材料模板支架基础知识及顶板均为斜坡面施工方法探讨.doc

.- 模板支架基础及顶板均为斜面施工方法探讨 摘要 以工程实例探讨基础及支撑面为较小坡度斜面情况下扣件式钢管支模体系设计及施工，研究类似工程特别是城市建设中过街地道模板支架施工运用。 关键词 模板 支架 坡度 斜面 一、 工程概况 济南西客站场站一体化工程位于济南西区高铁站房以东，济西东路以南，站东路以西，站前路以北合围区域。项目处于济南西区交通枢纽中心，集高铁、地铁、公交、长途客运于一体。地下通道工程包括六处人行地下通道和两处地下车库出入口。 市政通道和汽车坡道基础均为筏板结构，顶板为板式结构，基础底板及顶板纵向分段，部分分段基础及顶板均为斜面，斜面主要坡度为1：12、1：20（5%），坡度较小。我方施工的市政通道设计参数具体见下表： 市政地下通道主要参数表 通道名称 长度(m) 宽度(m) 底板 厚度(mm) 顶板 厚度(mm) 支模 高度(mm) 坡度 段数 备注 通道一 55 12 1200 100 3500 1:12 1 通道三 56.2 8 750 650 4000 1:12 2 二、 方案选择及需要解决的主要问题 1、方案选择 本工程模板支架采用扣件式钢管满堂脚手架。 2、需要主要需要解决的问题 根据工程特点，模板支架主要需要解决三个问题： 1）、模板支架立杆根部在斜坡基础上的稳定性 包括立杆根部因平行斜坡面荷载而产生的平行于坡面位移，以及顶板荷载向下分力对立杆根部产生力矩而旋转。如下图所示。 2）、模板支架立杆顶端稳定性 主要是顶板荷载平行斜坡面分力对立杆顶部分力产生位移。如下图所示。 3）、模板支架纵向整体上性 因纵向坡度形成纵向水平杆不连续且与横向水平杆不能在同一高度接触，从而造成支架纵向整体性相对较差。如下图 3、主要问题的解决措施 上述坡道坡度较小（1：12），平行坡度方向荷载分力较小，因此解决上述问题主要通过构造措施来解决。 1）、支架根部 在支架基础平面位置预埋Φ25钢筋，并将立杆底部套住钢筋从而限制立杆根部位移和旋转。 2）、支架顶端 采用斜撑支撑在底板上并连接支架顶部立杆形成稳定三角形支撑。斜撑必须与相接触的立杆连接成整体，使支架杆件共同发挥作用。 3）、纵向水平杆尽量连续通过，无法通过时通过水平杆向邻跨延伸搭接一跨形成连接。 三、 构造要求 因本工程坡度较小，荷载在平行于坡面的荷载分力较小（只有十二分之一），支架计算可不考虑坡向分力影响；因此模板支架构造上在满足规范要求之外，尚须根据上述第二条中提出主要问题进行构造加强处理。具体构造加强做法如下： 1、 措施 在基础底板施工时预埋Φ25钢筋，长度500，锚入底板350，外露150mm。模板支架搭设时将立杆套在预埋钢筋上。预埋钢筋间距按纵横方向均为四跨梅花型布置。 预埋钢筋布置，基础钢筋绑扎完毕后，在基础上层钢筋网上按模板支架立杆布置放线预埋，并焊接牢固，严禁伸至底板底部。 设置防位移和旋转预埋钢筋处不再设垫板和底座。 2、 立杆顶端防位移措施 顶端移位采用斜撑连接顶部立杆并将斜撑钢管套在基础底板预埋钢筋上进行防治。斜撑钢筋采用Φ25钢筋，长度500，锚入底板350，外露150mm。 斜撑预埋钢筋间距纵横向按四跨梅花型布置，并与模板支架斜撑设置一致。 斜撑预埋钢筋斜向埋入基础底板，施工做法同立杆预埋钢筋。 模板支架斜撑根部套在预埋钢筋上，并用扣件连接立杆顶部、根部及跨内接触的事立杆，防止立杆顶部位移的同时，加强满堂架整体性。 3、 满堂架整体性加强措施 因纵向坡度影响，模板支架水平杆无法按设计的步距连续完整地与立杆相连接，致使模板支架纵向整体性相对较差。 处理办法：将纵向水平杆在不连续部位向邻跨延伸一跨进行搭接，使不连续水平杆通过搭接形成整体。 四、 搭设及拆除施工工艺 本工程模板支架构造复杂，搭设难度较大，重点需要解决预埋钢筋位置及纵向水平杆位置。支架搭图见通道支架纵向立面图和通道支架横向立面图。 1、 搭设施工工艺 底板钢筋绑扎→预埋钢筋放线预埋→底板混凝土浇筑→满堂支架放线→预埋钢筋修整→通长垫板放置→纵向扫地杆排放→立杆安装→横向扫地杆→纵向水平杆→横向水平杆→斜撑→剪撑→顶托安装调节→主楞安装→次楞摆放→模板安装 预埋钢筋位置根据控制线在底板面层钢筋上放线后预埋固定，位置要准确。混凝土浇筑后放线时要检查预埋钢筋位置并根据实际情况进行调整。 水平杆竖向位置根据标高线和水平杆步距拉线控制。拉线要从两个端头将线拉直拉紧。 斜撑必须将钢管套在预埋斜钢筋上后与立杆顶部固定，根部与顶端之间的立杆也要用扣件固定。 纵向水平杆在不连续位置必须延伸至邻跨形成有效的一跨搭接，确保满堂架的整体性。 2、 拆除施工工艺 拆除工艺与安装工艺相反，先安后拆，后安先拆，并遵守由上而下顺序。 五、 验收 此模板支架验收重点强调立杆及斜撑根部是否有效套在预埋钢筋上，斜撑顶端是否与立杆连接牢固，以及纵向水平杆不连续位置搭接长度是否满足一跨。 六、 通道支架搭设立面图 1、 通道支架纵向立面图 2、 通道支架横向立面图 七、 计算书 因通道坡度较小，其荷载斜向分力较小，只有十二分之一竖向荷载，因此支架模板计算只考虑竖向重用。 计算书参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)，考虑立杆顶端自由端长度不大于500mm，顶托出立杆长度不大于300mm。 通道模板支架的计算采用品茗安全计算软件。 通道模板支架的计算依据： 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011) 《混凝土结构设计规范》GB50010-2002 《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001) 《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)。 （一）、参数信息 1、 模板支架参数 横向间距或排距(m):0.60；纵距(m):0.60；步距(m):1.50； 立杆上端伸出至模板支撑点长度(m):0.34；模板支架搭设高度(m):3.79； 采用的钢管(mm):Φ483.5 ；板底支撑连接方式:方木支撑,间距200mm； 立杆承重连接方式:双扣件，取扣件抗滑承载力系数:0.80； 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):1.000； 3、 楼板参数 楼板的计算厚度(mm):650.00； 4、 材料参数 面板采用胶合面板，厚度为15mm；板底支撑采用方木； 面板弹性模量E(N/mm2):9500；面板抗弯强度设计值(N/mm2):13； 木方弹性模量E(N/mm2):9000.000；木方抗弯强度设计值(N/mm2):13.000； 木方抗剪强度设计值(N/mm2):1.400；木方的间隔距离(mm):200.000； 木方的截面宽度(mm):50.00；木方的截面高度(mm):80.00； 图2 楼板支撑架荷载计算单元 （二）、模板面板计算 模板面板为受弯构件,按三跨连续梁对面板进行验算其抗弯强度和刚度 模板面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为： W = 601.52/6 = 22.5 cm3； I = 601.53/12 = 16.875 cm4； 模板面板的按照三跨连续梁计算。 面板计算简图 1、 荷载计算 (1)静荷载为钢筋混凝土楼板和模板面板的自重(kN/m)： q1 = 250.650.6+0.350.6 = 9.96 kN/m； (2)活荷载为施工人员及设备荷载(kN/m)： q2 = 10.6= 0.6 kN/m； 2、 强度计算 计算公式如下: M=0.1ql2 其中：q=1.29.96+1.40.6= 12.792kN/m 最大弯矩M=0.112.7922002= 51168 Nmm； 面板最大应力计算值 σ =M/W= 51168/22500 = 2.274 N/mm2； 面板的抗弯强度设计值 [f]=13 N/mm2； 面板的最大应力计算值为 2.274 N/mm2 小于面板的抗弯强度设计值 13 N/mm2,满足要求! 3、 挠度计算 挠度计算公式为： ν=0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/250 其中q =q1= 9.96kN/m 面板最大挠度计算值 ν= 0.6779.962004/(100950016.875104)=0.067 mm； 面板最大允许挠度 [ν]=200/ 250=0.8 mm； 面板的最大挠度计算值 0.067 mm 小于 面板的最大允许挠度 0.8 mm,满足要求! （三）、模板支撑方木的计算 方木按照三跨连续梁计算，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为: W=bh2/6=588/6 = 53.33 cm3； I=bh3/12=5888/12 = 213.33 cm4； 方木楞计算简图(mm) 1、 荷载的计算 (1)静荷载为钢筋混凝土楼板和模板面板的自重(kN/m)： q1= 250.20.65+0.350.2 = 3.32 kN/m ； (2)活荷载为施工人员及设备荷载(kN/m)： q2 = 10.2 = 0.2 kN/m； 2、 强度验算 计算公式如下: M=0.1ql2 均布荷载 q = 1.2 q1+ 1.4 q2 = 1.23.32+1.40.2 = 4.264 kN/m； 最大弯矩 M = 0.1ql2 = 0.14.2640.62 = 0.154 kNm； 方木最大应力计算值 σ= M /W = 0.154106/53333.33 = 2.878 N/mm2； 方木的抗弯强度设计值 [f]=13.000 N/mm2； 方木的最大应力计算值为 2.878 N/mm2 小于方木的抗弯强度设计值 13 N/mm2,满足要求! 3、 抗剪验算 截面抗剪强度必须满足: τ = 3V/2bhn < [τ] 其中最大剪力: V = 0.64.2640.6 = 1.535 kN； 方木受剪应力计算值 τ = 3 1.535103/(2 5080) = 0.576 N/mm2； 方木抗剪强度设计值 [τ] = 1.4 N/mm2； 方木的受剪应力计算值 0.576 N/mm2 小于 方木的抗剪强度设计值 1.4 N/mm2，满足要求! 4、 挠度验算 计算公式如下: ν=0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/250 均布荷载 q = q1 = 3.32 kN/m； 最大挠度计算值 ν= 0.6773.326004 /(10090002133333.333)= 0.152 mm； 最大允许挠度 [ν]=600/ 250=2.4 mm； 方木的最大挠度计算值 0.152 mm 小于 方木的最大允许挠度 2.4 mm,满足要求! （四）、板底支撑钢管计算 支撑钢管按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算； 集中荷载P取纵向板底支撑传递力，P＝2.558kN; 支撑钢管计算简图 支撑钢管计算弯矩图(kNm) 支撑钢管计算变形图(mm) 支撑钢管计算剪力图(kN) 最大弯矩 Mmax = 0.409 kNm ； 最大变形 Vmax = 0.419 mm ； 最大支座力 Qmax = 8.358 kN ； 最大应力 σ= 409497.478/5080 = 80.61 N/mm2； 支撑钢管的抗压强度设计值 [f]=205 N/mm2； 支撑钢管的最大应力计算值 80.61 N/mm2 小于 支撑钢管的抗压强度设计值 205 N/mm2,满足要求! 支撑钢管的最大挠度为 0.419mm 小于 600/150与10 mm,满足要求! （五）、扣件抗滑移的计算 按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范培训讲座》刘群主编，P96页，双扣件承载力设计值取16.00kN，按照扣件抗滑承载力系数0.80，该工程实际的旋转双扣件承载力取值为12.80kN 。 纵向或横向水平杆与立杆连接时，扣件的抗滑承载力按照下式计算(规范5.2.5): R ≤ Rc 其中 Rc -- 扣件抗滑承载力设计值,取12.80 kN； R-------纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值; 计算中R取最大支座反力,R= 8.358 kN； R < 12.80 kN,所以双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求! （六）、模板支架立杆荷载设计值(轴力) 作用于模板支架的荷载包括静荷载和活荷载。 1、 静荷载标准值包括以下内容 (1)脚手架的自重(kN)： NG1 = 0.1293.785 = 0.489 kN； (2)模板的自重(kN)： NG2 = 0.350.60.6 = 0.126 kN； (3)钢筋混凝土楼板自重(kN)： NG3 = 250.650.60.6 = 5.85 kN； 静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3 = 6.465 kN； 2、 活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载 活荷载标准值 NQ = (1+2 ) 0.60.6 = 1.08 kN； 3、 立杆的轴向压力设计值计算公式 N = 1.2NG + 1.4NQ = 9.27 kN； （七）、立杆的稳定性计算 立杆的稳定性计算公式 σ =N/(φA)≤[f] 其中 N ---- 立杆的轴心压力设计值(kN) ：N = 9.27 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； L0---- 计算长度 (m)； 根据《扣件式规范》，立杆计算长度L0有两个计算公式L0=kuh和L0=h+2a，为安全计，取二者间的大值，即L0=max[1.1551.71.5，1.5+20.335]=2.945； k ---- 计算长度附加系数，取1.155； μ ---- 考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，取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 = 0.335 m； 得到计算结果： 立杆计算长度 L0=2.945； L0 / 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=9269.572/(0.207489) = 91.576 N/mm2； 立杆稳定性计算 σ= 91.576 N/mm2 小于 钢管立杆抗压强度设计值 [f]= 205 N/mm2，满足要求！ （八）、立杆的地基承载力计算 立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求 p ≤ fg 地基承载力设计值: fg = fgkkc = 1201=120 kpa； 其中，地基承载力标准值：fgk= 120 kpa ； 脚手架地基承载力调整系数：kc = 1 ； 立杆基础底面的平均压力：p = N/A =9.27/0.25=37.078 kpa ； 其中，上部结构传至基础顶面的轴向力设计值 ：N = 9.27 kN； 基础底面面积 ：A = 0.25 m2 。 p=37.078 ≤ fg=120 kpa 。地基承载力满足要求！ 八、 参考文献 1. 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ30-20012002版 2. 《建筑施工脚手架实用手册（含垂直运输设施）》-杜荣军 3. 《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99 4. 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 作者；姒洋 中国建筑第五工程局有限公司