模板支架体系的简易结构计算方法

模板支架体系的简易结构计算方法(1)摘要：本文介绍模扳支架的简易计算方法。一、模板支架体系的构成支架杆件的作用可概括为传递高程和传递荷载，模板支架体系主要构件有：模板，包括底模板和侧模板，分别承受新浇钢筋混凝土和施工荷载所产生的垂直压力与侧压力。小楞（次龙骨），包括梁底枋、侧模板内楞，直接承受模板传递来的荷载，一般采用方木。大楞（主龙骨），包括托梁、侧模板外楞，用方木、型钢、钢管、组合桁架等，承受小楞传递来的荷载。通道（过道）支承梁，用型钢、钢桁架或钢板桩等承受通道上部的荷载。立杆和支架立柱，有门式钢管脚手架、钢管、型钢、贝雷架或钢质组合柱等多种形式，承受大楞或支承梁传递来的荷载。水平杆，包括扫地杆、立杆（立柱）及大楞之间的纵横向水平连接杆件，用以增加杆件在水平面上的刚度和稳定性。剪刀撑与抛撑，立杆（立柱）交叉连接杆件，包括竖向（纵横向）剪刀撑、水平剪刀撑、抛撑，用以增加支架系统的刚度和整体稳定性。基础，原路面、混凝土基础、稳定层、支垫型钢或垫板等各类基础，直接承受支架立柱、立杆传递来的荷载。地基，支承基础的原状地面。附件（配件），包括连接件、扣件、底座、托座、调节螺栓、连墙件等。二、荷载计算模板和支架的荷载P可采用下式计算，并按表1进行荷载组合。建筑工程P=1.2NG+1.4NQ式中：NG——恒载，包括模板、支架、新浇混凝土自重和钢筋自重；NQ——活载，包括施工人员、物料及设备的自重，振捣混凝土时产生的荷载，混凝土对模板的侧压力，倾倒混凝土时产生的荷载等。计算模板、拱架和支架的荷载组合表1项次模板构件名称荷载组合强度计算验算刚度1梁、板和拱的底模板以及支承板、拱及支架等l+2+3+4+71+2+72缘石、人行道、栏杆、柱、梁板、拱等的侧模板4+553基础、墩台等厚大建筑的侧模板5+65⒈模板和支架自重1木材采用8kN/m3；组合钢模及连接件按0.5kN/m3计，组合钢模连接件及钢楞按0.75kN/m3计。建筑工程模板自重用0.5kN/m2。⒉新浇筑混凝土或新砌的砌体自重⑴普通混凝土采用24kN/m3，钢筋混凝土根据实际湿密度确定，用26kN/m3作校核荷载，帽梁建议用27kN/m3。建筑工程项目用25.5kN/m3。⑵梁侧模板自重荷载及楼板（面板）混凝土荷载按集中力方式向下传递。⒊施工人员、施工物料及施工设备的自重，包括堆放的荷载⑴计算模板及直接支承模板的小楞时，均布荷载为2.5kN/m2，另以集中荷载2.5kN进行验算。建筑工程项目中，此项活荷载及振捣混凝土的荷载动（2kN/m2）按集中力计算。⑵计算直接支承小楞的构件时，均布荷载取1.5kN/m2。⑶计算支架立柱及支承拱架的其它结构构件时，均布荷载取1.0kN/m2。注：①对大型浇筑设备如上料平台，混凝土输送泵等，按实际情况计算；②混凝土堆集料高度超过100mm以上者，按实际高度计算；③模板单块宽度小于150mm时，集中荷载可分布在相邻的两块板上。⒋振捣混凝土时产生荷载对水平面模板为2kN/m2；对垂直面模板为4kN/m2，作用范围在新浇混凝土侧压力有效压头高度之内。⒌新浇筑混凝土对模板侧面的压力采用内部振捣器时，混凝土的最大侧压力按下列两式计算，取较小值。F=0.22γt0β1β2V1/2F=24H式中：F——新浇筑混凝土对模板的最大侧压力(kN/m2)；γ、V——混凝土的重力密度(kN/m3)、混凝土的浇筑速度(m/h)；t0——新浇筑混凝土的初凝时间(h)，可按实测确定。当缺乏试验资料时，可采用：t0=200／(T+15)；T——混凝土的入模温度(℃)；H——混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度(m)；β1——外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取l.0，掺具有缓凝作用的外加剂时取l.2；β2——混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30mm时取0.85，50～90mm时取1.0，110～150mm取l.15。例：混凝土浇注高度H=6.5m；浇注速度V=2.5m/h，γ=24kN/m3，坍落度80mm，入模温度T=25℃，掺缓凝型外加剂，求模板承受的混凝土最大侧压力。解：β1=l.2，β2=l.0F=0.22×24×[200／(25+15)]×1.2×1×2.51/2=50.09(kN/m2)F=24×6.5=156(kN/m2)F=(50.l，156)min=50.1kN/m2混凝土的有效高度h=F／24=2.09(m)⒍倾倒混凝土时对垂直面模板产生的水平荷载（作用范围在混凝土有效压头高度以内）⑴用溜槽、串筒或导管输出混凝土，取2kN/m2；⑵用容量≤0.2m3的运输器具倾倒混凝土，取2kN/m2；⑶用容量大于0.2至0.8m3的运输器具倾倒混凝土，取4kN/m2；⑷用容量大于0.8m3的运输器具倾倒混凝土，取6kN/m2。⒎其它可能产生的荷载：如风荷载、水流冲击荷载、冬季保温设施荷载、2雪荷载等，按实际情况考虑。作用在支架的水平风荷载标准值ωk＝0.7μzμsω0式中：ωk、ω0、μz——风荷载标准值、基本风压、风压高度变化系数，按《建筑结构荷载规范》（GBJ9）的规定采用；μs——支架风荷载体型系数，按下表选用。支架风荷载体型系数表2背靠建筑物的状况全封闭墙敞开、框架和开洞墙支架状况全封闭、半封闭敞开1.0φ1.3φμsw注：①μ可将支架视为桁架，按照《建筑结构荷载规范》（GBJ9）的有关规定计算，sw对于钢管外径为42mm的敞开式支架，μ＝0.25；sw②挡风系数φ＝1.2挡风面积／迎风面积，按照有关规范采用。三、模板及支架体系的施工设计⒈工程施工前，应根据设计图纸、现场条件及材料供应情况，编制模板支架体系施工设计，作为施工组织设计内容之一。⒉模板支架体系的施工设计应包括下列主要内容⑴绘制模板设计图、支承系统平面布置图、纵横剖面图、模板和支架总装图、细部结构和异形模板大样图；⑵根据施工条件确定施工荷载，对模板和支承系统进行验算。即按其受力程序分别验算其强度、刚度和稳定性；⑶制定技术及安全质量保证措施，包括：模板结构安装及拆除的程序和方法，特殊部位、预埋件和预留孔洞的处理方法（应用虚线标识在模板图上并说明其固定方法）；⑷地基基础承载力验算及其处理措施（包括大样图），确定立杆垫板最小触地面积或立柱基础尺寸。多层房屋建筑工程应制定对已浇注混凝土的下层板、梁的成品保护措施；⑸编制模板、支架材料及配件的规格数量汇总表和周转使用计划；⑹编写模板支架体系设计和施工说明书；⑺编制混凝土浇筑方案，包括混凝土坍落度、浇捣方法和浇注流程，必要的保温和隔热措施等；⑻对高支模工程必须编制支架监测方案和安全应急救援预案。⒊为加快模板及支架的周转使用，宜采用下列措施⑴分区流水作业；竖向结构与横向结构分开施工；⑵在混凝土中掺加早强剂、粉煤灰等；⑶利用已浇筑的混凝土支承上部模板结构，并且采取有效措施使支架体系与结构物已浇筑混凝土的板梁柱连成整体；⑷采用预拼装大模板整体装拆（根据施工现场起重机械装备决定）。⒋计算模板、拱架和支架的强度和稳定性时，应考虑作用在模板、拱架和支架上的风力，风力可参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130－2001，2002年版，下同）第5条或《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021－89）第2.3.8条的有关规定进行计算。搭设于水中的支架，尚应考虑水流压力、流冰压力和船只漂流等冲击力荷载。3验算倾覆的稳定系数不得小于l.3。⒌双曲拱、组合箱形拱，如系就地浇筑，其拱架和支架的设计荷载可只考虑承受拱肋重力和施工操作时的附加荷载。⒍钢木模板、拱架及支架的设计，可参照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025－86）的有关规定。⒎验算模板、拱架及支架的刚度时，其变形值不得超过下列数值：⑴结构表面外露的模板，挠度为模板构件跨度的1/400；⑵结构表面隐蔽的模板，挠度为模板构件跨度的1/250；⑶拱架、支架受载后挠曲的杆件（盖梁、纵梁），其弹性挠度为相应结构自由跨度的1/400；⑷钢模板的面板变形为1.5mm；⑸钢模板的钢楞、柱箍变形为3.0mm。⒏对拉螺栓和扣件应根据计算配置，并应采取措施减少钢模板上的钻孔。四、材料性能材料的变形模量与容许应力（MPa）表3工程类别公路、市政工民建木材木材应力种类A3钢16MnA3钢A3A4A3轴向应力[σ]14020087205弯曲应力[σ]w145210121120513剪应力[τ]851201.91.71251.4孔壁承压应力210300节点销子弯应力240340弹性模量E2.1×105900090002.06×10510000剪切模量G0.81×105注：①支架作临时性结构，容许应力的提高系数可取1.3，但节点销子的容许弯应力在任何荷载作用下，均不得提高；②木材适用于A3（广东松）、A4（杉木）等，其他木材参见《木结构设计规范》（GB50005-2003）；③表中木材应力为顺纹方向，木材的顺纹受压及承压容许应力[σa]=[σw]；④表中木材的剪应力为弯曲剪应力，顺纹剪应力低于表中所示之值。五、计算简图各类构件均按最不利工况、最不利的荷载组合进行设计或校核。⒈同类型支承结构的模板、支架，选最大跨度计算；不等跨连续梁可采用最大跨度简化为等跨连续梁计算，且荷载作用点应选在最不利位置，例如单一集4中荷载作用时，最不利情况为作用点在跨中。⒉按简支梁验算时，其计算跨度l采用1.05～l.1l（l00点间的距离两者中的大值；为净跨距）与支座中⒊结构形状及荷载均对称的偶数跨连续梁，只要取对称中心线一边的半个结构进行计算，但中间支座应改为固定端（见图2）。⒋结构形状对称而荷载是反对称的偶数跨连续梁，只要取对称中心线一边的半个结构进行计算，中间支座仍为铰支（见图3）。六、基本计算公式⒈强度计算⑴轴心受拉σ＝N／A≤[σ]⑵在一个主平面内受弯曲σw=M／W≤[σw]⑶受压(或受拉)并在一个主平面内受弯曲或与此相当的偏心受压(受拉)N／A±M／W≤[σ]或[σw]⑷受弯曲的剪应力τ＝QS／(δIm)≤Cτ[τ]maxm式中：σ、σmax——验算截面的轴向应力、弯曲应力和最大剪应力；、τw[σ]、[σw]、[τ]——轴向应力、弯曲应力和剪应力的容许值；N、M、Q——验算截面的计算轴向力、弯矩和剪力；A、δ、W——验算截面的计算面积、腹板厚度、对主轴的计算截面模量；I、Sm——毛截面惯性矩、中性轴以上的毛截面对中性轴的面积矩；mCτ——剪应力分布不均匀时的容许应力增大系数，令τ0＝Q／(hδ)容许剪应力增大系数Cτ表4Kc＝τ／τ≤1.251.25＜Kc＜1.50≥1.50max0Cτ1.0按直线比例计算1.25兼受轴向力和弯曲作用时的容许法向应力取值：如N／A≥M／W，则采用[σ]；，如N／A＜M／W，则采用[σw]。①对矩形截面τ＝1.5Q／Amax②对钢管等环形截面τ＝1.5Q／Amax③对工字钢可直接查表得出I／S之值mm④对槽钢(δ＝d)U口水平放置时S＜(A／2)·(h－t)／2＝A(h－t)／4＜Ah／4mτ＝QAh／(4Ixδ)maxU口朝上或朝下放置时S＝2(b－Zo)t(b－Zo)／2m5τ＝Qt(b－Zo)2／(δIy)max式中：Io——分别为槽钢对x轴（对称轴）、y轴的惯性矩及槽钢形心至、I、Zxy腹板外缘的距离，详见GB707《热轧普通槽钢》；h、d、b、t——分别为腹板高度、腹板宽度、肢（翼板）宽度与平均肢厚。⒉刚度计算f／l≤[f／l]或f≤[f]maxmax式中：f、l——验算跨度内的最大挠度、计算跨度；max[f]、[f／l]——挠度容许值、挠跨比容许值，[f／l]＝l/250～l/400；⒊钢质支架立杆、立柱稳定性计算⑴稳定性计算轴心受压N／A≤φ1[σ]在一个主平面内受弯曲M／W≤φ2[σ]受压弯成与此相当的偏心受压N／A＋φ1M／(μφ2W)≤φ1[σ]式中：φ1——轴心受压构件的纵向弯曲系数，根据构件的材质、截面形状、构件长细比λ和弯曲方向等查表求得；φ2——构件只在一个主平面弯曲时的纵向弯曲系数；当验算的失稳平面和弯矩作用平面一致时，或对箱形截面构件，取φ＝1；2μ——考