其中,W--面板的净截面抵抗矩,W=122×2×2/6=81.33cm3;
M--面板的最大弯矩(N·mm);
σ--面板的弯曲应力计算值(N/mm2);
[f]--面板的抗弯强度设计值(N/mm2);
按照均布活荷载最不利布置下的三跨连续梁计算:
Mmax=0.1q1l2+0.117q2l2
其中,q--作用在模板上的侧压力,包括:
新浇混凝土侧压力设计值:
q1=1.2×1.22×17.85×0.9=23.517kN/m;
振捣混凝土荷载设计值:
q2=1.4×1.22×4×0.9=6.149kN/m;
计算跨度:
l=350mm;
面板的最大弯矩M=0.1×23.517×3502+0.117×6.149×3502=3.76×105N·mm;
面板的最大支座反力为:
N=1.1q1l+1.2q2l=1.1×23.517×0.35+1.2×6.149×0.35=11.636kN;
经计算得到,面板的受弯应力计算值:
σ=3.76×105/8.13×104=4.6N/mm2;
面板的抗弯强度设计值:
[f]=13N/mm2;
面板的受弯应力计算值σ=4.6N/mm2小于面板的抗弯强度设计值[f]=13N/mm2,满足要求!
2.挠度验算
ν=0.677ql4/(100EI)≤l/250
q--作用在模板上的新浇筑混凝土侧压力线荷载设计值:
q=23.517N/mm;
l--计算跨度:
l=350mm;
E--面板材质的弹性模量:
E=6000N/mm2;
I--面板的截面惯性矩:
I=122×2×2×2/12=81.33cm4;
面板的最大挠度计算值:
ν=0.677×23.517×3504/(100×6000×8.13×105)=0.49mm;
面板的最大容许挠度值:
[ν]=l/250=350/250=1.4mm;
面板的最大挠度计算值ν=0.49mm小于面板的最大容许挠度值[ν]=1.4mm,满足要求!
四、梁侧模板支撑的计算
1.次楞计算
次楞直接承受模板传递的荷载,按照均布荷载作用下的简支梁计算。
次楞均布荷载按照面板最大支座力除以面板计算宽度得到:
q=11.636/(1.400-0.180)=9.538kN/m
本工程中,次楞采用木方,宽度70mm,高度80mm,截面惯性矩I,截面抵抗矩W和弹性模量E分别为:
W=2×7×8×8/6=149.33cm3;
I=2×7×8×8×8/12=597.33cm4;
E=9000.00N/mm2;
计算简图
剪力图(kN)
弯矩图(kN·m)
变形图(mm)
经过计算得到最大弯矩M=0.949kN·m,最大支座反力R=6.002kN,最大变形ν=1.697mm
(1)次楞强度验算
强度验算计算公式如下:
σ=M/W<[f]
经计算得到,次楞的最大受弯应力计算值σ=9.49×105/1.49×105=6.4N/mm2;
次楞的抗弯强度设计值:
[f]=17N/mm2;
次楞最大受弯应力计算值σ=6.4N/mm2小于次楞的抗弯强度设计值[f]=17N/mm2,满足要求!
(2)次楞的挠度验算
次楞的最大容许挠度值:
[ν]=950/400=2.375mm;
次楞的最大挠度计算值ν=1.697mm小于次楞的最大容许挠度值[ν]=2.375mm,满足要求!
2.主楞计算
主楞承受次楞传递的集中力,取次楞的最大支座力6.002kN,按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算。
本工程中,主楞采用圆钢管,直径48mm,壁厚3mm,截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=2×4.493=8.99cm3;
I=2×10.783=21.57cm4;
E=206000.00N/mm2;
主楞计算简图
主楞计算剪力图(kN)
主楞计算弯矩图(kN·m)
主楞计算变形图(mm)
经过计算得到最大弯矩M=0.945kN·m,最大支座反力R=13.354kN,最大变形ν=0.689mm
(1)主楞抗弯强度验算
σ=M/W<[f]
经计算得到,主楞的受弯应力计算值:
σ=9.45×105/8.99×103=105.2N/mm2;主楞的抗弯强度设计值:
[f]=205N/mm2;
主楞的受弯应力计算值σ=105.2N/mm2小于主楞的抗弯强度设计值[f]=205N/mm2,满足要求!
(2)主楞的挠度验算
根据连续梁计算得到主楞的最大挠度为0.689mm
主楞的最大容许挠度值:
[ν]=700/400=1.75mm;
主楞的最大挠度计算值ν=0.689mm小于主楞的最大容许挠度值[ν]=1.75mm,满足要求!
五、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。
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=900×20×20/6=6.00×104mm3;
I=900×20×20×20/12=6.00×105mm4;
1.抗弯强度验算
按以下公式进行面板抗弯强度验算:
σ=M/W<[f]
新浇混凝土及钢筋荷载设计值:
q1:
1.2×(24.00+1.50)×0.90×1.40×0.90=34.700kN/m;
模板结构自重荷载设计值:
q2:
1.2×0.50×0.90×0.90=0.486kN/m;
施工荷载与振捣混凝土时产生的荷载设计值:
q3:
1.4×(2.00+2.00)×0.90×0.90=4.536kN/m;
最大弯矩计算公式如下:
Mmax=0.1(q1+q2)l2+0.117q3l2=0.1×(34.7+0.486)×2002+0.117×4.536×2002=1.62×105N·mm;
σ=Mmax/W=1.62×105/6.00×104=2.7N/mm2;
梁底模面板计算应力σ=2.7N/mm2小于梁底模面板的抗弯强度设计值[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:
ν=0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/250
其中,q--作用在模板上的压力线荷载:
q=q1+q2=34.700+0.486=35.186kN/m;
l--计算跨度(梁底支撑间距):
l=200.00mm;
E--面板的弹性模量:
E=6000.0N/mm2;
面板的最大允许挠度值:
[ν]=200.00/250=0.800mm;
面板的最大挠度计算值:
ν=0.677×35.186×2004/(100×6000×6.00×105)=0.106mm;
面板的最大挠度计算值:
ν=0.106mm小于面板的最大允许挠度值:
[ν]=0.8mm,满足要求!
六、梁底支撑木方的计算
1.荷载的计算
(1)钢筋混凝土梁和模板自重设计值(kN/m):
q1=1.2×[(24+1.5)×1.4×0.2+0.5×0.2×(2×1.22+0.9)/0.9]=9.013kN/m;
(2)施工荷载与振捣混凝土时产生的荷载设计值(kN/m):
q2=1.4×(2+2)×0.2=1.12kN/m;
均布荷载设计值q=9.013+1.120=10.133kN/m;
梁两侧楼板荷载以集中荷载的形式传递,其设计值:
p=0.20×[1.2×0.18×24.00+1.4×(2.00+2.00)]×1.00=2.157kN
2.支撑方木验算
本工程梁底支撑采用方木,方木的截面惯性矩I,截面抵抗矩W和弹性模量E分别为:
W=7×8×8/6=7.47×101cm3;
I=7×8×8×8/12=2.99×102cm4;
E=9000N/mm2;
计算简图及内力、变形图如下:
简图(kN·m)
剪力图(kN)
弯矩图(kN·m)
变形图(mm)
方木的支座力:
N1=N4=2.329kN;
N2=N3=4.388kN;
最大弯矩:
M=0.233kN·m
最大剪力:
V=2.868kN
方木最大正应力计算值:
σ=M/W=0.233×106/7.47×104=3.1N/mm2;
方木最大剪应力计算值:
τ=3V/(2bh0)=3×2.868×1000/(2×70×80)=0.768N/mm2;
方木的最大挠度:
ν=0.125mm;
方木的允许挠度:
[ν]=0.4×103/250=1.6mm;
方木最大应力计算值3.119N/mm2小于方木抗弯强度设计值[f]=17.000N/mm2,满足要求!
方木受剪应力计算值0.768N/mm2小于方木抗剪强度设计值[fv]=1.700N/mm2,满足要求!
方木的最大挠度ν=0.125mm小于方木的最大允许挠度[ν]=1.600mm,满足要求!
七、梁跨度方向钢管的计算
作用于梁跨度方向钢管的集中荷载为梁底支撑方木的支座反力。
钢管的截面惯性矩I,截面抵抗矩W和弹性模量E分别为:
W=4.49cm3;
I=10.78cm4;
E=206000N/mm2;
1.梁两侧支撑钢管的强度计算
支撑钢管按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算;集中力P=2.329kN
支撑钢管计算简图
支撑钢管计算弯矩图(kN·m)
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=0.163kN·m;
最大变形νmax=0.077mm;
最大支座力Rmax=5.007kN;
最大应力σ=M/W=0.163×106/(4.49×103)=36.3N/mm2;
支撑钢管的抗弯强度设计值[f]=205N/mm2;
支撑钢管的最大应力计算值36.3N/mm2小于支撑钢管的抗弯强度设计值205N/mm2,满足要求!
支撑钢管的最大挠度νmax=0.077mm小于400/150与10mm,满足要求!
2.梁底支撑钢管的强度计算
支撑钢管按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算;集中力P=4.388kN
支撑钢管计算简图
支撑钢管计算弯矩图(kN·m)
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=0.307kN·m;
最大变形νmax=0.145mm;
最大支座力Rmax=9.435kN;
最大应力σ=M/W=0.307×106/(4.49×103)=68.4N/mm2;
支撑钢管的抗弯强度设计值[f]=205N/mm2;
支撑钢管的最大应力计算值68.4N/mm2小于支撑钢管的抗弯强度设计值205N/mm2,满足要求!
支撑钢管的最大挠度νmax=0.145mm小于400/150与10mm,满足要求!
八、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0.75,该工程实际的旋转双扣件承载力取值为12.00kN。
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12.00kN;
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,根据前面计算结果得到R=9.435kN;
R<12.00kN,所以双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!
九、立杆的稳定性计算
立杆的稳定性计算公式
σ=N/(φA)≤[f]
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:
纵向钢管的最大支座反力:
N1=5.007kN;
脚手架钢管的自重:
N2=1.2×0.125×5.4=0.809kN;
楼板混凝土、模板及钢筋的自重:
N3=1.2×[(1.000/2+1.000)×0.400×0.500+(1.000/2+1.000)×0.400×0.180×(1.500+24.000)]=3.665kN;
施工荷载与振捣混凝土时产生的荷载设计值:
N4=1.4×(2.000+2.000)×[1.000/2+1.000]×0.400=3.360kN;
N=N1+N2+N3+N4=5.007+0.809+3.665+3.36=12.84kN;
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=1.59;
A--立杆净截面面积(cm2):
A=4.24;
W--立杆净截面抵抗矩(cm3):
W=4.49;
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]=205N/mm2;
lo--计算长度(m);
根据《扣件式规范》,立杆计算长度lo有两个计算公式lo=kμh和lo=h+2a,
为安全计,取二者间的大值,即:
lo=Max[1.163×1.7×1.6,1.6+2×0.1]=3.163m;
k--计算长度附加系数,取值为:
1.163;
μ--计算长度系数,参照《扣件式规范》表5.3.3,μ=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=0.1m;
得到计算结果:
立杆的计算长度
lo/i=3163.36/15.9=199;
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=0.182;
钢管立杆受压应力计算值;σ=12840.394/(0.182×424)=166.4N/mm2;
钢管立杆稳定性计算σ=166.4N/mm2小于钢管立杆抗压强度的设计值[f]=205N/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:
纵向钢管的最大支座反力:
N1=9.435kN;
脚手架钢管的自重:
N2=1.2×0.125×(5.4-1.4)=0.809kN;
N=N1+N2=9.435+0.599=10.034kN;
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=1.59;
A--立杆净截面面积(cm2):
A=4.24;
W--立杆净截面抵抗矩(cm3):
W=4.49;
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]=205N/mm2;
lo--计算长度(m);
根据《扣件式规范》,立杆计算长度lo有两个计算公式lo=kμh和lo=h+2a,
为安全计,取二者间的大值,即:
lo=Max[1.163×1.7×1.6,1.6+2×0.1]=3.163m;
k--计算长度附加系数,取值为:
1.163;
μ--计算长度系数,参照《扣件式规范》表5.3.3,μ=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=0.1m;
得到计算结果:
立杆的计算长度
lo/i=3163.36/15.9=199;
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=0.182;
钢管立杆受压应力计算值;σ=10034.385/(0.182×424)=130N/mm2;
钢管立杆稳定性计算σ=130N/mm2小于钢管立杆抗压强度的设计值[f]=205N/mm2,满足要求!
考虑到高支撑架的安全因素,建议按下式计算
lo=k1k2(h+2a)=1.163×1.005×(1.6+0.1×2)=2.104m;
k1--计算长度附加系数按照表1取值1.163;
k2--计算长度附加系数,h+2a=1.8按照表2取值1.005;
lo/i=2103.867/15.9=132;
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=0.386;
钢管立杆的最大应力计算值;σ=12840.394/(0.386×424)=61.3N/mm2;
钢管立杆稳定性计算σ=61.3N/mm2小于钢管立杆抗压强度的设计值[f]=205N/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。
以上表参照杜荣军:
《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》
十、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=fgk×kc=120×1=120kPa;
其中,地基承载力标准值:
fgk=120kPa;
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=9.435/0.25=37.741kPa;
其中,上部结构传至基础顶面的轴向力设计值:
N=9.435kN;
基础底面面积:
A=0.25m2。
p=37.741≤fg=120kPa。
地基承载力满足要求!
十一、梁模板高支撑架的构造和施工要求[工程经验]
除了要遵守《扣件架规范》的相关要求外,还要考虑以下内容
1.模板支架的构造要求
a.梁板模板高支撑架可以根据设计荷载采用单立杆或双立杆;
b.立杆之间必须按步距满设双向水平杆,确保两方向足够的设计刚度;
c.梁和楼板荷载相差较大时,可以采用不同的立杆间距,但只宜在一个方向变距、而另一个方向不变。
2.立杆步距的设计
a.当架体构造荷载在立杆不同高度轴力变化不大时,可以采用等步距设置;
b.当中部有加强层或支架很高,轴力沿高度分布变化较大,可采用下小上大的变步距设置,但变化不要过多;
c.高支撑架步距以0.9--1.5m为宜,不宜超过1.5m。
3.整体性构造层的设计
a.当支撑架高度≥20m或横向高宽比≥6时,需要设置整体性单或双水平加强层;
b.单水平加强层可以每4--6米沿水平结构层设置水平斜杆或剪刀撑,且须与立杆连接,设置
斜杆层数要大于水平框格总数的1/3;
c.双水平加强层在支撑架的顶部和中部每隔10--15m设置,四周和中部每10--15m设竖向斜杆,使其具有较大刚度和变形约束的空间结构层;
d.在任何情况下,高支撑架的顶部和底部(扫地杆的设置层)必须设水平加强层。
4.剪刀撑的设计
a.沿支架四周外立面应满足立面满设剪刀撑;
b.中部可根据需要并依构架框格的大小,每隔10--15m设置。
5.顶部支撑点的设计
a.最好在立杆顶部设置支托板,其距离支架顶层横杆的高度不宜大于400mm;
b.顶部支撑点位于顶层横杆时,应靠近立杆