孟机区间明挖断模板支架工程计算书.docx
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孟机区间明挖断模板支架工程计算书
郑州市南四环至郑州南站城郊铁路一期工程
5标土建工程
孟机区间明挖段
模板支架工程计算书
编制：
复核：
审核：
批准：
中铁四局集团有限公司
郑州市城郊铁路一期土建05标段项目部
二〇一四年七月二日
目录
1编制依据1
2工程概况1
2.1工程简介1
2.2设计概况1
2.3施工方案3
3计算书3
3.1侧墙模板及支撑体系验算3
3.1.1侧墙模板验算3
3.1.2侧墙斜撑验算8
3.1.3中隔墙及U型槽段侧墙模板支撑体系验算9
3.2顶（中）板模板及支撑体系验算10
孟机区间明挖段模板支架工程计算书
1编制依据
（1）郑州市南四环至郑州南站城郊铁路工程05标段实施性施工组织设计；
（2）郑州市南四环至郑州南站城郊铁路工程05标段施工技术调查报告；
（3）郑州市南四环至郑州南站城郊铁路工程05标段招投标文件；
（4）郑州市南四环至郑州南站城郊铁路工程05标段孟机区间明挖段主体结构施工图；
（5）郑州市南四环至郑州南站城郊铁路工程05标段机场城际站岩土工程勘察报告；
（6）国家和郑州市及建筑行业有关地铁的模板支架工程的施工技术、验收、安全生产、行业管理的规范、规程、文件：
1）建质[2009]87号关于印发《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》的通知；
2）《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）；
3）《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ166-2008）；
4）《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）；
5）《混凝土结构设计规范》GB50010-2010；
6）《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80－1991；
7）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）；
8）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；
9）《木结构设计规范》（GB50005-2003）；
10）《建筑施工计算手册》（第三版）。
（7）本公司在苏州地铁、广州地铁、深圳地铁、武汉地铁、昆明地铁的施工经验。
2工程概况
2.1工程简介
孟庄路站～机场城际站区间全长1640m，区间由高架段、路基段、U型槽段及地下段组成。
本次施工方案设计范围为孟庄路站～机场城际站区间的U型槽及地下段明挖段，起点里程右K49+960.000,终点里程为K50+419.300,全长459.300m。
其中U型槽段起点里程右K49+960.000，终点里程为K50+171.480,长211.48m。
地下明挖段（框架结构）起点里程K50+171.480，终点里程为K50+419.300,长247.820m。
本设计区段采用明挖法施工。
其中明挖段基坑采用钻孔桩+钢管支撑体系，U型槽段分别采用土钉墙支护和放坡开挖两种。
2.2设计概况
孟机区间明挖段按结构形式分为框架结构段和U型槽结构。
主要结构尺寸介绍如下：
（1）框架结构段：
如图2.2-1、图2.2-2所示。
顶板：
厚700mm。
中板：
盾构井段厚400mm。
底板：
标准段厚700mm，盾构井段厚800mm。
侧墙：
标准段厚700mm，盾构井段厚800mm。
中隔墙：
标准段厚400mm，盾构井段厚900mm。
图2.2-1明挖框架结构段盾构井处横断面图
图2.2-2明挖框架结构段标准段横断面图
（2）U型槽结构段：
如图2.2-3所示。
底板：
厚700mm。
侧墙：
厚700mm。
图2.3-3U型槽标准段横断面图
2.3施工方案
本工程基坑采用分段、分层、分块开挖，主体结构则采用顺筑法施工，分段长度根据结构蓝图确定（分段长度不大于25m）。
明挖框架结构段首先浇注底板，待底板达一定强度后，以该段底板为基础，浇筑中隔墙、顶板和侧墙。
U型槽段首先浇注底板，待底板达一定强度后，以该段底板为基础，浇筑外侧墙。
本工程支架体系采用Φ48×2.8mm碗扣式满堂支架体系搭设（支架立杆按2.8mm厚计算），整个支架体系由立杆、横杆、水平杆、剪刀撑、可调底座、可调顶托以及连接扣件等组成。
框架段支架方案：
中板和顶板碗扣支架立杆间距为600mm×900mm（纵×横），步距1200mm。
为增加支架体系的整体稳定性，在每层支架之间加设一道水平钢管杆，同时用于对撑侧模，并布置纵、横、水平剪刀撑。
U型槽支架方案：
因U型槽只有底板和侧墙，主要考虑侧墙施工方案，在外侧搭设2排钢管支架用于作业平台，侧墙模板采用对拉螺杆加固，为保证侧墙砼浇筑安全，在两侧各增加斜撑加固，在底板上预埋钢筋头做斜支撑固定点。
模板与支架由可调顶托、主楞、次楞连系。
可调顶托固定在支架上，主楞、次楞均采用100×100mm方木材料，主楞直接安置在可调顶托上，次楞铺设在主楞上，模板采用15mm厚竹胶板，由钢钉将其固定在次楞上。
U型槽段侧墙模板采用M14对拉螺栓加固。
3计算书
由于目前市场上Φ48mm钢管厚度大部分都为3mm左右，出于安全考虑，计算书中Φ48mm钢管壁厚统一按2.8mm计算。
3.1侧墙模板及支撑体系验算
3.1.1侧墙模板验算
（1）作用在侧墙模板上的荷载
1）新浇混凝土对模板的侧压力标准值（G3k）
根据《建筑施工模板安全技术规范》（JTJ162-2008）中4.1.1-4知：
新浇筑混凝土对模板最大侧压力按公式9.1-1、9.1-2计算,并取二式中较小值。
（3.1-1）
（3.1-2）
式中：
F─新浇混凝土对模板的侧压力计算值（kN/m2）；
γc─混凝土的重力密度，取24kN/m3；
t0─新浇混凝土的初凝时间（h），可按公式t0=200/（T+15），T为混凝土的温度，取20℃，t0=200/（20+15）=5.7h；
β1─外加剂影响修正系数，取β1=1.2；
β1─混凝土的坍落度影响修整系数。
当坍落度小于30mm时，取0.85，坍落度为50～90mm时，取1.0，坍落度为110～150mm，取1.15，本次计算取β2=1.15；
V─混凝土浇注速度，取V=1m/h；
H─混凝土侧压力计算位置至新浇混凝土顶面的总高度，本次侧墙浇注高度取最大值7.2m。
由式3.1-1得，
F1=0.22γct0β1β1V1/2
=0.22×24×5.7×1.2×1.15×1
=41.53kN/m2
由式3.1-2得，
F2=γcH
=24×7.2=172.8kN/m2
新浇混凝土对模板的侧压力标准值取二者较小值，则新浇混凝土对模板的侧压力标准值为G3k=41.53kN/m2。
新浇筑混凝土侧压力的有效压头高度：
h=F/γc=41.53/2.4=1.73m。
2）倾倒混凝土时产生的荷载标准值（Q3k）
根据《建筑施工模板安全技术规范》（JTJ162-2008）中4.1.2-3知：
采用串管或导管供料时，倾倒混凝土时产生的荷载标准值Q3k=2kN/m2，且作用范围在新浇筑混凝土侧压力的有效压头高度之内。
3）作业在侧墙模板上的荷载设计值（F）和荷载标准值（F′）
根据《建筑施工模板安全技术规范》（JTJ162-2008）中4.3.1知：
F1=γGG3k+0.9γQQ3k=1.2×41.53+0.9×1.4×2=52.36kN/m2
F2=γGG3k+γQψcQ3k=1.35×41.53+1.4×0.7×2=58.03kN/m2
则作业在侧墙模板上的荷载设计值为F=0.9×58.03=52.22kN/m2
作业在侧墙模板上的荷载标准值为F′=G3k=41.53kN/m2
（2）侧墙模板面板验算
侧墙模板面板采用厚度为15mm的竹胶板，单板面积1220mm×2440mm，模板内楞采用100mm×100mm方木，方木间距250mm。
侧墙模板在力学上属于受弯构件，按跨度为250mm的三等跨连续梁计算。
模板截面特性（取单位宽度1m计算）。
截面抵抗矩:
W模板=bh2/6=1000×152/6=3.75×104mm3
截面惯性矩:
I模板=bh3/12=1000×153/12=2.81×105mm4
强度计算时荷载：
q=Fl=52.22×1=52.22kN/m
刚度计算时荷载：
q′=F′l=41.53×1=41.53kN/m
1）强度验算
σ=
=
=
=8.7MPa＜f模板m=13MPa
强度符合要求。
2）刚度验算：
模板的挠度为：
ω=
=
=0.43mm＜
=
=0.625mm
刚度符合要求。
式中：
f模板m——模板抗弯强度设计值，取f模板m=13MPa；
E木——模板弹性模量，取E木=9×103N/mm2；
（3）侧墙模板内楞验算
侧墙模板内楞采用100mm×100mm方木，竖向间距250mm布置，模板外楞采用100mm×100mm方木，水平间距600mm布置。
侧墙模板内楞在力学上属于受弯构件，按跨度为600mm的三等跨连续梁计算。
100mm×100mm方木截面特性：
截面抵抗矩：
W方木=bh2/6=100×1002/6=1.67×105mm3；
截面惯性矩：
I方木=bh3/12=100×1003/12=8.33×106mm4
强度计算时荷载：
q=Fl=52.22×0.25=13.06kN/m
刚度计算时荷载：
q′=F′l=41.53×0.25=10.38kN/m
1）强度验算
σ=
=
=
=2.82MPa＜f方木m=13MPa
τ=
=
=
=0.71MPa＜f方木v=1.4MPa
强度符合要求。
2）刚度验算：
模板的挠度为：
ω=
=
=0.12mm＜
=
=1.5mm
刚度符合要求。
式中：
f方木m——方木抗弯强度设计值，取f方木m=13MPa；
f方木v——方木抗剪强度设计值，取f方木v=1.4MPa；
E木——方木弹性模量，取E木=9×103N/mm2。
（4）侧墙模板外楞验算
侧墙模板外楞采用100mm×100mm方木，水平间距600mm布置，支撑横杆的步距为600mm×600mm（纵×横），侧墙模板外楞在力学上属于受弯构件，按跨度为600mm的三等跨连续梁计算。
100mm×100mm方木截面特性：
截面抵抗矩：
W方木=bh2/6=100×1002/6=1.67×105mm3；
截面惯性矩：
I方木=bh3/12=100×1003/12=8.33×106mm4
强度计算时荷载：
q=Fl=52.22×0.6=31.33kN/m
刚度计算时荷载：
q′=F′l=41.53×0.6=24.92kN/m
1）强度验算：
σ=
=
=
=6.75MPa＜f方木m=13MPa
强度符合要求。
2）刚度验算：
ω=
=
=0.23mm＜
=
=1.5mm
刚度符合要求。
式中：
f方木m——方木抗弯强度设计值，取f方木m=13MPa；
f方木v——方木抗剪强度设计值，取f方木v=1.4MPa；
E木——方木弹性模量，取E木=9×103N/mm2。
（5）侧墙模板对称钢管验算
侧墙模板对称钢管为通长布置，支撑横杆的步距为600mm×600mm（纵×横）。
单根钢管受到的轴心压力设计值:
N=52.22×0.6×0.6=18.80kN
1）钢管稳定性验算：
λ=l0/i=900/16=56＜[λ]=150
钢管长细比满足要求。
查《建筑施工模板安全技术规范》（JTJ162-2008）附录D知：
=0.828
=
=57.19MPa＜f钢=215MPa
钢管稳定性满足要求。
2）钢管强度验算：
=
=47.36MPa＜f钢=215MPa
钢管强度满足要求。
式中：
N---立杆的轴心压力设计值（kN），取N=18.80kN；
---轴心受压构件的稳定系数；
λ——长细比,由λ=l0/i确定；
i——计算立杆的截面回转半径，i=0.35×（48+42.4）/2=16mm；
A——立杆净截面面积（mm2），A=3.14×（242-21.22）=397mm2；
l0——立杆的计算长度（m），l0=0.9m；
f钢——钢管抗压强度设计值，取f钢=215MPa。
3.1.2侧墙斜撑验算
端头井局部侧墙斜撑采用2根Φ48×2.8mm钢管支撑，与水平方向夹角为30°方向设置，钢管一端部固定在底板预埋的Φ28mm钢筋上，钢管斜撑的竖向间距为1200mm,横向间距900mm，斜撑与支架立杆之间用扣件连接，增加钢管整体稳定性。
单根钢管受到的轴心压力设计值:
N=0.5×52.22×1.2×0.9/cos30°=32.56kN
1）钢管稳定性验算：
λ=l0/i=1040/16=65＜[λ]=150
钢管长细比满足要求。
查《建筑施工模板安全技术规范》（JTJ162-2008）附录D知：
=0.78
=
=105.15MPa＜f钢=215MPa
钢管斜撑稳定性满足要求。
2）钢管强度验算：
=
=82.02MPa＜f钢=215MPa
钢管强度满足要求。
式中：
N---立杆的轴心压力设计值（kN），取N=32.56kN；
---轴心受压构件的稳定系数；
λ——长细比,由λ=l0/i确定；
i——计算立杆的截面回转半径，i=0.35×（48+42.4）/2=16mm；
A——立杆净截面面积（mm2），A=3.14×（242-21.22）=397mm2；
l0——立杆的计算长度（m），l0=0.9/cos30°=1.04m；
f钢——钢管抗压强度设计值，取f钢=215MPa。
3.1.3中隔墙及U型槽段侧墙模板支撑体系验算
本工程中隔墙模板采用15mm厚竹胶板，内楞采用100×100mm方木按间距250mm布置。
外楞采用2根Φ48×2.8mm钢管按竖向间距600mm布置，纵向跨度450mm，钢管由M14整体对拉螺栓固定，拉杆间距600×450mm。
（1）中隔墙和U型槽侧墙模板和内楞的强度、刚度验算同侧墙验算部分，不再重复。
（2）钢管外楞验算。
2根Φ48×2.8mm钢管截面特性：
截面抵抗矩：
W钢管=2×3.14×（483-42.43/48）/32=8.49×103mm3；
截面惯性矩：
I钢管=2×3.14×（484-42.44）/64=2.04×105mm4
强度计算时荷载：
q=Fl=52.22×0.6=31.33kN/m
刚度计算时荷载：
q′=F′l=41.53×0.6=24.92kN/m
1）强度验算：
σ=
=
=
=74.73MPa＜f钢m=215MPa
强度符合要求。
2）刚度验算：
ω=
=
=0.16mm＜
=
=1.13mm
刚度符合要求。
式中：
f钢m——槽钢抗弯强度设计值，取f钢m=215MPa；
f钢v——槽钢抗剪强度设计值，取f钢v=125MPa；
E钢——槽钢弹性模量，取E钢=2.1×105N/mm2。
（3）模板拉杆验算
中隔墙和U型槽侧墙模板采用M14对拉螺栓加固，螺栓受到的拉力，等于钢管大楞处的反力：
对拉螺栓收到的拉力：
N=Flb/2=52.22×0.45×0.6=14.10kN＜Ntb=17.8kN
满足要求
Ntb——对拉螺栓轴向拉力设计值，M14的对拉螺栓Ntb=17.8kN
3.2顶（中）板模板及支撑体系验算
孟机区间明挖段中板和顶板碗扣支架均按纵向600mm，横向900mm，步距1200mm搭设。
模板采用15mm的竹胶板，模板上层小楞木均采用100mm×100mm方木铺设，间距250mm，下层大楞采用100mm×100mm方木铺设，间距为900mm。
因中板和顶板采用相同的模板及支撑体系，验算时只需验算混凝土厚度较大的顶板模板及支撑体系
（1）作用在模板上的荷载
1）模板自重标准值（G1k）
根据《建筑施工模板安全技术规范》（JTJ162-2008）中4.1.1-1知：
木模板的自重标准值G1k=0.3kN/m2
2）新浇筑钢筋混凝土自重标准值（G2k）
顶板厚度为700mm,则：
新浇筑钢筋混凝土自重标准值：
G2k=γcH=24×0.7=16.8kN/m2
3）钢筋自重标准值（G3k）
根据《建筑施工模板安全技术规范》（JTJ162-2008）中4.1.1-3知：
钢筋自重标准值：
G3k=1.1kN/m2
4）施工人员及机械设备荷载标准值（Q1k）
根据《建筑施工模板安全技术规范》（JTJ162-2008）中4.1.1-3知：
施工人员及机械设备荷载标准值：
Q1k=2.5kN/m2
5）作业在模板上的荷载设计值（F）和荷载标准值（F′）
根据《建筑施工模板安全技术规范》（JTJ162-2008）中4.3.1知：
F1=γG（G1k+G2k+G3k）+0.9γQQ1k=1.2×（0.3+16.8+1.1）+1.4×2.5=25.34kN/m21
F2=γG（G1k+G2k+G3k）+γQψcQ1k=1.35×（0.3+16.8+1.1）+1.4×0.7×2.5=27.02kN/m2
则作业在模板上的荷载设计值为F=0.9×27.02=24.32kN/m2
作业在侧墙模板上的荷载标准值为F′=G1k+G2k+G3k=0.3+16.8+1.1=18.2kN/m2
（2）模板计算
模板面板采用厚度为15mm的竹胶板，单板面积1220mm×2440mm，模板小楞采用100mm×100mm方木，方木间距250mm。
侧墙模板在力学上属于受弯构件，按跨度为250mm的三等跨连续梁计算。
模板截面特性（取单位宽度1m计算）。
截面抵抗矩:
W模板=bh2/6=1000×152/6=3.75×104mm3
截面惯性矩:
I模板=bh3/12=1000×153/12=2.81×105mm4
强度计算时荷载：
q=Fl=24.32×1=24.32kN/m
刚度计算时荷载：
q′=F′l=18.2×1=18.2kN/m
1）强度验算
σ=
=
=
=4.05MPa＜f模板m=13MPa
强度符合要求。
2）刚度验算：
模板的挠度为：
ω=
=
=0.19mm＜
=
=0.625mm
刚度符合要求。
式中：
f模板m——模板抗弯强度设计值，取f模板m=13MPa；
E木——模板弹性模量，取E木=9×103N/mm2；
（3）模板下层小楞验算
模板小楞采用100mm×100mm方木，纵向间距250mm布置，模板大楞采用100mm×100mm方木，横向间距900mm布置。
小楞在力学上属于受弯构件，按跨度为900mm的三等跨连续梁计算。
100mm×100mm方木截面特性：
截面抵抗矩：
W方木=bh2/6=100×1002/6=1.67×105mm3；
截面惯性矩：
I方木=bh3/12=100×1003/12=8.33×106mm4
强度计算时荷载：
q=Fl=24.32×0.25=6.08kN/m
刚度计算时荷载：
q′=F′l=18.2×0.25=4.55kN/m
1）强度验算
σ=
=
=
=2.95MPa＜f方木m=13MPa
τ=
=
=
=0.49MPa＜f方木v=1.4MPa
强度符合要求。
2）刚度验算：
模板的挠度为：
ω=
=
=0.27mm＜
=
=2.25mm
刚度符合要求。
式中：
f方木m——方木抗弯强度设计值，取f方木m=13MPa；
f方木v——方木抗剪强度设计值，取f方木v=1.4MPa；
E木——方木弹性模量，取E木=9×103N/mm2。
（4）模板下层大楞验算
模板大楞采用100mm×100mm方木，横向间距900mm布置，支架立杆的布距为600mm×900mm（纵×横），大楞在力学上属于受弯构件，按跨度为600mm的三等跨连续梁计算。
100mm×100mm方木截面特性：
截面抵抗矩：
W方木=bh2/6=100×1002/6=1.67×105mm3；
截面惯性矩：
I方木=bh3/12=100×1003/12=8.33×106mm4
强度计算时荷载：
q=Fl=24.32×0.9=21.89kN/m
刚度计算时荷载：
q′=F′l=18.2×0.9=16.38kN/m
1）强度验算
σ=
=
=
=4.72MPa＜f方木m=13MPa
τ=
=
=
=1.18MPa＜f方木v=1.4MPa
强度符合要求。
2）刚度验算：
模板的挠度为：
ω=
=
=0.19mm＜
=
=1.5mm
刚度符合要求。
式中：
f方木m——方木抗弯强度设计值，取f方木m=13MPa；
f方木v——方木抗剪强度设计值，取f方木v=1.4MPa；
E木——方木弹性模量，取E木=9×103N/mm2。
（5）支架稳定性验算
碗扣支架立杆的步距为600mm×900mm（纵×横），横杆步距为1200mm。
单根钢管受到的轴心压力设计值:
N=24.32×0.6×0.9=13.13kN
1）钢管稳定性验算：
λ=l0/i=1200/16=75＜[λ]=150
钢管长细比满足要求。
查《建筑施工模板安全技术规范》（JTJ162-2008）附录D知：
=0.72
=
=45.94MPa＜f钢=215MPa
碗扣支架立杆稳定性满足要求
2）钢管强度验算：
=
=33.07MPa＜f钢=215MPa
钢管强度满足要求。
式中：
N---立杆的轴心压力设计值（kN），取N=13.13kN；
---轴心受压构件的稳定系数；
λ——长细比,由λ=l0/i确定；
i——计算立杆的截面回转半径，i=0.35×（48+42.4）/2=16mm；
A——立杆净截面面积（mm2），A=3.14×（242-21.22）=397mm2；
l0——立杆的计算长度（m），l0=1.2m；
f钢——钢管抗压强度设计值，取f钢=215MPa。
本工程模板支架基础为中板，由于模板支架施工是在中板达到设计强度后进行的，施工时立杆下基础承载力满足承载力要求，无需进行地基承载力验算。
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