其中,W--面板的净截面抵抗矩,W=68×1.8×1.8/6=36.72cm3;
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=1.2×0.68×17.85=14.564kN/m;
振捣混凝土荷载设计值:
q2=1.4×0.68×4=3.808kN/m;
计算跨度:
l=350mm;
面板的最大弯矩M=0.1×14.564×3502+0.117×3.808×3502=2.33×105N·mm;
面板的最大支座反力为:
N=1.1q1l+1.2q2l=1.1×14.564×0.35+1.2×3.808×0.35=7.206kN;
经计算得到,面板的受弯应力计算值:
σ=2.33×105/3.67×104=6.3N/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=6.3N/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=14.564N/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=68×1.8×1.8×1.8/12=33.05cm4;
面板的最大挠度计算值:
ν=0.677×14.564×3504/(100×6000×3.30×105)=0.746mm;
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=0.746mm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三跨连续梁计算。
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=7.206/(0.800-0.120)=10.598kN/m
本工程中,次楞采用木方,宽度50mm,高度100mm,截面惯性矩I,截面抵抗矩W和弹性模量E分别为:
W=2×5×10×10/6=166.67cm3;
I=2×5×10×10×10/12=833.33cm4;
E=10000.00N/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=0.036kN·m,最大支座反力R=2.141kN,最大变形ν=0.001mm
(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=3.56×104/1.67×105=0.2N/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=0.2N/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]=200/400=0.5mm;
次楞的最大挠度计算值ν=0.001mm小于次楞的最大容许挠度值[ν]=0.5mm,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2.141kN,按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算。
本工程中,主楞采用木方,宽度50mm,高度100mm,截面惯性矩I,截面抵抗矩W和弹性模量E分别为:
W=2×5×10×10/6=166.67cm3;
I=2×5×10×10×10/12=833.33cm4;
E=10000.00N/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=0.337kN·m,最大支座反力R=4.764kN,最大变形ν=0.131mm
(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=3.37×105/1.67×105=2N/mm2;主楞的抗弯强度设计值:
[f]=17N/mm2;
主楞的受弯应力计算值σ=2N/mm2小于主楞的抗弯强度设计值[f]=17N/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0.131mm
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=0.131mm小于主楞的最大容许挠度值[ν]=1.75mm,满足要求!
五、穿梁螺栓的计算
验算公式如下:
N<[N]=f×A
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170N/mm2;
穿梁螺栓型号:
M14;查表得:
穿梁螺栓有效直径:
11.55mm;
穿梁螺栓有效面积:
A=105mm2;
穿梁螺栓所受的最大拉力:
N=4.764kN。
穿梁螺栓最大容许拉力值:
[N]=170×105/1000=17.85kN;
穿梁螺栓所受的最大拉力N=4.764kN小于穿梁螺栓最大容许拉力值[N]=17.85kN,满足要求!
六、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=400×18×18/6=2.16×104mm3;
I=400×18×18×18/12=1.94×105mm4;
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+1.60)×0.40×0.80=9.830kN/m;
模板结构自重荷载设计值:
q2:
1.2×0.30×0.40=0.144kN/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)×0.40=2.240kN/m;
最大弯矩计算公式如下:
Mmax=0.1(q1+q2)l2+0.117q3l2=0.1×(9.83+0.144)×2002+0.117×2.24×2002=5.04×104N·mm;
σ=Mmax/W=5.04×104/2.16×104=2.3N/mm2;
梁底模面板计算应力σ=2.3N/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=9.830+0.144=9.974kN/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=0.677×9.974×2004/(100×6000×1.94×105)=0.093mm;
面板的最大挠度计算值:
ν=0.093mm小于面板的最大允许挠度值:
[ν]=0.8mm,满足要求!
七、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+1.6)×0.8×0.2+0.3×0.2×(2×0.68+0.4)/0.4]=5.232kN/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=5.232+1.120=6.352kN/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×[1.2×0.12×24.00+1.4×(2.00+2.00)]×(0.80-0.40)/4=0.181kN
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=5×10×10/6=8.33×101cm3;
I=5×10×10×10/12=4.17×102cm4;
E=10000N/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=N3=0.196kN;
N2=2.512kN;
最大弯矩:
M=0.085kN·m
最大剪力:
V=1.256kN
方木最大正应力计算值:
σ=M/W=0.085×106/8.33×104=1N/mm2;
方木最大剪应力计算值:
τ=3V/(2bh0)=3×1.256×1000/(2×50×100)=0.377N/mm2;
方木的最大挠度:
ν=0.026mm;
方木的允许挠度:
[ν]=0.8×103/2/250=1.6mm;
方木最大应力计算值1.020N/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0.377N/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=0.026mm小于方木的最大允许挠度[ν]=1.600mm,满足要求!
八、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=0.196kN
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=0.094kN·m;
最大变形νmax=0.295mm;
最大支座力Rmax=1.071kN;
最大应力σ=M/W=0.094×106/(4.49×103)=20.9N/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20.9N/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=0.295mm小于1000/150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=2.512kN
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=1.206kN·m;
最大变形νmax=3.794mm;
最大支座力Rmax=13.765kN;
最大应力σ=M/W=1.206×106/(4.49×103)=268.6N/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268.6N/mm2大于支撑钢管的抗弯强度设计值205N/mm2,不满足要求!
支撑钢管的最大挠度νmax=3.794mm小于1000/150与10mm,满足要求!
建议减小立杆纵距。
九、扣件抗滑移的计算:
按规范表5.1.7,直角、旋转单扣件承载力取值为8.00kN,扣件抗滑承载力系数1.00,该工程实际的单扣件承载力取值为8.00kN。
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8.00kN;
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=13.765kN;
R>8.00kN且R<16.00kN,所以单扣件抗滑承载力的设计计算不满足要求!
建议采用双扣件!
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,扣件抗滑承载力系数1.00,该工程实际的双扣件承载力取值为16.00kN。
十、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=1.071kN;
脚手架钢管的自重:
N2=1.2×0.129×4.8=0.744kN;
楼板混凝土、模板及钢筋的自重:
N3=1.2×[(1.200/2+(0.800-0.400)/4)×1.000×0.300+(1.200/2+(0.800-0.400)/4)×1.000×0.120×(1.600+24.000)]=2.832kN;
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)×[1.200/2+(0.800-0.400)/4]×1.000=3.920kN;
N=N1+N2+N3+N4=1.071+0.744+2.832+3.92=8.568kN;
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[1.167×1.7×1.5,1.5+2×0.1]=2.976m;
k--计算长度附加系数,取值为:
1.167;
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=2975.85/15.9=187;
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=0.205;
钢管立杆受压应力计算值;σ=8567.516/(0.205×424)=98.6N/mm2;
钢管立杆稳定性计算σ=98.6N/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=13.765kN;
脚手架钢管的自重:
N2=1.2×0.129×(4.8-0.8)=0.744kN;
N=N1+N2=13.765+0.62=14.384kN;
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[1.167×1.7×1.5,1.5+2×0.1]=2.976m;
k--计算长度附加系数,取值为:
1.167;
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=2975.85/15.9=187;
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=0.205;
钢管立杆受压应力计算值;σ=14384.358/(0.205×424)=165.5N/mm2;
钢管立杆稳定性计算σ=165.5N/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)=1.167×1.003×(1.5+0.1×2)=1.99m;
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1.003;
lo/i=1989.852/15.9=125;
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=0.423;
钢管立杆的最大应力计算值;σ=14384.358/(0.423×424)=80.2N/mm2;
钢管立杆稳定性计算σ=80.2N/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