模板支架体系的简易结构计算方法介绍样本.doc

模板支架体系简易结构计算方法(1)

摘要：本文介绍模扳支架简易计算方法。

一、 模板支架体系组成
支架杆件作用可概括为传输高程和传输荷载，模板支架体系关键构件有：
模板，包含底模板和侧模板，分别承受新浇钢筋混凝土和施工荷载所产生垂直压力和侧压力。
小楞（次龙骨），包含梁底枋、侧模板内楞，直接承受模板传输来荷载，通常采取方木。
大楞（主龙骨），包含托梁、侧模板外楞，用方木、型钢、钢管、组合桁架等，承受小楞传输来荷载。
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个形式，承受大楞或支承梁传输来荷载。
水平杆，包含扫地杆、立杆（立柱）及大楞之间纵横向水平连接杆件，用以增加杆件在水平面上刚度和稳定性。
剪刀撑和抛撑，立杆（立柱）交叉连接杆件，包含竖向（纵横向）剪刀撑、水平剪刀撑、抛撑，用以增加支架系统刚度和整体稳定性。
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、立杆传输来荷载。
地基，支承基础原状地面。
附件（配件），包含连接件、扣件、底座、托座、调整螺栓、连墙件等。

二、 荷载计算
模板和支架荷载P可采取下式计算，并按表1进行荷载组合。
建筑工程 P=1.2NG+1.4NQ
式中：NG——恒载，包含模板、支架、新浇混凝土自重和钢筋自重；
NQ——活载，包含施工人员、物料及设备自重，振捣混凝土时产生荷载，混凝土对模板侧压力，倾倒混凝土时产生荷载等。
计算模板、拱架和支架荷载组合 表1
项次
模板构件名称
荷载组合
强度计算
验算刚度
1
梁、板和拱底模板和支承板、拱及支架等
l+2+3+4+7
1+2+7
2
缘石、人行道、栏杆、柱、梁板、拱等侧模板
4+5
5
3
基础、墩台等厚大建筑侧模板
5+6
5

⒈ 模板和支架自重
木材采取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砌体自重
⑴ 一般混凝土采取24kN/m3，钢筋混凝土依据实际湿密度确定，用26kN/m3作校核荷载，帽梁提议用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法向下传输。
⒊ 施工人员、施工物料及施工设备自重，包含堆放荷载
⑴ 计算模板及直接支承模板小楞时，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荷载动（2kN/m2）按集中力计算。
⑵ 计算直接支承小楞构件时，均布荷载取1.5kN/m2。
⑶ 计算支架立柱及支承拱架其它结构构件时，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出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压力
采取内部振捣器时，混凝土最大侧压力按下列两式计算，取较小值。
F=0.22γt0β1β2V1/2 F=24H
式中：F——新浇筑混凝土对模板最大侧压力(kN/m2)；
γ、V——混凝土重力密度(kN/m3)、混凝土浇筑速度(m/h)；
t0——新浇筑混凝土初凝时间(h)，可按实测确定。当缺乏试验资料时，可采取：t0=200／(T+15)；
T——混凝土入模温度(℃)；
H——混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面总高度(m)；
β1——外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取l.0，掺含有缓凝作用外加剂时取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，求模板承受混凝土最大侧压力。
解：β1=l.2，β2=l.0
F=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=50.1 kN/m2 混凝土有效高度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运输器具倾倒混凝土，取2kN/m2；
⑶ 用容量大于0.2至0.8m3运输器具倾倒混凝土，取4kN/m2；
⑷ 用容量大于0.8m3运输器具倾倒混凝土，取6kN/m2。
⒎ 其它可能产生荷载：如风荷载、水流冲击荷载、冬季保温设施荷载、雪荷载等，按实际情况考虑。
作用在支架水平风荷载标准值 ωk＝0.7μzμsω0
式中：ωk、ω0、μz——风荷载标准值、基础风压、风压高度改变系数，按《建筑结构荷载规范》（GBJ9）要求采取；
μs——支架风荷载体型系数，按下表选择。
支架风荷载体型系数 表2
背靠建筑物情况
全封闭墙
敞开、框架和开洞墙
支架情况
全封闭、半封闭
1.0φ
1.3φ
敞开
μsw
注：① μsw可将支架视为桁架，根据《建筑结构荷载规范》（GBJ9）相关要求计算，对于钢管外径为42mm敞开式支架，μsw＝0.25；
② 挡风系数φ＝1.2挡风面积／迎风面积，根据相关规范采取。

三、 模板及支架体系施工设计
⒈ 工程施工前，应依据设计图纸、现场条件及材料供给情况，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 模板支架体系施工设计应包含下列关键内容
⑴ 绘制模板设计图、支承系统平面部署图、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 依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 制订技术及安全质量确保方法，包含：模板结构安装及拆除程序和方法，特殊部位、预埋件和预留孔洞处理方法（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方法（包含大样图），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订对已浇注混凝土下层板、梁成品保护方法；
⑸ 编制模板、支架材料及配件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，包含混凝土坍落度、浇捣方法和浇注步骤，必需保温和隔热方法等；
⑻ 对高支模工程必需编制支架监测方案和安全应抢救援预案。
⒊ 为加紧模板及支架周转使用，宜采取下列方法
⑴ 分区流水作业；竖向结构和横向结构分开施工；
⑵ 在混凝土中掺加早强剂、粉煤灰等；
⑶ 利用已浇筑混凝土支承上部模板结构，而且采取有效方法使支架体系和结构物已浇筑混凝土板梁柱连成整体；
⑷ 采取预拼装大模板整体装拆（依据施工现场起重机械装备决定）。
⒋ 计算模板、拱架和支架强度和稳定性时，应考虑作用在模板、拱架和支架上风力，风力可参考《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130－，，下同）第5条或《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021－89）第2.3.8条相关要求进行计算。
搭设于水中支架，尚应考虑水流压力、流冰压力和船只漂流等冲击力荷载。
验算倾覆稳定系数不得小于l.3。
⒌ 双曲拱、组合箱形拱，如系就地浇筑，其拱架和支架设计荷载可只考虑承受拱肋重力和施工操作时附加荷载。
⒍ 钢木模板、拱架及支架设计，可参考《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025－86）相关要求。
⒎ 验算模板、拱架及支架刚度时，其变形值不得超出下列数值：
⑴ 结构表面外露模板，挠度为模板构件跨度1/400；
⑵ 结构表面隐蔽模板，挠度为模板构件跨度1/250；
⑶ 拱架、支架受载后挠曲杆件（盖梁、纵梁），其弹性挠度为对应结构自由跨度1/400；
⑷ 钢模板面板变形为1.5mm；
⑸ 钢模板钢楞、柱箍变形为3.0mm。
⒏ 对拉螺栓和扣件应依据计算配置，并应采取方法降低钢模板上钻孔。

四、 材料性能

材料变形模量和许可应力（MPa） 表3
工程类别
公路、市政
工民建
应力种类
A3钢
16Mn
木材
A3钢
木材
A3
A4
A3
轴向应力[σ]
140
200
8
7
205

弯曲应力[σw]
145
210
12
11
205
13
剪应力[τ]
85
120
1.9
1.7
125
1.4
节点销子
孔壁承压应力
210
300

弯应力
240
340

弹性模量E
2.1×105

9000
9000
2.06×105
10000
剪切模量G
0.81×105

注：① 支架作临时性结构，许可应力提升系数可取1.3，但节点销子许可弯应力在任何荷载作用下，均不得提升；
② 木材适适用于A3（广东松）、A4（杉木）等，其它木材参见《木结构设计规范》（GB50005-）；
③ 表中木材应力为顺纹方向，木材顺纹受压及承压许可应力[σa]= [σw]；
④ 表中木材剪应力为弯曲剪应力，顺纹剪应力低于表中所表示之值。

五、 计算简图
各类构件均按最不利工况、最不利荷载组合进行设计或校核。
⒈ 同类型支承结构模板、支架，选最大跨度计算；不等跨连续梁可采取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，比如单一集中荷载作用时，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采取1.05～l.1 l0（l0为净跨距）和支座中点间距离二者中大值；
⒊ 结构形状及荷载均对称偶数跨连续梁，只要取对称中心线一边半个结构进行计算，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偶数跨连续梁，只要取对称中心线一边半个结构进行计算，中间支座仍为铰支（见图3）。

六、 基础计算公式
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和此相当偏心受压(受拉)
N／A±M／W≤[σ] 或 [σw]
⑷ 受弯曲剪应力 τmax＝QSm／(δIm)≤Cτ[τ]
式中：σ、σw、τmax——验算截面轴向应力、弯曲应力和最大剪应力；
[σ]、[σw]、[τ]——轴向应力、弯曲应力和剪应力许可值；
N、M、Q——验算截面计算轴向力、弯矩和剪力；
A、δ、W——验算截面计算面积、腹板厚度、对主轴计算截面模量；
Im、Sm——毛截面惯性矩、中性轴以上毛截面对中性轴面积矩；
Cτ——剪应力分布不均匀时许可应力增大系数，令τ0＝Q／(hδ)
许可剪应力增大系数Cτ 表4
Kc＝τmax／τ0
≤1.25
1.25＜Kc＜1.50
≥1.50
Cτ
1.0
按直线百分比计算
1.25
兼受轴向力和弯曲作用时许可法向应力取值：如N／A≥M／W，则采取[σ]；，如N／A＜M／W，则采取[σw]。
① 对矩形截面 τmax＝1.5Q／A
② 对钢管等环形截面 τmax＝1.5Q／A
③ 对工字钢可直接查表得出Im／Sm之值
④ 对槽钢(δ＝d)
U口水平放置时 Sm＜(A／2)·(h－t)／2＝A(h－t)／4＜Ah／4
τmax＝QAh／(4Ixδ)
U口朝上或朝下放置时 Sm＝2(b－Zo)t(b－Zo)／2
τmax＝Qt(b－Zo)2／(δIy)
式中：Ix、Iy、Zo——分别为槽钢对x轴（对称轴）、y轴惯性矩及槽钢形心至腹板外缘距离，详见GB707《热轧一般槽钢》；
h、d、b、t——分别为腹板高度、腹板宽度、肢（翼板）宽度和平均肢厚。

⒉ 刚度计算
fmax／l≤[f／l] 或 fmax≤[f]
式中：fmax、l——验算跨度内最大挠度、计算跨度；
[f]、[f／l]——挠度许可值、挠跨比许可值，[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]
受压弯成和此相当偏心受压 N／A＋φ1M／(μφ2W)≤φ1[σ]
式中：φ1——轴心受压构件纵向弯曲系数，依据构件材质、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纵向弯曲系数；当验算失稳平面和弯矩作用平面一致时，或对箱形截面构件，取φ2＝1；
μ——考虑弯矩因构件受压而增大所引用值：
当N／A≤0.15φ1[σ]时，取μ＝1；
当N／A＞0.15φ1[σ]时，取μ＝m{1－[(n1N／(EA)](λ／π)2}
n1——受压杆件许可应力安全系数，对支架计算取n1＝1.7；
m——荷载组合弯矩系数，对支架计算取l.0；
E——构件弹性横量。
φ2和μ选择详见《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025－86）。
⑵ 计算长度l0选择
① 钢管立杆计算长度l0＝μkh或l0＝h+2a
式中：h、a——立杆步距、立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点长度；
μ、k——计算长度系数、计算长度附加系数，k＝1.155，μ值详见《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-）。
② 钢质立柱计算长度l0＝μl
③ 桁架弦杆和单系腹杆计算长度详见《钢结构设计规范》（GB50017）。
⑶ 杆件许可长细比
① 钢管支架立杆长细比应小于250；
② 受压钢构件长细比，柱、桁架、柱缀条、吊车梁等构件应小于150，用以降低受压构件应小于200；
③ 受拉钢构件长细比，桁架杆件应小于250～350，其它构件详见GB50017；
④ 受压木构件长细比，关键构件应小于100，连接构件应小于150。
⑷ 支架立杆轴向力N及风荷载产生弯矩
不组合风荷载时 N＝1.2NG＋1.4NQ＝1.2(NG1＋NG2)+1.4NQ
组合风荷载时
扣件式钢管支架 N＝1.2NG＋0.85×1.4NQ
门式支架 N＝1.2NG＋0.85×1.4(NQ＋2Mk／b)
由风荷载设计值产生扣件式钢管支架立杆弯矩
Mw＝0.85×1.4Mk＝0.085×0.14ωklah2
式中：NG、NQ——恒载、动载产生轴向力总和；
NG1、NG2——支架结构自重（包含钢筋混凝土自重）、构配件自重标准值产生轴向力；
Mk——风荷载标准值产生弯矩，门式支架Mk＝0.1qkH12，扣件式钢管支架Mk＝0.1ωklah2；
ωk、qk——风荷载标准值、风线荷载标准值，qk＝lωk；
b、H1——门架宽度、连墙件竖向间距；
la、l——立杆纵距、门式钢管支架计算单元长度，MF1219门架l取1.83m。
N可采取立杆上部支承梁最大支座反力加上支架和配件自重。
⑸ 扣件式钢管支架按稳定计算搭设高度Hs
不组合风荷载 Hs＝(φAf－1.2NG2－1.4NQ)／(1.2gk)
组合风荷载 Hs＝[φAf－1.2NG2－0.85×1.4(NQ＋φAMk／W)]／(1.2gk)
当计算结果Hs≥26m时，可调整为 [H]=Hs／(1+0.001Hs)≤50m
式中：Hs、[H]——按稳定计算支架搭设高度、搭设高度限值；
gk——每米立杆承受结构自重标准值（kN/m）；
f、W——钢材抗压强度设计值205N/mm2、立杆截面模量。
⑹ 门式架支架按稳定计算搭设高度Hd
不组合风荷载 Hd＝(φAf－1.4NQ)／(1.2NG)
组合风荷载 Hd＝[φAf－0.85×1.4(NQ＋2Mk／b)]／(1.2NG)

⒋ 木结构稳定性计算
⑴ 轴心受压 σa＝N／(φA0)≤[σa]
式中：σa、[σa]、N——计算压应力、木材许可压应力、计算纵向力；
A0——截面计算面积
木材无缺口时，A0=Am，Am为构件毛截面面积；
缺口不在边缘时，A0=0.9Am；
缺口在边缘且不对称时，取净截面面积作A0；
木材缺口在边缘且不对称时，应按偏心受压构件计算。
φ——构件纵向弯曲系数
λ≤80时 φ=1.02－0.55(0.01λ+0.20)2
λ＞80时 φ=3000／λ2
λ、i——构件长细比、截面回转半径，λ=l0／i，i=(Im／A0)1/2；
l0、l——受压构件计算长度、实际长度（或高度），l0=μl；
Im——计算截面毛截面惯性矩；
μ——计算长度系数，按表5选择。
计算长度系数 表5
支座形式
两端铰接
两端固接
一端固接一端自由
一端固接一端铰接
μ
1.0
0.65
2.0
0.8

⑵ 偏心受压构件 N／Ao＋φM[σa]／(W[σw])≤φ[σa]
当φ=1时，Ao取净截面面积。
验算垂直于弯矩作用平面稳定时，可不考虑弯曲影响，按下式验算：
σa=N／(φAo)≤[σa]
⑶ 组合受压构件长细比λ按下列方法计算
对经过组合构件全部单肢杆件截面重心x轴，λ计算和整体构件相同；
对y轴 λ=[(μyλy)2+λ12]1/2
式中：λy——整个构件对y轴长细比，不考虑结合松弛性，按构件计算长度l0计算；
λ1、μy——单肢杆件对其本身重心轴I—I长细比、长细比换算系数；λ1、μy计算方法见《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025—86)。