30/0.3）×9.10×0.1×0.1×0.65=5.92t4、模板底层纵向带木采用150mm×100mm方木共重：30×20×0.15×0.1×0.65=5.85t5、外模木肋采用100mm×100mm方木（间距按0.3m布置）共重：（30/0.3）×6.81×0.1×0.1×0.65=4.43t6、内模木肋采用100mm×100mm方木（间距按0.3m布置）共重：（25.2/0.3）×13.4×0.1×0.1×0.65=7.32t7、钢管支架钢管支架采用Φ48mm×3.5mm规格，单重为3.841kg/m。①立杆纵横向布置为16×33排，立杆长度有4m、5.5m、7m三种，数量分别为176根、192根、160根。共重：（176×4+192×5.5+160×7）×3.841/1000=11.06t②水平杆步距为2×1.5m+3×1.2m，共5步6层。纵向水平杆：长度有27.9m、18.6m、7.2m三种，数量分别为72根、16根、16根。共重：（72×27.9+16×18.6+16×7.2）×3.841/1000=9.30t横向水平杆：长度有12.6m、1.7m两种，数量分别为164根、132根。共重：（164×12.6+132×1.7）×3.841/1000=8.80t③纵横向剪刀撑：按每4档布置一道，长度有5.5m、7.2m、9.0m三种，数量分别为54根、54根、44根。共重：（54×5.5+54×7.2+44×9.0）×3.841/1000=4.16t钢管支架共重：9.30+8.80+4.16=22.26t8、施工荷载按0.25t/m2考虑以上荷载共计：44.646.585.925.854.437.3222.26q0.251330257.000.250.40t/m1330五、支架受力计算1、立杆稳定计算根据各受力区钢管支架立杆所承受钢筋砼自重荷载表，位于箱梁中腹板处间距60cm的立杆受力最大，单根钢管承受最大荷载为2.03t。单根钢管所承受的模板、支架自重以及施工荷载为0.40t/m2，N2=1.05×0.6×0.40=0.252t。单根钢管实际最大受力（考虑受力不均匀系数1.2）：Nmax=（2.03+0.252）×1.2=2.74tφ48×3.5mm钢管支架截面特性为：A=4.89cm2，E=2.06×108KPa，i=1.58cm，μ=1，L=1.5m。211.5951.5810Li，查表得φ=0.552故[N]=φA[σ]=0.552×4.89×10-4×215×102=5.80tNmax=2.74t[N]=5.80t，满足立杆稳定要求。2、立杆扣件式钢管强度计算扣件式钢管立杆容许荷载，查《简明施工计算手册》表8-18（P440），当横杆间距（步距）为150cm时，φ48*3.5mm对接钢管容许荷载[N]=3.03t。Nmax=2.74t[N]=3.03t，满足钢管强度要求。3、纵横向水平钢管承载力根据施工技术规范，砼倾倒所产生的水平荷载按0.2t/m2考虑纵横向水平钢管由于立杆间距1.05×2m，横向水平杆间距≤1m。满足不需计算的条件，故可不对纵向、横向水平杆进行抗弯强度、抗弯刚度及扣件抗滑移计算。4、地基承载力的检算（1）采用垫块1，即45cm×45cm×7cm新制砼块。检算中腹板处地基承载力(《0#台-1#墩出京线30米跨箱梁满堂支架施工总体布置图(二)》中2--2截面Ⅳ区)每个垫块支撑一根钢管，钢管传力为2.74t。由于砼块的高宽比h/b=7/45=0.160.20，故其应力扩散角θ=0。砼块与地面接触面积为：0.45×0.45=0.20m2地基应力为：2.74/0.2=13.7t/m212t/m2,不满足要求。将中腹板处垫块尺寸换为55cm×55cm×7cm，则砼块与地面接触面积为：0.55×0.55=0.30m2地基应力为：2.74/0.36=9.1t/m212t/m2,满足要求。其它范围地基应力均满足要求。（2）采用垫块2①当立杆纵桥向间距≤60cm时，在立杆下方纵桥向布设25cm宽方木。根据上表，位于中腹板处间距60cm的立杆受力最大，单根钢管承受砼最大荷载为2.03t，N2=0.6×0.6×0.40=0.144t。Nmax=（2.03+0.144）×1.2=2.61t方木与地面接触面积为：0.6×0.25=0.15m2地基顶面应力为：2.61/0.15=16.5t/m212t/m2,不满足要求。将Ⅱ区、Ⅳ区钢管支架底方木宽度改为45cm，则方木与地面接触面积为：0.6×0.45=0.27m2地基顶面应力为：2.61/0.27=9.7t/m212t/m2,满足要求。②当立杆纵桥向间距≥90cm时，在立杆下方纵桥向布设20cm宽方木。Nmax=2.74t方木与地面接触面积为：1.05×0.20=0.21m2地基顶面应力为：2.74/0.21=13.0t/m212t/m2,不满足要求。将Ⅱ区、Ⅳ区钢管支架底方木宽度改为30cm，则方木与地面接触面积为：0.9×0.30=0.27m2地基顶面应力为：2.74/0.27=10.1t/m212t/m2,满足要求。其它范围地基应力均满足要求。5、底模、分配梁计算(1)面板计算底模采用δ=12mm厚竹胶板,按单向板计算,箱梁横隔板处的模板受力最不利，按两跨等跨连续梁计算。取板宽1cm进行计算，过程如下：自重，上方模板、木肋，施工荷载为：2111.2300.0120.854.647.320.250.29/1330qtm上方砼荷载为：q2=1.6×2.6=4.16t/m2q=（q1+q2）b=（0.29+4.16）×10×0.01=0.445kN/m。其截面特性为：3364bh0.010.0121.44101212Im22730.010.0122.41066bhWm420.010.0121.210Abhm受力简图如下，图中尺寸以mm计：参照《简明施工计算手册》江正荣编著P54中表2-13“两跨等跨连续梁”查表得KM=0.125，KV=0.625，Kf＝0.521最大弯矩Mmax=KMql2=0.125×0.445×0.32=5.01×10-3KN·m最大剪力Vmax=KVql=0.625×0.445×0.3=0.083KN·m最大挠度446max660.4450.30.5211.45101001009101.4410fqlfKmEI6max75.011020.9a902.410MMPMPaW，满足要求3maxmax430.083101.51.04[]1.321.210VMPaMPaA，满足要求变形满足要求。(2)横桥向100mm×100mm带木计算横桥向带木按间距0.3m布置，箱梁横隔板处带木受力最不利。自重，上方模板、木肋，施工荷载共：2111.2300.0120.856.58(30/0.3)11.310.10.17.320.250.32/3013qtm上方砼荷载为：q2=1.6×2.6=4.16t/m2计算原理：取纵桥向1米范围箱梁内作为计算对象，q=（q1+q2）l=（0.32+4.16）×10×1=44.8kN/m。砼梁的重量根据截面重度进行加载，荷载分布见下图，图中尺寸以cm计。计算采用sap2000软件。电算结果为：Mmax=3.21KN·m，Vmax=21.35KN，fmax/L=0.478mm/600mm=1/1255按1m布置3根横向带木计算，其截面特性为：22430.10.13351066XbhWm2330.10.10.03Abhm3maxmax43.21106.4[]12510MMPaMPaW，满足要求。3maxmax321.35101.51.