明挖隧道主体模板支架施工计算书.docx

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明挖隧道主体模板支架施工计算书

2.明挖隧道主体模板支架施工计算书

郑州市市民公共服务中心核心区等9条道路等

建设工程项目3标段

明挖隧道主体模板支架

施工计算书

编制：

审核：

审批：

中国建筑第七工程局有限公司

郑州市民公共服务中心道路工程3标项目部

二零一四年十一月五日

一、工程概况

郑州市兴国路隧道工程（龙门路～鱼跃路），位于郑州市市民公共文化服务区核心区内，沿规划兴国路道路布置，隧道西起龙门路路东，东至鱼跃路路西。

兴国路隧道工程施工范围（K0+40～K1+690），全长1.65km，其中隧道封闭段长1260m。

隧道标准段采用双孔矩形钢筋砼整体箱涵结构，隧道为双向四车道布置，单孔净宽为8.7m,单孔横断面布置为：

0.125m（余宽）+0.5m（检修通道）+0.5m（路缘带）+7m（机动车道）+0.5m（路缘带）+0.325m（防撞侧石）。

本隧道为钢筋砼闭合框架结构，顶板最大覆土厚度约5m。

隧道暗埋段中隔墙厚度0.6m，顶板厚度有1m、1.1m两种规格，底板厚度有1.1m、1.2m两种规格，侧墙厚度1m。

为满足结构不均匀沉降变形的需要，隧道结构以25m、30m、50m为一个节段，相邻节段间设20mm变形缝。

二、计算依据

⑴郑州市市政工程勘测设计研究院：

郑州市民公共文化服务区兴国路隧道工程（龙门路～鱼跃路）隧道主体工程施工图设计；《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）

⑵《木结构设计规范》（GB50005-2003）

⑶《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ166-2008）

⑷《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

⑸《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

⑹《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2011）

⑺《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）

⑻《混凝土结构设计原理》高等教育出版社

⑼《路桥施工计算手册》周水兴等著人民交通出版社

⑽《建筑工程大模板技术规程》JGJ74-2003

三、参数选取及荷载组合

3.1部分荷载系数（荷载）取值

①碗扣式钢管支架自重（立柱、纵向水平杆、横向水平杆、支承杆件、等）：

38.4KN/m。

②新浇砼容重：

26kN/m3

③模板自重（含内模、侧模及方木）以砼自重的5%计

④施工人员、施工料具堆放、运输荷载:

2.5kPa

⑤倾倒混凝土时产生的冲击荷载：

2.0kPa

⑥振捣混凝土产生的荷载:

2.0kPa（竖向荷载），4.0（水平荷载）

3.2荷载组合

计算模板强度、刚度:

q=1.2×（②+③）+1.4×（④+⑤+⑥）

计算脚手架强度、刚度:

q=1.2×（②+③）+1.4×（④+⑤+⑥）

计算脚手架稳定:

q=1.2×（①+②+③）+1.4×（④+⑤+⑥）

计算脚手架单肢立杆承载力：

q=1.2×（①+②+③）+1.4×（④+⑤+⑥）

3.3材料力学性能参数

1）竹编胶合模板的强度设计值及弹性模量

竹编胶合模板的强度设计值及弹性模量可按《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008

2）木结构的强度设计值及弹性模量

3）钢管脚手架的强度设计及弹性模量

钢管脚手架的有关设计参数可按《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ166-2008）中附录B规定选用。

4）钢材的强度设计值

四、支架计算分析

4.1箱涵截面形式

4.2支架布置

箱涵内模采用钢管支架，支架立杆及水平杆采用外径为φ48碗扣式钢管支架，壁厚3.5mm，立杆步距120cm，1.1、1.2m厚顶板纵横向水平杆间距均为60cm，1m厚顶板纵横向水平杆间距为60×90cm。

剪刀撑及斜横杆采用外径为φ48扣件式钢管支架，壁厚3.5mm。

横桥向剪刀撑及纵桥向剪刀撑每隔4排（列）立杆设置一道，必要时根据现场施工情况，对剪刀撑进行加密。

箱涵底板外模均采用δ＝15mm的竹编胶合模板,小楞采用50×100mm方木，背带采用双钢管对拉。

侧墙模板采用全钢模板，面板δ6mm厚钢板;横肋[10，间距为373mm，法兰为带钢12mm×100mm,背杠为][14槽钢，间距700mm。

砼最大浇筑高度4.7m。

拉杆用Ø16三段式止水拉杆，拉杆水平间距70mm,垂直间距650mm,每块模板用2件Tr36×6丝杠吊在行走架子上，以利于模板整体移动。

模板见下图。

箱涵顶板内模和外模均采用δ＝15mm的竹编胶合模板,内模小楞采用50×100mm方木,大楞采用100×100mm方木,外模小楞采用50×100mm方木，背带采用双钢管对拉。

4.3底板侧模检算

新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力标准值，可按下列公式计算，并取其中的较小值：

其中，γc=25KN/m3；t0＝6；β1＝1.2；β2＝1.0；v＝0.6；因此，

P=0.22×25×6×1.2×1.0×0.61/2=30.7KPa

P=25×1.7=42.5KPa>30.7KPa

所以，取P=30.7KPa

有效压头高度：

h=F/γc=30.7/25=1.23

内侧模模板采用δ＝15mm的竹编胶合模板,直接搁置于方木小楞上,方木小按间距L=0.25米布置，按3跨连续梁考虑，取1m宽进行验算。

竹编胶合模板的力学性能指标按《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）中的5层15mm厚考虑，则：

fjm＝35MPa，E=9898MPa。

按3跨连续梁验算，其计算模型如下：

⑴截面参数及材料力学性能指标

W=bh2/6=1000×152/6=37500mm3

I=bh3/12=1000×153/12=281250mm4

⑵荷载组合

q=1.2×30.7+1.4×4.0=42.4KN.m

⑶强度检算

Mmax＝ql2/10＝42.4×0.252/10＝0.27KN.m

σmax＝Mmax/W＝0.27×106/37500＝7.2MPa<35MPa（满足要求）

⑷刚度检算

f＝ql4/（150EI）＝42.4×2504/（150×9898×281250）

＝0.4mm<250/400＝0.63mm（满足要求）

方木小楞搁置于竹胶板上，小楞方木规格为50×100mm,背带按间距L=0.6米布置，小楞亦按连续梁考虑。

方木的力学性能指标按《木结构设计规范》（GB50005-2003）中的TC-13类木材并考虑露天条件、设计使用年限、湿材等条件进行调整，则：

fm＝13×0.9×1.1×0.9＝11.6MPa，E=10×103×0.85×1.1×0.9=8.4×103MPa。

按三跨连续梁来计算，模型如下：

⑴截面参数及材料力学性能指标

W=bh2/6=50×1002/6=83333.3mm3

I=bh3/12=50×1003/12=4166666.6mm4

⑵荷载组合

q=（1.2×30.7+1.4×4.0）×0.25=10.6kN/m

⑶强度检算

Mmax＝ql2/10＝10.6×0.62/10＝0.38KN.m

σmax＝Mmax/W＝0.38×106/83333.3＝4.56MPa<11.6MPa（满足要求）

⑷刚度检算

f＝ql4/（150EI）＝10.6×6004/（150×8400×4166666.6）

＝0.26mm<600/400＝1.5mm（满足要求）

背带搁置于方木小楞上，背带规格为2∅48mm钢管，壁厚3.5mm,按照2.8mm计算，拉筋按间距L=0.6米布置，小楞亦按连续梁考虑。

fm＝205MPa，E=2.05×105MPa。

按三跨连续梁来计算，模型如下：

⑴截面参数及材料力学性能指标

W=5080×2=10160mm3

I=121900×2=241800mm4

⑵荷载组合

q=（1.2×30.7+1.4×4.0）×0.6=25.4kN/m

⑶强度检算

Mmax＝ql2/10＝25.4×0.62/10＝0.91KN.m

σmax＝Mmax/W＝0.91×106/10160＝89.6MPa<205MPa（满足要求）

⑷刚度检算

f＝ql4/（150EI）＝25.4×6004/（150×205000×241800）

＝0.44mm<600/400＝1.5mm（满足要求）

拉杆水平距离600mm，垂直距离600mm，现以1个拉杆为例计算其强度。

拉杆由Ø14圆钢车制作成M13螺纹净面积为133mm2。

单个拉杆受力F=PA=30.7KN/m2×0.6m×0.6m=11.1kN

拉杆应力σ=F/133=83.5

故拉杆满足使用要求。

4.4侧板钢模板验算

当采用内部振捣器，混凝土的浇筑速度在6m/h以下时，新浇的普通混凝土作用于模板的最大侧压力可按下式计算（《桥梁施工工程师手册》P171杨文渊）：

当v/T<0.035时，h=0.22+24.9v/T;

当v/T>0.035时，h=1.53+3.8v/T;

式中：

P－新浇混凝土对模板产生的最大侧压压力（KP）;

h－有效压头高度（m）；

v－混凝土浇筑速度（m/h）；

T－混凝土入模时的温度（℃）；

－混凝土的容重（kN/m3）；

k－外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取k=1.0，掺缓凝作用的外加剂时k=1.2；

根据前述已知条件：

因为：

v/T=2/30=0.067>0.035，

所以h＝1.53+3.8v/T=1.53+3.8×0.067＝1.785m

最大侧压力标准值为：

P=Kγh＝1.2×26×1.785＝55.7kN/㎡

本工程中新浇筑混凝土侧压力取1.2分项系数

振捣混凝土产生的荷载分项系数取1.4

检算强度时荷载设计值为：

P´=1.2×55.7+1.4×4.0＝72.44kN/m2；

检算刚度时荷载标准值为：

P″=55.7kN/m2

（1）面板强度验算

面板支承于横肋和法兰之间，横肋净间距均为325mm，法兰净间距1980mm,新浇注砼侧压力值取F=72.44KN/m2=0.0724N/mm2，面板按单向受力计算，按两跨连续计算，取10mm宽板带为计算单元，计算板单位面积上的均布荷载的设计值故q=0.724N/mm，计算简图如图所示

按静荷载最大查得弯矩系数Km=0.1

Mmax=Kmql2=0.1×0.724×3252=7648N·mm

Wx=bh2/6=10×62/6=60mm2

故面板最大内力值为：

σ=Mmax/（rxWx）=7648/（1×60）=127N/mm2

（2）面板刚度验算：

查表得挠度系数Kf=0.521刚度验算时取荷载标准值55.7KN/m2

fmax=Kfql4/（100EI）

其中钢材弹性模量E=2.06×105N/mm2

I=bh3/12=10×63/12=180mm4

故fmax=0.521×0.557×3254/（100×2.06×105×180）=0.87mm满足施工要求。

横肋采用[10槽钢，间距325mm,在模板使用过程中模板的连续性，可以简化支撑在背杠（间距700mm）上的为2跨连续梁计算。

⑴查得其截面力学特性为：

Wx=39.71×03mm3Ⅰx=198×04mm4

求其线荷载

q=PL=72.444KN/m23×25mm=23.5N/mm

（2）强度验算

查表得弯矩系数Km=-0.225

故Mmax=Kmql2=0.155×23.5×7002=1.785×106N·mm

故肋最大内力值σmax=Mmax/W=1.7851×06/（39.7×103）

=50N/mm2

（3）刚度验算

查表得挠度系数Kf=0.912

fmax=Kfql4/（100EI）

故fmax=0.912×23.5×13004/（100×2.06×105×198×104）=1.5mm

挠度满足要求。

背杠采用2根[14热轧槽钢作为钢模板的支撑、支撑在竖肋上。

受竖肋传递的集中荷载p,可简化为受集中荷载的三跨梁计算（穿墙拉杆水平最大间距0.7m,垂直方向最大间距1.3m）。

查得[14a截面力学特征为：

WX=39.7×103mm3IX=391.5×103mm4

（1）背杠强度验算q=0.0724N/m2×1300mm=94.2N/mm

背杠上下下端为悬臂结构，验算下端支座A处强度：

MA=qL12/2=94.2×6502/2=19.9×106N·mm

2根[14槽钢截面特征：

W=161×103mm3,I=783×103mm4。

σA=MA/W=×106/（161×103）=123N/mm2

验算支座B处强度：

MB按不等跨连续梁在均布荷载作用下的最大内力系数查表得：

MB=-0.245qL22=0.245×94.2×13002=3.9×107N·mm

σB=MB/W=3.9×107/（783×103）=50N/mm2

（2）背杠刚度验算

如上图为一不等跨连续梁，BC=1300mm，跨度最大，故主要验算ＢＣ跨的挠度。

根据《建筑结构静力计算手册》，梁在均布荷载作用下的最大挠度fmax=系数×qL4/24EI,而系数与Ｋ1=4Mc/qL32及K2=4MB/qL32有关。

Ma=qL12/2=94.2×65002/2=19.9×106N·mm

MB=由以上计算所得结果，即ＭＢ＝3.9×107N·mm

故Ｋ1=4Ma/qL32=4×19.9×106/（94.2×13002）=0.5

K2=4MB/qL32=4×3.9×106/（94.2×13002）=0.1

根据Ｋ1、K2查表得系数为：

0.115

故fmax=0.115×qL4/24EI=0.115×94.2×13004/（24×2.06×105×783×104）=0.8mm

背杠强度及刚度均满足施工要求

拉杆水平距离700mm，垂直距离650mm，现以1个拉杆为例计算其强度。

拉杆由Ø16圆钢车制作成M14螺纹净面积为201mm2。

单个拉杆受力F=PA=72.44KN/m2×0.65m×0.7m=32.9kN

拉杆应力σ=F/201=164

故拉杆满足使用要求。

（1）吊杆丝杠强度校核

a、丝杠强度

每块模板上有2个吊装位置，每根吊杆承载1块钢模板重量，考虑到丝杠构造要求，丝杠吊杆定为Tr36×6,每块钢模板重量约为12KN。

丝杠Tr36×6有效截面积为A=432mm

使用中只承受模板重量12KN

丝杠强度σ=F/A=28N/mm2

丝杠强度满足施工要求

b、中间钢管强度校核

中间钢管为方钢60×5其横截面积A=1100mm2

方管所受拉应力σ=F/A=11N/mm2

C、焊缝强度计算

丝杠丝母厚度50mm,以角焊缝焊接于钢管，焊脚高度5mm,焊缝为周边满焊，焊缝有效面积1125mm2，焊缝受拉强度设计值查钢结构设计

规范ft=160N/mm2

焊缝承受应力σ=F/A=11N/mm2<160N/mm2

焊缝满足施工要求。

（2）销子强度校核

销子承受剪应力，剪应力为f=12KN,材料抗剪设计值查规范fv=120N/mm2，销子见下图

销子剪切面积A=490mm2。

销子受剪应力fv//=12000N/490mm2=24.5N/mm2<120N/mm2

销子满足施工要求。

4.5侧板钢模板行走装置验算

行走装置正面

行走装置侧面

⑴主梁强度刚度验算

主梁由20a工字钢和方管80×80×5、50×50×3组成，每榀门架承受三块钢模板重量和施工荷载。

门架计算见图简化如下：

把门架梁简化为桁架，主梁为20a工字钢，考虑到结构需要，在主梁上用方管焊接花架。

F1=F2=F3=12KNN1、N2、为支座反力，N3为剪刀撑连接点，对钢梁的支撑力作用可以忽略不计。

钢梁材料截面特性为:

WX=237×103mm3IX=2369×104mm4。

钢梁简化为下图；

利用内力及变位的叠加原理，分别求出F1、F2对钢梁的弯矩及下挠度之值，然后在叠加。

本例中P=F1

F1对钢梁的内力，ε=x/L=0.16α=a/L=0.16β=b/L=0.8

L=2500a=400b=1300

AC段Vx=0AC段M=0

AC段fx=（Pb2L/6EI）×（3-β-3ε）

CB段Mx=-F1×（L-a）

BC段fx=（Pb2L/6EI）×（3-β）

BC段Vx=-F1Mb=P×b

故：

BC段Vx=-F1=12000Nf1x=（12000×19802×2500）/（6×2.06×105×2369×104）×（3-0.8）=4mm

BC段弯矩Mx=-F1×（L-a）=-12000×2100=25.2×106N.mm

BC段应力为σ1=Mx/WX=105N/mm2

F2对钢梁的内力，ε=x/L=0.732α=a/L=0.732β=b/L=0.27

L=2500a=1830b=670

AC段Vx=0AC段M=0

AC段fx=（Pb2L/6EI）×（3-β-3ε）

CB段Mx=-F1×（L-a）

BC段fx=（Pb2L/6EI）×（3-β）

BC段Vx=-F1Mb=P×b

故：

BC段Vx=-F1=12000Nf2x=（12000×6702×2500）/（6×2.06×105×2369×104）×（3-0.8）=1mm

BC段弯矩Mx=-F1×（L-a）=-12000×670=8.04×106N.mm

BC段应力为σ2=Mx/WX=34N/mm2

钢梁左端挂有2片模板

钢梁应力σ=σ1+σ2=139N/mm2

钢梁挠度f=f1x+f2x=5mm

钢梁强度和刚度满足施工要求。

因钢梁有平面外支撑6处，故钢梁平面外稳定不在校核。

⑵门架钢柱校核

门架钢柱四面都有支撑，平面外稳定不在校核，仅校核强度和平面内稳定。

钢柱为H200×100×5×8

门架柱校核荷载最大的1个。

荷载P=2×12000N柱高H=6025mm

H型钢字钢横截面积A=2757mm2

荷载分项系数取1.2

钢柱强度σ1=P/A=1.2×21×2000/2757=11N/mm2

钢柱稳定：

X-X轴IX=1880×104mm4

钢柱下部有支座，上部也有横梁支撑。

钢柱轴压力设计值p=28800N，型钢支撑的计算长度l0=μl=0.85×6000=5.1m。

Q235钢材的强度设计值为215N/mm2，H200×100×5×8的截面特征为A=27.57cm2,ix=8.25cm，iy=2.21cm。

⑶整体稳定性验算：

轴压杆的长细比为λx=l0/ix=61.8

λx<[λ]=150

=1.2×21×2000/0.645×2757=28.3411N/mm2

此型钢属于B类截面，查轴压杆稳定系数表得

由于型钢截面无孔洞削弱，故可不计算强度。

支撑型钢的整体稳定性为：

N/ΨxA=28800/2757=10.5N/mm2

故整体稳定性满足要求。

⑷局部稳定性验算：

如上图所示，翼缘板外伸宽度为b=48mm，厚度t=8mm。

b/t=48/8=6<

=16.8

故翼缘局部稳定性满足要求。

腹板高度为h0=184mm，厚度tw=5mm。

h0/tw=36.8<（25+0.5λ）

=55.9

故腹板局部稳定性满足要求。

底梁采用30a工字钢，底梁支撑钢柱，每根钢柱下面设有机械千金顶，故只校核钢柱位置处底梁的稳定性。

局部稳定性验算，工字钢腹板上设有加劲肋

32a工字钢底梁上取1处,计算其受力情况，其荷载标准值为P0=12KN+2KN+2KN=18KN，分项系数取1.2，设计荷载为P=21.6KN。

查得32a工字钢A=67.12cm2ix=12.25cm，iy=2.44cm。

支座处腹板受力面积A=9.5mm×250mm=2375mm2

腹板高度为h0=290mm，厚度tw=9.5mm。

腹板处l0=μl=0.85×290=246.5mm

轴压杆的长细比为λy=l0/iy=24.4

Λy<[λ]=150

=1.2×21×2000/0.645×2375=33N/mm2

此型钢属于B类截面，查轴压杆稳定系数表得

由上面计算得出底梁稳定性满足施工要求。

4.6顶板内顶模检算

内顶模模板采用δ＝15mm的竹编胶合模板,直接搁置于方木小楞上,方木小楞按间距L=0.26米布置，按3跨连续梁考虑，取1m宽进行验算。

竹编胶合模板的力学性能指标按《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）中的5层15mm厚考虑，则：

fjm＝35MPa，E=9898MPa。

按3跨连续梁验算，其计算模型如下：

⑴截面参数及材料力学性能指标

W=bh2/6=1000×152/6=37500mm3

I=bh3/12=1000×153/12=281250mm4

⑵荷载组合

q=1.2×（26.0×1.2）×1.05+1.4×（2.5+2.0+2.0）=48.4KN.m

⑶强度检算

Mmax＝ql2/10＝48.4×0.262/10＝0.33KN.m

σmax＝Mmax/W＝0.33×106/37500＝8.8MPa<35MPa（满足要求）

⑷刚度检算

f＝ql4/（150EI）＝48.4×2604/（150×9898×281250）

＝0.53mm<260/400＝0.65mm（满足要求）

内顶模方木小楞搁置于方木大楞上，小楞方木规格为50×100mm,1.2m厚顶板方木大楞按间距L=0.6米布置，1m厚顶板方木大楞按间距L=0.9米布置，小楞亦按连续梁考虑。

方木的力学性能指标按《木结构设计规范》（GB50005-2003）中的TC-13类木材并考虑露天条件、设计使用年限、湿材等条件进行调整，则：

fm＝13×0.9×1.1×0.9＝11.6MPa,E=10×103×0.85×1.1×0.9=8.4×103MPa。

按三跨连续梁来计算，模型如下：

⑴截面参数及材料力学性能指标

W=bh2/6=50×1002/6=83333.3mm3

I=bh3/12=50×1003/12=4166666.6mm4

⑵荷载组合

1.2m厚顶板：

q=［1.2×26.0×1.2×1.05+1.4×（2.5+2.0+2.0）］×0.26=12.58kN/m

1m厚顶板：

q=［1.2×26.0×1×1.05+1.4×（2.5+2.0+2.0）］×0.26=10.88kN/m

⑶强度检算

1.2m厚顶板：

Mmax＝ql2/10＝12.58×0.62/10＝0.45KN.m

σmax＝Mmax/W＝0.45×106/83333.3＝5.4MPa<11.6MPa（满足要求）

1m厚顶板：

Mmax＝ql2/10＝10.88×0.92/10＝0.88KN.m

σmax＝Mmax/W＝0.88×106/83333.3＝10.56MPa<11.6MPa（满足要求）

⑷刚度检算

1.2m厚顶板：

f＝ql4/（150EI）＝12.58×6004/（150×840