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研发中心高支模板方案新

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第一章 概 况
1、 工程概况
廊坊精雕数控机床制造基地研发中心主体结构, 首层层高大于4m, 因此此部份主体结构施工时, 模板的支设都属于高支架模板。
2、 编制依据
该设计计算依据为《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》( JGJ130- ) 、 《混凝土结构设计规范》GB50010- 、 《建筑结构荷载规范》(GB 50009- )等规范编制。
因本工程首层梁板支架高度均大于4米, 根据有关文献建议, 如果仅按规范计算, 架体安全性仍不能得到完全保证。为此计算中还参考了《施工技术》 ,《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》中的部分内容。
3、 施工方法
( 1) 严格遵守《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》( JGJ130－ ) 要求。支撑架采用Φ48×3.5钢管。
( 2) 立杆纵向间距1m, 横向间距为1m, 横杆间距( 步高) 为1.50m。第一步架步高不得大于1.8m, 且大横杆水平偏差不得大于5cm。搭设时拉线对齐。
( 3) 脚手架各杆件相交伸出的端头均应大于10cm, 以防杆件滑落。
( 4) 纵向水平杆接长应采用对接扣件或搭接并应符合下列规定:
两根相邻纵向水平杆的接头不应设置在同步或同跨内; 不
同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离不应小于500mm, 各接头中心至最近主节点的距离不应大于纵距的1/3。

搭接长度不应小于1m, 应等间距设置3个旋转扣件固定, 端部扣件盖板边缘至搭接纵向水平杆杆端的距离不应小于100mm。
立杆采用对接接长时, 立杆的对接扣件应交错布置, 两根相邻立杆的接头不应设置在同步内, 同步内隔一根立杆的两个相邻接头在高度方向错开的距离不宜小于500mm, 各接头中心至主节点的距离不宜大于步距的1/3。
( 5) 满堂支撑架应根据架体的类型设置剪刀撑并应符合下列规定:
在架体外侧周边及内部纵、 横向每5m-8m, 应由底至顶设置连续竖向剪刀撑, 剪刀撑应为5m-8m,
在竖向剪刀撑顶部交点平面应设置连续水平剪刀撑。当支撑高度超过8mm, 扫地杆的设置层应设置水平剪刀撑。水平剪刀撑至架体底平面距离与水平剪刀撑间距不宜超过8m。
( 6) 满堂支撑架的可调底座, 可调拖撑螺杆伸出长度不宜超过300mm, 插入力杆内的长度不应小于150mm。
( 7) 当满堂支撑架高宽比大于2或2.5时, 满堂支撑架应在支撑架的四周和中部与结构柱进行刚性连接, 连接件水平间距应为6m-9m, 竖向间距应为2m-3m。
( 8) 满堂支撑架立杆伸出顶层水平杆中心至支撑点的长度不应超过0.5m。
垂直度的偏差控制在±50mm以内, 横杆在每一面脚手架范围内的纵向水平高差不得超过20mm, 局部高低差不得超过5cm。
( 9) 纵向或横向水平杆的轴线对立杆轴线的偏心距不大于55mm
( 10) 支架立杆下应设置木垫板, 垫板采用40×140×2660垫木。
( 11) 浇注梁板砼时, 应专人看护, 发现紧固件滑动或杆件变形异常时, 应立即报告, 由值班施工员组织人员, 把滑移部位顶回原位, 以及加固变形杆件, 防止质量事故和连续下沉造成意外坍塌。
4、 安装安全技术措施
( 1) 应遵守高处作业安全技术规范有关规定。
( 2) 立杆应间隔交叉有同长度的钢管, 将相邻立杆的对接接头位于不同高度上, 使立杆的薄弱截面错开, 以免形成薄弱层面, 造成支撑体系失稳。
( 3) 所有钢管、 扣件等材料必须经检验符合规格, 无缺陷方可使用。
( 4) 模板及其支撑系统在安装过程中须设置防倾覆的可靠临时措施。
( 5) 施工现场应搭设工作梯, 作业人员不得爬支架上下。
( 6) 高支模上高空临边要有足够的操作平台和安全防护, 特别在平台外缘部分应加强防护。
( 7) 模板安装、 钢筋绑扎、 砼浇筑时应避免材料、 机具、 工具过于集中堆放。
( 8) 不准架设探头板及未固定的杆。
( 9) 扣件的紧固是否符合要求, 可使用矩扳手实测, 要40～60N.M。
( 10) 安装模板按工序进行, 模板没有固定不得进行下一道工序作业。
5、 拆除安全技术措施
( 1) 模板拆除须待受力结构板达到规范要求强度后进行, 防止倒塌事故发生。
( 2) 拆模板, 应经施工技术人员按试块强度检查, 确认砼已达到拆模强度时, 方可拆除。
( 3) 拆模应严格遵守从上而下的原则, 先拆除非承重模板, 后拆除重模板, 禁止抛掷模板。
( 4) 高处、 复杂结构模板的拆除, 应有专人指挥和切实可靠的安装措施, 并在下面标出作业区, 严禁非操作人员靠近, 拆下的模板应集中吊运, 并多点捆牢, 不准向下乱仍。
( 5) 工作前, 应检查所有的工具是否牢固, 扳手等工具必须用绳链系挂在身上, 工作时思想集中, 防止钉子扎脚和从空中滑落。
( 6) 拆除模板采用长撬杆, 严禁操作人员站在拆除的模板下。在拆除楼板模板时, 要注意防止整块模板掉下, 特别是用定型模板作平台模板时, 更要注意, 防止模板突然全部掉下伤人。
( 7) 拆除间歇时, 应将已活动模板、 拉杆、 支撑等固定牢固, 严防突然掉落, 倒塌伤人。
( 8) 已拆除的模板、 拉杆、 支撑等应及时运走或妥善堆放, 严防操作人员因扶空、 踏空堕落。
( 9) 在混凝土墙体、 平台上有预留洞时, 应在模板拆除后, 随即在墙洞上做好安全防护, 或将板的洞盖严。
第二章 板模板( 扣件钢管高架) 设计计算
一、 参数信息:
1.模板支架设计
横向间距或排距(m):1.00; 纵距(m):1.00; 步距(m):1.50;
立杆上端伸出长度(m):1.0; 模板支架搭设高度(m):6.00;
采用的钢管(mm):Φ48×3.5 ;
扣件连接方式:考虑扣件的保养情况, 扣件抗滑承载力系数:0.80;
板底支撑连接方式:方木支撑;
2.荷载参数
模板与木板自重(kN/m2):0.350; 混凝土与钢筋自重(kN/m3):25.000;
施工均布荷载标准值(kN/m2):2.500;

二、 立杆的稳定性计算:
立杆的稳定性计算公式:

其中 N ---- 立杆的轴心压力设计值(kN) : N = 11.916 kN;
φ---- 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 lo/i 查表得到;
i ---- 计算立杆的截面回转半径(cm) : i = 1.58 cm;
A ---- 立杆净截面面积(cm2): A = 4.89 cm2;
W ---- 立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3): W=5.08 cm3;
σ-------- 钢管立杆最大应力计算值 (N/mm2);
[f]---- 钢管立杆抗压强度设计值 : [f] =205 N/mm2;
L0---- 计算长度 (m);
如果完全参照《扣件式规范》, 按下式计算
l0 = h+2a
k1---- 计算长度附加系数, 取值为1.155;
u ---- 计算长度系数, 参照《扣件式规范》表5.3.3; u = 1.7;
a ---- 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度; a = 1.0m;
上式的计算结果:
立杆计算长度 L0 = h+2a = 1.5+1.0×2 = 0.17 m;
L0/i = 170 / 15.8 = 10.8 ;
由长细比 Lo/i 的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.53 ;
钢管立杆的最大应力计算值 ; σ=13716.48/( 0.53×489) = 52.925 N/mm2;
钢管立杆的最大应力计算值 σ= 52.925 N/mm2 小于 钢管立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2, 满足要求!
如果考虑到高支撑架的安全因素, 适宜由下式计算
l0 = k1k2(h+2a)
k1 -- 计算长度附加系数按照表1取值1.185;
k2 -- 计算长度附加系数, h+2a = 0.17 按照表2取值1.007 ;
上式的计算结果:
立杆计算长度 Lo = k1k2(h+2a) = 1.185×1.007×(1.5+0.5×2) = 2.029 m;
Lo/i = 2028.602 / 15.8 = 128 ;
由长细比 Lo/i 的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.406 ;
钢管立杆的最大应力计算值 ; σ=13716.48/( 0.406×489) = 69.089 N/mm2;
钢管立杆的最大应力计算值 σ= 69.089 N/mm2 小于 钢管立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2, 满足要求!
模板承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件, 否则存在安全隐患。

以上表参照 : 《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》。

第三章 梁模板( 扣件钢管高架) 设计计算

一、 参数信息
1.模板支撑及构造设计
梁截面宽度 B(m):0.40;
梁截面高度 D(m):0.80
混凝土板厚度(mm):120;
立杆梁跨度方向间距La(m):1.00;
立杆上端伸出至模板支撑点长度a(m):1.0;
立杆步距h(m):1.50;
梁支撑架搭设高度H(m): 6.0;
梁两侧立柱间距(m):1.30;
承重架支设:多根承重立杆, 方木支撑垂直梁截面;
梁底增加承重立杆根数:2;
板底承重立杆横向间距或排距Lb(m):1.00;
采用的钢管类型为Φ48×3.5;
扣件连接方式:单扣件, 考虑扣件质量及保养情况, 取扣件抗滑承载力折减系数:0.80;
2.荷载参数
模板自重(kN/m2):0.35;
钢筋自重(kN/m3):1.50;
施工均布荷载标准值(kN/m2):2.5;
现浇混凝土侧压力标准值(kN/m2):18.0;
倾倒混凝土侧压力(kN/m2):2.0;
振捣混凝土荷载标准值(kN/m2):2.0
3.梁底模板参数
梁底方木截面宽度b(mm): 50.0;
梁底方木截面高度h(mm): 100.0;
梁底纵向支撑根数: 2;
面板厚度(mm): 12.0;
4.梁侧模板参数
穿梁螺栓水平间距(mm): 900;
穿梁螺栓竖向根数: 1;
穿梁螺栓直径(mm): M12;
截面类型为圆钢管48×3.5;
二、 穿梁螺栓的计算
验算公式如下:

其中 N -- 穿梁螺栓所受的拉力;
A -- 穿梁螺栓有效面积 (mm2);
f -- 穿梁螺栓的抗拉强度设计值, 取170 N/mm2;
查表得:
穿梁螺栓的直径: 12 mm;
穿梁螺栓有效直径: 9.85 mm;
穿梁螺栓有效面积: A= 76 mm2;
穿梁螺栓所受的最大拉力: N =18×0.5×0.3 =2.7 kN。
穿梁螺栓最大容许拉力值: [N] = 170×76/1000 = 12.92 kN;
穿梁螺栓所受的最大拉力 N=2.7kN 小于 穿梁螺栓最大容许拉力值 [N]=12.92kN, 满足要求!
三、 梁底模板计算
面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和挠度。计算的原则是按照模板底支撑的间距和模板面的大小,按支撑在底撑上的三跨连续梁计算。
强度验算要考虑模板结构自重荷载、 新浇混凝土自重荷载、 钢筋自重荷载和振捣混凝土时产生的荷载; 挠度验算只考虑模板结构自重、 新浇混凝土自重、 钢筋自重荷载。
本算例中, 面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W = 1000×18×18/6 = 5.40×104mm3;
I = 1000×18×18×18/12 = 4.86×105mm4;
1.抗弯强度验算
按以下公式进行面板抗弯强度验算:

其中, σ -- 梁底模板的弯曲应力计算值(N/mm2);
M -- 计算的最大弯矩 (kN.m);
l--计算跨度(梁底支撑间距): l =100.00mm;
q -- 作用在梁底模板的均布荷载设计值(kN/m);
现浇混凝土及钢筋荷载设计值:
q1: 1.2×( 24.00+1.50) ×1.00×0.80×0.40=22.03kN/m;
模板结构自重荷载:
q2:1.2×0.4×1.00×0.80=0.38kN/m;
振捣混凝土时产生的荷载设计值:
q3: 1.4×2.00×1.00×0.80=2.52kN/m;
q = q1 + q2 + q3=22.03+0.38+2.52=24.93kN/m;
跨中弯矩计算公式如下:

Mmax = 0.10×24.93×0.12=0.025kN.m;
σ =0.025×106/5.40×104=0.462N/mm2;
梁底模面板计算应力 σ =0.462 N/mm2 小于 梁底模面板的抗压强度设计值 [f]=13N/mm2, 满足要求!
2.挠度验算
根据《建筑施工计算手册》刚度验算采用标准荷载, 同时不考虑振动荷载作用。
最大挠度计算公式如下:

其中, q--作用在模板上的压力线荷载:
q =( (24.0+1.50)×0.800+0.4) ×1.00= 20.75KN/m;
l--计算跨度(梁底支撑间距): l =100.00mm;
E--面板的弹性模量: E = 9500.0N/mm2;
面板的最大允许挠度值:[ω] =100.00/250 = 0.400mm;
面板的最大挠度计算值: ω = 0.677×20.75×1004/(100×9500×4.86×105)=0.003mm;
面板的最大挠度计算值: ω =0.003mm 小于 面板的最大允许挠度值:[ω] = 100 / 250 = 0.4mm, 满足要求!
四、 梁底支撑的计算
本工程梁底支撑采用方木。
强度及抗剪验算要考虑模板结构自重荷载、 现浇混凝土自重荷载、 钢筋自重荷载和振捣混凝土时产生的荷载; 挠度验算只考虑模板结构自重、 现浇混凝土自重、 钢筋自重荷载。
1.荷载的计算:
(1)钢筋混凝土梁自重(kN/m):
q1 = (24+1.5)×0.8×0.4=2.04 kN/m;
(2)模板的自重线荷载(kN/m):
q2 = 0.4×0.1×(2×0.8+0.4)/ 0.3=0.222 kN/m;
(3)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN/m):
经计算得到, 活荷载标准值 P1= (2.5+2)×0.1=0.45 kN/m;
2.方木的支撑力验算
静荷载设计值 q = 1.2×2.04+1.2×0.222=2.714 kN/m;
活荷载设计值 P = 1.4×0.45=0.63 kN/m;

方木计算简图
方木按照三跨连续梁计算。
本算例中, 方木的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=5×10×10/6 = 83.33 cm3;
I=5×10×10×10/12 = 416.67 cm4;
方木强度验算:
最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的设计值最不利分配的弯矩和, 计算公式如下:
线荷载设计值 q = 2.714+0.63=3.344 kN/m;
最大弯距 M =0.1ql2= 0.1×3.344×1×1= 0.334 kN.m;
最大应力 σ= M / W = 0.334×106/83333.3 = 4.013 N/mm2;
抗弯强度设计值 [f]=13 N/mm2;
方木的最大应力计算值 4.013 N/mm2 小于 方木抗弯强度设计值 13 N/mm2,满足要求!
方木抗剪验算:
最大剪力的计算公式如下:

截面抗剪强度必须满足:

其中最大剪力: V = 0.6×3.344×1 = 2.006 kN;
方木受剪应力计算值 τ = 3× .4/(2×50×100) = 0.602 N/mm2;
方木抗剪强度设计值 [τ] = 1.7 N/mm2;
方木的受剪应力计算值 0.602 N/mm2 小于 方木抗剪强度设计值 1.7 N/mm2,满足要求!
方木挠度验算:
最大挠度考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的挠度和, 计算公式如下:

q = 2.040 + 0.222 = 2.262 kN/m;
方木最大挠度计算值 ω= 0.677×2.262×10004 /(100×10000×416.667×104)=0.367mm;
方木的最大允许挠度 [ω]=1.000×1000/250=4.000 mm;
方木的最大挠度计算值 ω= 0.367 mm 小于 方木的最大允许挠度 [ω]=4 mm, 满足要求!
3.支撑钢管的强度验算
支撑钢管按照简支梁的计算如下
荷载计算公式如下:
(1)钢筋混凝土梁自重(kN/m2):
q1 = (24.000+1.500)×0.800= 20.400 kN/m2;
(2)模板的自重(kN/m2):
q2 = 0.350 kN/m2;
(3)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN/m2):
q3= (2.500+2.000)=4.500 kN/m2;
q = 1.2×(20.400 + 0.350 )+ 1.4×4.500 = 31.200 kN/m2;
梁底支撑根数为 n, 立杆梁跨度方向间距为a, 梁宽为b, 梁高为h,梁底支撑传递给钢管的集中力为P, 梁侧模板传给钢管的集中力为N 。
当n=2时:

当n＞2时:

计算简图(kN)
经过连续梁的计算得到:
支座反力 RA = RB=0.255 kN, 中间支座最大反力Rmax=3.652;
最大弯矩 Mmax=0.06 kN.m;
最大挠度计算值 Vmax=0.004 mm;
支撑钢管的最大应力 σ=0.06×106/5080=11.837 N/mm2;
支撑钢管的抗压设计强度 [f]=205.0 N/mm2;
支撑钢管的最大应力计算值 11.837 N/mm2 小于 支撑钢管的抗压设计强度 205.0 N/mm2,满足要求!
五、 梁底纵向钢管计算
纵向钢管只起构造作用, 经过扣件连接到立杆。
六、 立杆的稳定性计算:
立杆的稳定性计算公式

1.梁两侧立杆稳定性验算:
其中 N -- 立杆的轴心压力设计值, 它包括:
横杆的最大支座反力: N1 =0.255 kN ;
脚手架钢管的自重: N2 = 1.2×0.129×6=0.93 kN;
楼板的混凝土模板的自重: N3=1.2×(1.00/2+(0.60-0.30)/2)×1.00×0.35=0.273 kN;
楼板钢筋混凝土自重荷载:
N4=1.2×(1.00/2+(0.60-0.30)/2)×1.00×0.140×(1.50+24.00)=2.785 kN;
N =0.255+0.93+0.273+2.785=4.243 kN;
φ-- 轴心受压立杆的稳定系数, 由长细比 lo/i 查表得到;
i -- 计算立杆的截面回转半径 (cm): i = 1.58;
A -- 立杆净截面面积 (cm2): A = 4.89;
W -- 立杆净截面抵抗矩(cm3): W = 5.08;
σ -- 钢管立杆轴心受压应力计算值 ( N/mm2);
[f] -- 钢管立杆抗压强度设计值: [f] =205 N/mm2;
lo -- 计算长度 (m);
如果完全参照《扣件式规范》不考虑高支撑架, 按下式计算
lo = k1uh (1)
k1 -- 计算长度附加系数, 取值为: 1.155 ;
u -- 计算长度系数, 参照《扣件式规范》表5.3.3, u =1.7;
式的计算结果:
立杆计算长度 Lo = k1uh = 1.155×1.7×1.5 = 2.945 m;
Lo/i = 2945.25 / 15.8 = 186 ;
由长细比 lo/i 的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.207 ;
钢管立杆受压应力计算值 ; σ=4242.502/(0.207×489) = 41.912 N/mm2;
钢管立杆稳定性计算 σ = 41.912 N/mm2 小于 钢管立杆抗压强度的设计值 [f] = 205 N/mm2, 满足要求!
如果考虑到高支撑架的安全因素, 适宜由下式计算
lo = k1k2(h+2a) (2)
k1 -- 计算长度附加系数按照表1取值1.167;
k2 -- 计算长度附加系数, h+2a = 1.7 按照表2取值1.007 ;
上式的计算结果:
立杆计算长度 Lo = k1k2(h+2a) = 1.167×1.007×(1.5+0.1×2) = 1.998 m;
Lo/i = 1997.787 / 15.8 = 126 ;
由长细比 lo/i 的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.417 ;
钢管立杆受压应力计算值 ; σ=4242.502/(0.417×489) = 20.805 N/mm2;
钢管立杆稳定性计算 σ = 20.805 N/mm2 小于 钢管立杆抗压强度的设计值 [f] = 205 N/mm2, 满足要求!
2.梁底受力最大的支撑立杆稳定性验算:
其中 N -- 立杆的轴心压力设计值, 它包括:
梁底支撑最大支座反力: N1 =3.652 kN ;
脚手架钢管的自重: N2 = 1.2×0.129×(6-0.8)=0.93 kN;
N =3.652+0.93=4.458 kN;
φ-- 轴心受压立杆的稳定系数, 由长细比 lo/i 查表得到;
i -- 计算立杆的截面回转半径 (cm): i = 1.58;
A -- 立杆净截面面积 (cm2): A = 4.89;
W -- 立杆净截面抵抗矩(cm3): W = 5.08;
σ -- 钢管立杆轴心受压应力计算值 ( N/mm2);
[f] -- 钢管立杆抗压强度设计值: [f] =205 N/mm2;
lo -- 计算长度 (m);
如果完全参照《扣件式规范》不考虑高支撑架, 按下式计算
lo = k1uh (1)
k1 -- 计算长度附加系数, 取值为: 1.167 ;
u -- 计算长度系数, 参照《扣件式规范》表5.3.3, u =1.7;
上式的计算结果:
立杆计算长度 Lo = k1uh = 1.167×1.7×1.5 = 2.976 m;
Lo/i = 2975.85 / 15.8 = 188 ;
由长细比 lo/i 的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.203 ;
钢管立杆受压应力计算值 ; σ=4457.689/(0.203×489) = 44.906 N/mm2;
钢管立杆稳定性计算 σ = 44.906 N/mm2 小于 钢管立杆抗压强度的设计值 [f] = 205 N/mm2, 满足要求!
如果考虑到高支撑架的安全因素, 适宜由下式计算
lo = k1k2(h+2a) (2)
k1 -- 计算长度附加系数按照表1取值1.167;
k2 -- 计算长度附加系数, h+2a = 1.7 按照表2取值1.007 ;
上式的计算结果:
立杆计算长度 Lo = k1k2(h+2a) = 1.167×1.007×(1.5+0.1×2) = 1.998 m;
Lo/i = 1997.787 / 15.8 = 126 ;
由长细比 lo/i 的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.417 ;
钢管立杆受压应力计算值 ; σ=4457.689/(0.417×489) = 21.861 N/mm2;
钢管立杆稳定性计算 σ = 21.861 N/mm2 小于 钢管立杆抗压强度的设计值 [f] = 205 N/mm2, 满足要求!
模板承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件, 否则存在安全隐患。

以上表参照: 《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》