清水大模板计算.docx

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清水大模板计算

清水大模板计算

本工程剪力墙所使用的清水大模采用钢板面和钢支撑结构制作，清水大模板应按《大模板多层住宅结构设计与施工规程》（JGJ20－84）、《钢结构设计规范》（GBJ17－88）与《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204－92）的要求进行设计与计算。

1.大模板需计算的项目

（1）板面、与板面直接焊接的纵横肋、竖向主梁的强度与刚度计算。

上述构件均为受弯构件，与板面直接焊接的纵横肋是板面的支承边。

竖向主梁作为横向肋的支座，穿墙螺栓作为竖向主梁的支座。

（2）穿墙螺栓的强度。

（3）操作平台悬挑三角架、平台板及护身栏的强度与刚度。

（4）吊装大模板钢吊环的强度及焊缝强度。

（5）大模板自稳角的计算。

2.钢面板计算公式

（1）面板计算

①强度验算

σmax=Mmax/γxWx≤f

Mama—板面最大计算弯矩设计值（N•m）；

γx—截面塑性发展系数γx＝1；

Wx—弯矩平面内净截面抵抗矩（mm3）；

σmax—板面最大正应力。

②挠度计算

Vmax=Kf•F14/B0≤[υ]=h/500

式中F—新浇混凝土侧压力的标准值（N／mm2）；

h—计算面板的短边长（mm）；

B0—板的刚度，B0＝Eh/12（1-v2）；

其中：

E—钢材的弹性模量取E=2.06×105（N/mm2）；

h2—钢板厚度（mm）；

v—钢板的泊松系数，v=0.3；

Kf—挠度计算系数。

Vmax—板的计算最大挠度。

（2）横肋计算

q=F•h（N/m）

式中：

F—模板板面的侧压力，当计算强度时，它是新浇混凝土的侧压力设计值与倾倒混凝土的荷载设计值之和；当计算刚度时，它只取新浇混凝土侧压力的标准值（N／mm2）；

h—横肋的间距（mm）。

强度验算

σmax=Mmax/γxWx≤f

式中：

Mama—横肋最大计算弯矩设计值（N•mm）；

γx—截面塑性发展系数，γx＝1.0；

Wx—横肋在弯矩平面内净截面抵抗矩（mm3）。

挠度验算

①悬臂部分挠度

Vmax=q114/8E1x≤[υ]=a/500

②跨中部分挠度

Vmax=q114/384E1x•（5-24λ2）≤1/500

式中

q1—横肋上的均布荷载标准值，q1=F•h（N／mm）；

a—悬臂部分的长度（mm）；

E—钢材的弹性模量（2.06×105N／mm2）；

Ix—弯矩平面内横肋的惯性矩（mm4）；

1—竖向主梁间距（mm）；

λ—悬臂部分长度与跨中部分长度之比，

即λ＝a／1。

（3）竖向主梁计算

q2=F1（N／mm2）

式中

1—竖向主梁的间距（mm）；

F—模板板面的侧压力（N／mm2）。

挠度验算

①悬臂部分

Vmax=q21/8E1x≤13/500

②跨中部分

Vmax=q21/384E1x•（5-24λ2）≤11/500

（4）穿墙螺栓计算

N≤An•f

式中

N—对拉螺栓所承受拉力的设计值。

一般主要是混凝土的侧压力（kN/m2）；An—对拉螺栓净截面面积（mm2）。

f—对拉螺栓抗拉强度设计值（穿墙螺栓f=170N/mm2，用扁钢带f=215N/mm2）。

（5）吊环计算

根据《混凝土结构设计规范》（GBJ10－89）规定，吊环应采用I级钢筋制作，严禁使用冷加工钢筋，吊环计算拉应力不应大于50N／mm2。

所以吊环截面积计算见下式：

An=Px/2×50=Px/100（mm2）

式中

An—吊环净截面积（mm2）；

Px—吊装时吊环所承受的大模板自重荷截设计值，并乘以动载系数1.3。

（6）停放时风载作用下自稳角计算

大模板面积较大，停放在现场时，在风载的作用下，可能被吹倒，因此停放时大模板的倾斜角度是保证不被刮倒的关键。

大模板的稳定性以自稳角a来衡量，即对一定自重的大模板，在某一高度一定的风荷载作用下，能保持其不被吹倒的a角最小值。

设模板宽度为B，其自稳角计算公式如下：

G•B•H•a=0.8•K•W•h•h2/2•B

即：

G•H•a=0.8•K•W•h2/2

因为h=Hcosaa=H/2•sina代入上式

所以G•H•H／2•sina=0.8•K•H2•cos2a•1/2

即：

Gsina=0.8KWcos2a=0.8KW（1－sin2a）

=0.8KW－0.8KWsin2a

则0.8KWsin2a+Gsina-0.8KW=0

解得：

sina=-G±G2-4×0.8×0.8K2W2/（2×0.8KW）

式中

G—大模板自重（KN／m2）；

W—基本风压（kN／m2）；

K—稳定安全系数K=1.5；

0.8—基本风压值调整系数

所以sina=-G±G2-5.76W2/2.4KW）

在大模板实际支设时，a夹角大于上式计算的自稳角时，模板将是稳定的。

3.清水全钢大模板实际验算

以6001为例：

已知大模板尺寸H=2780mm，L=6000mm，S=490，h=320mm，h1=350mm，1=900mm，a=300，11＝1000mm，12=1050mm，13=360mm，面板采用6mm厚钢板，竖向主梁采用2[10槽钢，竖向小肋采用60×6钢板带，横肋采用[8槽钢，穿墙螺栓采用M30。

试全面验算此大模板的强度与刚度。

（1）荷载

新浇混凝土侧压力最大值F=50kNm2。

新浇混凝土侧压力设计值F1=50×1.2=60kN/m2。

倾倒混凝土时荷载标准值6kN／m2，其中设计值F2=6×1.4=8.4kN/m2。

（2）面板验算

选面板小方格中最不利情况计算，即三面固定，一面简支（短边）。

由于Ly/Lx=h/S=320/490=0.65，得最大弯矩系数：

Km=-0.0796，最大挠度系数：

Kf=0.00240。

①强度验算

取1mm宽的板条为计算单元，荷载为：

F3=F1+F2=60+8.4=68.4kN/m2=0.0684N/mm2

q=0.0684×1=0.0684N/mm，但应乘0.85荷载调整系数，故：

q=0.85×0.0684=0.058N/mm

Mmax=Kmq1=0.796×0.058×3202=472N•mm

Wx=1/6×1×62=6mm3

由公式

σmax=Mmax/γxWx=472/（1×6）=78.67N/mm2<215N/mm2

满足要求。

②挠度验算

Vmax=Kf•F1≤B0

取F＝50kN/m2=0.05N/mm2

从公式

B0=Eh/12×（1-γ2）=（2.06×105×63）／12×（1－0.32）

=40.74×105N•mm

则Vmax=0.00240×（0.05×3204）／（40.74×105）=0.308mm

[υ]=1y/500=320/500=0.64mm>0.308mm

Vmax<[υ]，挠度满足要求。

（3）横肋计算

①荷载

q=F3•h=0.0684×320=21.88N/mm

②强度验算

根据型钢截面特征[80×43×5：

Wx=25.3×103mm3

Ix=101×104mm4

σmax=Mmax/γxWx=（0.125×21.88×9002）/（1.0×25.3×103）

=87.56N/mm2

③挠度验算

a.悬臂部分挠度

q2=F•h=0.05×320=16N/mm

Vmax=q2a4/9Elx=（16×3004）／（9×2.06×105×101×104）=0.0692mm

[υ]=a/500=300／500=0.6mm

Vmax<[υ]

b.跨中部分挠度

λ=a/1=300/900=0.33

Vmax=q214/384EI•（5-24λ2）

Vmax=（16×9004）／（384×2.06×105×101×104）•（5-24×0.332）

=0.313mm<1/500=900/500=1.8mm

（4）竖向主梁计算

①荷载

q1=F3•1=0.0684×900=61.56N/mm

q2=61.56×1.4/2.1=41.04N/mm

②强度验算

用弯矩分配法及叠加法求得：

Mmax=M=9.15×106N•mm

其它M=5.73×106N•mm

MAB=4.27×106N•mm

MBC=8.34×106N•mm

2[10槽钢Wx=79.4×103mm3，Ix＝396.6×104mm4

σmax=Mmax/γxWx=（9.15×106）/（1.0×79.4×103）

=115.23N/mm2

③挠度验算

a.悬臂部分挠度

υmax=q11/9EIx=（45×3204）/（9×2.06×105×396.6×104）

=0.064<320/500=0.64mm

b.跨中部分

AB跨

γmax=q11/384EIx（5-24λ2）=（45×10004）/（384×2.06×105×396.6×104）[5-24×（300/1000）2]=0.407mm<[υ]=11/500=1000/500=2mm

BC跨

近似地按一端固定，一端简支的三角形分布荷载计算，查静力计算图表得：

υmax=0.00239•q21/EIx=0.00239×（30×10504）/（2.06×105×396.6×104）

=0.106mm<[υ]=1050/500=2.1mm

所以挠度均符合要求。

（5）对拉螺栓计算

用弯矩分配法及叠加法求得：

M=5.73×106N•mm，M=9.15×106N•mm。

取隔离体求得B点支座反力RB=85960N，即为螺栓最大拉力。

选用M30螺栓，面积An=560.6mm2。

则An•f=560.6×170=95302N>85960N

强度满足要求。

（6）外跨架勾头螺栓受剪力计算

Nbv=nv•（πd2）/4•fbv=1×（π×302）／4×130＝91845N

荷载分析：

按6m长模板，板及配件等自重2吨，施工荷载按1500N／m2，

则操作平台施工荷载6×1.2×1500=10800N。

总荷载：

20000+10800=30800N。

6m长模板按5个外跨架5条勾头螺栓计，其承剪力为：

5×91845=459225N，即Nbv>[Nbv],故满足要求。

安全系数：

K＝459225N／30800N＝14.91

（7）操作平台三角架及外跨架强度验算

①计算简图及规格

操作平台其中：

①、②号杆件均为∟63×6；

外跨架其中：

①、②、④号件均为2∟63×6，

③号件为∟63×6。

各杆件计算长度及受力类型

名称

受力种类

计算长度

承受最大荷载

操作平台

①

拉弯

840

②

轴压

1275

86.2KN

外跨架

①

零杆

1900

②

拉弯

1260

③

轴压

1140

274.1KN

④

轴压

1140

274.1KN

②外跨架验算

其中：

F1：

大模板荷载（最不利情况），

F2：

施工活荷（其不利位置分别为AB杆中点），

F3：

脚手架荷载，

[10承受最大轴向力F=274.1KN

a.第一种情况F2在AB杆中点

M1=F1×0.3=0.9KN•m

M2=F2×0.63=0.63KN•m

Mmax=0.63/0.96×0.9+0.63=1.22KN•m

支座B处反力：

F=F1×0.3/1.26+F2/2+F3=2.1KN

AB杆拉力：

Nab=F×1260／1900=1.39KN。

BC杆压力：

NBC＝F×（12602+19002）/1900=2.52KN

An=12.75cm2Wx=7.8cm3

由N／An±M／γWx=1.39×103／12.75×10－4±1.22×103／1.02×7.8×10-6=162

安全系数K=1.33

b.第二种情况

F2在B点：

M1=F1×0.3＝0.9KN•m

M2=M3=0

支座B处反力：

F=1.4+3×0.3/1.26=2.11KN

AB杆抗力：

NAB=2.11×1.26／1.9=1.5KN

BCs杆压力

NBC=2.11×（1.262+1.92）/1.9=2.53KN

所以由N／An±M/γWx=1.4×103/12.75×10－4±0.9×103／1.02×7.8×10-6=116.5

安全系数K＝1.85

③操作平台三角架强度验算

操作平台施工荷载简化为集中力P=2KN

三角架最不利荷载有两种情况

（∟63×6承受最大轴向力荷载为86.2KN）

a.

NAB＝2KN×840／935＝1.8KN（受拉）

NBC＝2KN×8402＋9352／935＝2.69KN（受压）

NAB、NBC远远小于∟63×6最大荷载86.2KN

b.

MAB=qL／4=2×0.84／4=0.42KN

NAB=P/2×840/935=0.9

NBC=P/2×8402+9352/935=1.4KN

AB=杆拉弯强度验算

N／An±M／γWn≤f

∟63×6An=7.29cm2Wn=15.2cm3

N／An+M/γWn=0.9×103／7.29×10－4＋0.24×103／15.2×10-6=28.87×106N／m

安全系数K＝7.5

NBC远远小于∟63×6，承受最大轴向力86.2KN