閱讀 14167 次 半圓形大截面薄腹框架梁模板支撐方案
摘要:通過對(duì)模板及支撐體系的計(jì)算,保證了大截面框架梁的順利施工,同時(shí)盡可能的利用了現(xiàn)有的材料。...
半圓形大截面薄腹框架梁模板支撐方案
劉瑞牛
(陜西建工集團(tuán)第二建筑工程有限公司)
西安國(guó)際港務(wù)區(qū)行政信息中心D座建設(shè)工程地上三層,總建筑面積5900㎡。由若干個(gè)不同直徑圓弧組成,平面呈水滴狀。
根據(jù)使用功能,頂層局部為網(wǎng)架結(jié)構(gòu),作為承重的基本構(gòu)件,框架梁截面呈矩形,平面為半圓形,且內(nèi)外板面高差達(dá)1.9m,基本布置如下圖所示:


一、參數(shù)信息
梁段信息:WKL-F6斷面尺寸為350×2020,KL-7斷面尺寸為350×2400;取斷面最大者進(jìn)行計(jì)算。
1.腳手架參數(shù)
立柱梁跨度方向間距:0.50 m;立桿上端伸出至模板支撐點(diǎn)長(zhǎng)度:0.30 m;
腳手架步距:1.50 m;腳手架搭設(shè)高度:4.30 m;
搭設(shè)見圖示。
2.荷載參數(shù)
模板與木塊自重(kN/m2):0.35;
混凝土和鋼筋自重(kN/m3):25.0;
傾倒混凝土荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2):2.0;
施工均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2):2.0;
3.木方參數(shù)
木方彈性模量E(N/mm2):9500.0;木方抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2):13.0;
木方抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2):1.3;木方的間隔距離(mm):300.0;
木方的截面寬度(mm):80.0;木方的截面高度(mm):100.0;
4.其他
采用的鋼管類型(mm):Φ48×3.5。
扣件和可調(diào)支撐均為標(biāo)準(zhǔn)型,扣件抗滑承載力系數(shù):0.80;
二、梁底支撐的計(jì)算
作用于支撐鋼管的荷載包括梁與模板自重荷載,施工活荷載等。
1.荷載的計(jì)算:
(1)鋼筋混凝土梁自重(kN/m):
q1 = 25.0×2.4×0.5=30.0 kN/m;
(2)模板的自重線荷載(kN/m):
q2 = 0.35×0.5×(2×2.4+0.35)/ 0.35=2.575 kN/m;
(3)活荷載為施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值與振、倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載(kN):
經(jīng)計(jì)算得到,活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 P1= (2.0+2.0)×0.35×0.5=0.7 kN;
2.木方楞的支撐力計(jì)算
均布荷載q=1.2×30+1.2×2.575
=39.090 kN/m;
集中荷載 P = 1.4×0.700=0.980 kN;
木方計(jì)算簡(jiǎn)圖
經(jīng)過計(jì)算得到從左到右各木方傳遞集中力[即支座力]分別為:
N1=2.596 kN; N2=9.526 kN;N3=2.596 kN;
木方按照三跨連續(xù)梁計(jì)算,木方的截面慣性矩I和截面抵抗矩W分別為:
W=8×10×10/6 = 133.33 cm3;
I=8×10×10×10.0/12 = 666.67 cm4;
木方強(qiáng)度計(jì)算:
最大彎矩考慮為靜荷載與活荷載的計(jì)算值最不利分配的彎矩和,計(jì)算公式如下:
均布荷載:q = 9.526/0.500=19.052 kN/m;
最大彎距:M =0.1ql2= 0.1×19.052×0.5×0.5= 0.476 KN·m;
截面應(yīng)力:σ= M / W = 0.476×106/133333.3 = 3.572 N/mm2;
木方的計(jì)算強(qiáng)度小于13.0 N/mm2,滿足要求!
木方抗剪計(jì)算:
最大剪力的計(jì)算公式如下: Q = 0.6ql
截面抗剪強(qiáng)度必須滿足: T = 3Q/2bh < [T]
其中最大剪力: Q = 0.6×19.052×0.5 = 5.716 kN;
截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算值 T = 3×5715.737/(2×80×100) = 1.072 N/mm2;
截面抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 [T] = 1.300 N/mm2;抗剪強(qiáng)度計(jì)算滿足要求!
木方撓度計(jì)算:
最大撓度考慮為靜荷載與活荷載的計(jì)算值最不利分配的撓度和,計(jì)算公式如下:
最大變形 V= 0.677×15.877×500 /(100×9500×666.667×103)=0.106 mm;
木方的最大撓度小于 500.0/250,滿足要求!
3.支撐鋼管的強(qiáng)度計(jì)算
支撐鋼管按照連續(xù)梁的計(jì)算如下

計(jì)算簡(jiǎn)圖(kN)

支撐鋼管變形圖(mm)

支撐鋼管彎矩圖(kN·m)
經(jīng)過連續(xù)梁的計(jì)算得到:
支座反力 RA = RB=0.638 kN
中間支座最大反力Rmax=13.455 kN;
最大彎矩 Mmax=0.3 kN·m;
最大變形 Vmax=0.06 mm;
截面應(yīng)力:
σ=0.33×106/5080.0=64.338 N/mm2;
支撐鋼管的計(jì)算強(qiáng)度小于205.0 N/mm2,滿足要求!
三、梁底縱向鋼管計(jì)算
縱向鋼管只起構(gòu)造作用,通過扣件連接到立桿。
四、扣件抗滑移及可調(diào)支座穩(wěn)定性驗(yàn)算
可調(diào)支座的螺紋和螺母主要承受豎向剪力,最大為13.37kN。由于螺紋寬度較大且呈條狀,受力面積較大,同時(shí)鋼的抗剪能力大,因此不做穩(wěn)定性驗(yàn)算。
按照扣件抗滑承載力系數(shù)0.80,該工程實(shí)際的垂直單扣件承載力取值為6.4kN 。
縱向或橫向水平桿與立桿連接時(shí),扣件的抗滑承載力按照下式計(jì)算:
R ≤ Rc
其中 Rc -- 扣件抗滑承載力設(shè)計(jì)值,取6.4 kN;
R -- 縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設(shè)計(jì)值;
計(jì)算中RA = RB=0.319 kN,單扣件抗滑承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算滿足要求!
五、立桿的穩(wěn)定性計(jì)算
立桿的穩(wěn)定性計(jì)算公式:

其中 N -- 立桿的軸心壓力設(shè)計(jì)值,它包括:
橫桿的最大支座反力: N1 =13.366 kN ;
腳手架鋼管的自重: N2 = 1.2×0.129×4.3 = 0.666 kN;
N =13.455+0.666=14.111 kN;
φ-- 軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù),由長(zhǎng)細(xì)比 lo/i 查表得到;
i -- 計(jì)算立桿的截面回轉(zhuǎn)半徑 (cm):
i = 1.58;
A -- 立桿凈截面面積 (cm2):
A = 4.89;
W -- 立桿凈截面抵抗矩(cm3):
W = 5.08;
σ-- 鋼管立桿抗壓強(qiáng)度計(jì)算值 ( N/mm2);
[f] -- 鋼管立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:
[f] =205.0 N/mm2;
lo -- 計(jì)算長(zhǎng)度 (m);
參照《扣件式規(guī)范》,由公式(1)或(2)計(jì)算
lo = k1uh (1)
lo = (h+2a) (2)
k1 -- 計(jì)算長(zhǎng)度附加系數(shù),按照表1取值為:1.167 ;
u -- 計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù),參照《扣件式規(guī)范》表5.3.3,u =1.7;
a -- 立桿上端伸出頂層橫桿中心線至模板支撐點(diǎn)的長(zhǎng)度:a =0.3 m;
公式(1)的計(jì)算結(jié)果:
立桿計(jì)算長(zhǎng)度 Lo = k1uh = 1.167×1.7×1.5 = 2.976 m;
Lo/i = 2975.85 / 15.8 = 188.0 ;
由長(zhǎng)細(xì)比 lo/i 的結(jié)果查表得到軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)φ= 0.203 ;
鋼管立桿受壓強(qiáng)度計(jì)算值 ;
σ=14032.184/(0.203×489) = 141.358 N/mm2;
立桿穩(wěn)定性計(jì)算 σ = 141.358 N/mm2 小于 [f] = 205,滿足要求!
立桿計(jì)算長(zhǎng)度 Lo = h+2a = 1.5 + 0.3×2 = 2.1 m;
Lo/i = 2100 / 15.8 = 133 ;
公式(2)的計(jì)算結(jié)果:
由長(zhǎng)細(xì)比 lo/i 的結(jié)果查表得到軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)φ= 0.381 ;
鋼管立桿受壓強(qiáng)度計(jì)算值 ;σ=14111/(0.381×489) = 75.317 N/mm2;
立桿穩(wěn)定性計(jì)算 σ = 75.317 N/mm2 小于 [f] = 205.0滿足要求!
如果考慮到高支撐架的安全因素,適宜由公式(3)計(jì)算
lo = k1k2(h+2a) (3)
k2 -- 計(jì)算長(zhǎng)度附加系數(shù),
h+2a = 2.1 按照表2取值1.001;
公式(3)的計(jì)算結(jié)果:
立桿計(jì)算長(zhǎng)度:
Lo = k1k2(h+2a) = 1.167×1.001×(1.5+0.3×2) = 2.453 m;
Lo/i = 2453.151 / 15.8 = 155 ;
由長(zhǎng)細(xì)比 lo/i 的結(jié)果查表得到軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)φ= 0.291 ;
鋼管立桿受壓強(qiáng)度計(jì)算值:σ=14111/(0.291×489) = 98.611 N/mm2;
立桿穩(wěn)定性計(jì)算 σ = 98.611 N/mm2 小于 [f] = 205.00滿足要求!
六、梁側(cè)模板計(jì)算
梁寬度取350mm計(jì)算,梁模板用19厚膠合板,內(nèi)楞采用80×100mm方木沿梁高豎向布置,間距300mm,外楞采用兩根并排鋼管,間距為500mm,對(duì)拉螺栓采用φ12鋼筋,間距500×400mm。混凝土采取分節(jié)澆筑,每節(jié)澆筑高度0.5m,混凝土澆筑速度為1.8m/h,澆筑時(shí)溫度為20℃。
⑴荷載計(jì)算
梁木模受到的側(cè)壓力為:
由 F=0.22γc(200/T+15)β1β2 v1/2
本工程為商品混凝土且泵送,因此取β1=1.2,β2=1.15
則 F=0.22×25×200/35×1.2×1.15×1.81/2=58.19KN/m2
F=γcH=25×2.5=12.5KN/m2
由于此次主要澆筑為框架梁,其他梁板截面較小,因此取大值F=58.19 KN/m2作為對(duì)模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值,考慮傾倒時(shí)混凝土產(chǎn)生的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值4 KN/m2,分別取荷載分項(xiàng)系數(shù)1.2和1.4。則作用于模板的總荷載設(shè)計(jì)值為:q=58.19×1.2+4×1.4=75.308 KN/m2。
⑵驗(yàn)算:
① 模板驗(yàn)算
強(qiáng)度驗(yàn)算:(取1m高模板計(jì)算)
則q1=75.308×1=75.308KN/m
模板的厚度為19mm,則
W=1000×192/6=60167mm3,
I=1000×193/12=571583mm4
一般按三跨連續(xù)梁考慮
Mmax=0.1q1l2=0.1×75.308×0.32 =0.678 KN·m
則σ=Mmax/W=0.678×106/60167
=11.27N/mm2<13N/mm2 滿足
剛度驗(yàn)算:
剛度驗(yàn)算采用標(biāo)準(zhǔn)荷載,且不考慮振動(dòng)荷載作用,則
q2=58.19×1=58.19KN/m
則撓度 ω=0.677q2l4/100EI=58.19×3004/150×9×103×571583=0.61mm<[ω]=300/400=0.75mm 滿足
②內(nèi)楞驗(yàn)算
用80×100mm方木作內(nèi)楞則:
I=80×1003/12=6.67×106mm4 ,
W=80×1002/6=133333mm3,
外鋼楞(豎向鋼管)間距為500mm。
強(qiáng)度驗(yàn)算:
內(nèi)楞承受荷載按三跨連續(xù)梁考慮
q3=75.308×0.3=22.59 KN/m
M=0.1q3l2=0.1×22.59×0.52=0.640 KN·m
則σ=M/W=0.640×106/133333=4.8 N/mm2<fm=13 N/mm2 滿足
剛度驗(yàn)算:
q2=58.19×0.3=17.46 KN/m
撓度:ω=0.677q2l4/100EI =17.46×5004/150×9×103×6.67×106 =0.12mm<[ω]=500/400=1.25mm 滿足
③對(duì)拉螺栓驗(yàn)算
一個(gè)螺栓承受的集中力(拉力):N=75.308×0.4×0.5=15.06KN
而每根螺栓承受拉力允許值:
[N]=Af=π×62×215=24316N=24.32KN>N=15.06KN 故滿足。
七、側(cè)向支撐及荷載傳遞
1、側(cè)向支撐
將滿堂架作為側(cè)向力支撐,為增加整體剛度,將靠近梁邊兩跨垂直梁部分加設(shè)剪刀撐。
2、荷載傳遞
為防止集中荷載對(duì)二層梁板構(gòu)件造成破壞,對(duì)二層對(duì)應(yīng)的梁板構(gòu)件用立桿進(jìn)行支撐,要求盡量與上層支撐上下對(duì)應(yīng);二層支撐待框架梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范規(guī)定的拆模強(qiáng)度后拆除。
八、編制依據(jù)
1、《施工手冊(cè)》(第四版)
2、屋面結(jié)構(gòu)平面(局部)圖紙
3、《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)程》
4、《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)程》
(本文來源:陜西省土木建筑學(xué)會(huì) 文徑網(wǎng)絡(luò):文徑 尹維維 編輯 劉真 審核)
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