剪力墙小模板设计.docx

1、剪力墙小模板设计剪力墙小模板的设计 高层建筑的地下室和非标准层，一般都用小模板配制剪力墙的模板。这里所谓“小模板”是相对标准层的全钢大模板来说的。所谓“小模板”就是用胶合板做面板、用方木和钢管做背楞做成的剪力墙的侧面模板。小模板一般都不设计，由工人凭经验、甚至由工人随意配制。 下面便是一种常用的习惯做法(对拉螺杆的间距都是450mm)：这种配制模板的方法的传力过程是：作为水平背楞的单根钢管，在每跨内都受水平侧压力，但水平背楞只有一根钢管；而竖向背楞是两根钢管，竖向背楞仅仅在对拉螺杆处受力，两个对拉螺杆间，竖向钢管并不受力。显然，水平钢管与竖向钢管受力分配不合理。由于水平背楞只有一根钢管，下部的

2、水平钢管和方木很可能弯曲。 有的工地意识到水平钢管受力大，竖向及横向背楞都用两根钢管。也有工地不用竖向背楞，只用水平背楞（对拉螺杆的水平及垂直间距都是450mm）：还有的是由工人随意配制： 对拉螺杆间距没有规律，任意布置。下面对拉螺杆间距大，上面对拉螺杆间距小，很不合理。 上述种种做法的共同特点是，完全没有考虑混凝土水平侧压力的分布：上面侧压力小，下面侧压力大：上面种种做法的后果是，多用钢管；多用对拉螺杆；模板下部的水平钢管及方木可能弯曲；模板下部的螺帽可能打飞，发生跑模：根据“建筑施工模板安全技术规范”（JGJ 1622008）（下面简称规范）4.1.1 4新浇筑混凝土作用于模板的侧压力标准

3、值（G4K），按下列公式计算，并取其中的较小值： （1） （2）公式中符号的意义见规范，不赘述。先按（1）式计算。混凝土的浇筑速度施工时变化很大，考虑最不利情况，一罐车混凝土12m3， 在10分钟内浇筑完毕，剪力墙内混凝土升高3m,于是混凝土浇筑速度 ： V=3/(10/60)=18m/h 取 1=1.2 2=1.15 c=24 t0=5 于是新浇筑混凝土作用于模板的侧压力标准值 当墙高H155/24=6.45m时，F按（2）计算： 当墙高6.45m时，取F=155KN/m2 上面6.45m 这个界限，根据不同的具体情况（混凝土上升速度；混凝土的初凝时间；坍落度的大小；是否加缓凝剂）会有不同的

4、数值。 下面以一个实例说明剪力墙小模板的设计。 剪力墙高4.85m。楼板厚180mm。 按规范4.3.2条，剪力墙侧面模板的荷载包括： 新浇筑混凝土对模板侧压力标准墙高H=4.85m6.45m。G4k=CH=244.85=116.4KN/m2倾倒混凝土时对模板的侧压力标准值 Q3k=6 KN/m2 按规范4.3.1条，结构重要性系数 0 取0.9。由于本例恒载116.4 KN/m2明显大于活载6 KN/m2。故本例由永久荷载控制。荷载效应组合式为： 荷载设计值 G4=1.35116.40.9=141.426 KN/m2 Q3=1.360.90.7=4.914 KN/m2 模板侧压力图如下：模板

5、设计时，先根据经验选用定剪力墙模板材料：螺杆直径；方木截面；胶合板种类及厚度。再确定对拉螺杆垂直间距h、水平间距L及方木间距J。然后进行验算。验算时，用力学公式计算：对拉螺杆拉力；方木弯矩；胶合板弯矩；钢管弯矩四项内力。通过调整h、L及J,使这四项内力基本接近允许值。 确定剪力墙模板材料时，螺杆直径可用14或16；方木截面可用4080或50100；胶合板可用15厚的木胶合板。螺杆直径12是不合适的；方木截面4565也是不合适的。方木截面的高度宜为宽度的两倍。 剪力墙模板只需要水平背楞，不需要垂直背楞。本例对拉螺杆直径用16；由于工地库存的方木是4565，只好用这种截面方木；胶合板用15厚木胶合

6、板。本例剪力墙模板图如下：下面对上图进行验算。验算过程见电子表格Excel。对表格Excel逐项说明如下：单元格 C3 为底部侧压力设计值 141.426在单元格 C3内输入 =A3*B3*24*1.35 这是底部侧压力设计值D3内输入 =6*0.7*1.3*A3 这是顶部侧压力设计值输入不同的墙高，Excel表上立即会显示相应的侧压力设计值 E列数值是对拉螺杆垂直距离h，根据经验设定。根据设定数值进行验算，发现不合适（对拉螺杆受力、胶合板弯矩、方木弯矩及钢管弯矩是否超过允许值）再调整E列数值。 F列数值是对拉螺杆离地面距离x。由E列数值计算： F3单元格内 输入 =E3 F4单元格内 输入

7、=F3+E4 F列下面的数值由F4单元格的填充柄往下拖得出。F列最大数值为4.35，也就是剪力墙模板有9行对拉螺杆。最后的4.67已到板底。那里并没有对拉螺杆。最后的0.32m看作是悬臂结构。F列最大高度应比模板高度低一段距离，例如3040cm。 G列数值是x处的侧压力设计值F： 上面的数学式“翻译”成Excel公式：在G3单元格中输入 =IF(F30.168,C3,($B$3-F3)/$B$3*$C$3+$D$3) 这个公式稍复杂。简化如下： 在G3单元格中输入 =C3在G4单元格中输入 =($B$3-F4)*$C$3/$B$3+$D$3 G4单元格以下的数值由G4单元格的填充柄往下拖得出。

8、H列数值是对拉螺杆水平距离。这列数值取统一数值。本例取0.5m。这是由试算得出的。当加大这列数值时，可以明显看到，对拉螺杆受力超出允许值（24.5KN）；减少这列数值，对拉螺杆受力减少，比允许值低很多，对拉螺杆承载力没有充分利用。I列数值是计算的对拉螺杆受的拉力：I3单元格内 输入 =G3*(E3+0.5*E4)*H3 这个计算式的意思是将最下面的0.15m范围及相邻的0.35的一半范围内的侧压力产生的拉力都由最下一排对拉螺杆承担。这里侧压力都按141.426计算，稍偏大。I4单元格内 输入 =G4*(E4+E5)/2*H4 这个计算式的意思是将第二行对拉螺杆上下各一半范围内侧压力产生的拉力都

9、由第二行螺杆承担。 I4单元格以下各单元格的数值是由I4的填充柄往下拖得出的。计算公式的意思与I4单元格相同。 可以看到I4列的数值都接近16对拉螺杆的允许值：24.5KN。这说明对拉螺杆充分发挥了作用。16对拉螺杆的允许值：24.5KN是查“组合钢模板技术规范”（GB 502142001）40面表D2得到的。 J列数值是计算方木受的弯矩。为此首先在K列定出方木的间距：0.15m。 J3单元格内输入 =0.5*K3*G3*POWER(E3,2) 这个计算式的意思是最下面对拉螺杆以下的方木看做是悬臂杆（悬臂长0.15m），承担方木间距范围内水平荷载产生的弯矩。 J4单元格内输入 =0.125*K

10、4*(G4+G3)/2*POWER(E4,2) 这个计算式的意思是下面一二行对拉螺杆间的方木看做是简支梁，承担方木间距范围内水平荷载产生的弯矩。 J4单元格以下各单元格的数值是由J4单元格的填充柄往下拖得出的。 这种计算方木弯矩的方法，当然不十分“精确”。一个连续受弯构件在梯形分布荷载作用下的最大弯矩并不在跨中。但这种近似，从实用角度讲，是可以的。 可以看到，J列数值都接近4565方木的抗弯能力：0.475KNm。而且我们是按简支计算的。实际方木是连续受弯构件。计算的弯矩偏大。4565方木的抗弯能力计算如下：w=456521510-6/6=0.475KNm式中 15N/mm2 是方木的抗弯强度

11、设计值。参考规范80面表A.3.1-3取值。比较好的方法是方木取样做试验得出真实的方木抗弯强度设计值。J12单元格的弯矩是将0.32m看做悬臂构件计算的弯矩。J12单元格 输入 =0.5*G11*K11*POWER(E12,2) 计算值显然偏大。L列是计算胶合板受的弯矩。L3单元格内输入 =0.125*G3*POWER(K3,2) 是将方木间胶合板看做简支构件计算的每米宽（沿高度方向）胶合板的弯矩。L4单元格内输入 =0.125*(G4+G3)/2*POWER(K4,2) 也是将方木间胶合板看做简支构件计算的每米宽（沿高度方向）胶合板的弯矩。 L4单元格以下的数值是由L4单元格的填充柄往下拉得

12、出的。从L列数值，可以看到胶合板弯矩都没有超过允许值：0.45KNm。并且都低于0.45 KNm。从胶合板来说，可以加大方木间距。但加大方木间距，方木产生的弯矩会增大，方木的弯矩会超过允许值。这也说明，4565的截面尺寸不合理。应加大方木截面，例如改为4080。 15厚木胶合板每米宽能承受的弯矩0.45 KNm计算如下： 10001521210-6/6=0.45KNm 式中，12N/mm2是木胶合板抗弯强度设计值。参考规范83面表A.5.2取值。当然最好取样做试验得出胶合板的真实抗弯强度设计值。 N列数值是水平钢管受的弯矩。水平钢管受的是方木传来的集中荷载。近似按简支梁受均布荷载计算。按均布荷

13、载计算，弯矩偏小；但实际水平钢管一般都是5跨以上的连梁（水平钢管一般长度都大于3m,即大于五跨），5跨连梁的弯矩比简支梁的弯矩小。 N3单元格输入 =0.125*G3*(E3+0.5*E4)*POWER(H3,2) 这个计算式的意思是最下面水平钢管以下范围0.15m及最下面两根钢管间距离（0.35m）的一半范围内的水平荷载产生的弯矩由最下面水平钢管承担。 N4单元格输入 =0.125*G4*(E4+E5)/2*POWER(H4,2)这个计算式的意思是下面第二根钢管承担相邻两根钢管间一半范围内水平荷载产生的弯矩。N4单元格以下的数值是由N4单元格的填充柄往下拉得出的。计算公式的意思与N4单元格相

14、同。 从N列计算结果看，钢管承受的弯矩都小于壁厚2.75mm的两根钢管的抗弯能力。钢管是安全的。从钢管考虑，对拉螺杆的间距可以加大，但加大对拉螺杆间距后，对拉螺杆受力增大，会超过螺杆的允许承载力。对拉螺杆的直径也不可能再加大；18的螺杆可能穿不过蝴蝶扣件的孔眼。 两根壁厚2.75mm的钢管的抗弯承载力计算如下： 22054.1810-3=1.714KNm 式中，4.18cm3 是壁厚2.75mm钢管的截面抵抗矩。205N/mm2是钢管的抗弯设计强度，见“建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范”（JGJ 130-2001）5.1.6条。规范规定钢管壁厚是3.5mm。实际壁厚可能没有3.5mm。这里

15、按比较不利的情况计算。横向钢管挠度以最下面钢管为例计算如下：此时只考虑恒载标准值。钢管按均布荷载简支受弯构件计算（实际是连续受弯构件受集中荷载）： 线荷载 qk=(0.15+0.350.5)116.4=37.83KN/m=37.83N/mm这里1/400 是允许变形值，见规范4.4.1条；2.06105N/mm2是钢管的弹性模量，见规范77面A.1.3表；4.182.4是壁厚2.75mm钢管的惯性矩，可以计算，也可以查表。 在Excel表中还计算有方木最下端的挠度。计算过程略。 用Excel表计算，模板方案的修改、调试很方便。先根据经验定出有关参数：对拉螺杆垂直方向及水平方向距离、方木间距，将

16、上述参数代入Excel表，相应的四项内力值：对拉螺杆拉力、方木弯矩、胶合板弯矩、钢管弯矩立即显示出来。将计算结果与允许值对比，可以看到定的参数是否合理。不合理，再修改参数。要设计另外情况的剪力墙模板，只要代入有关的数据：墙高、方木截面、胶合板种类及厚度、钢管壁厚，计算出水平荷载设计值和标准值、方木的抗弯能力、胶合板的抗弯能力及钢管的抗弯能力，便可以很快用Excel表得到结果。 上面的设计是一个实际工程的设计。已在长庆低渗透油气田开发国家工程实验室科研楼地下室车库剪力墙中使用。浇筑混凝土后，没有跑模、胀模。浇筑混凝土后模板的照片见下图：本例按工人习惯做法，垂直方向得布置10行对拉螺杆：每m2 对拉螺杆数量： 10/（0.454.67）=4.75个按本例做法每m2 对拉螺杆数量 9/（0.54.67）=3.85每m2 可少用0.9个对拉螺杆。占原螺杆数量的18.9%。同时，少用一道水平背楞（两根水平钢管），占原水平钢管的10%。如果与采用竖向背楞做法相比，少用的钢管更多。况且，工人的习惯做法下面对拉螺杆的螺帽可能“打飞”。下面的钢管和方木也可能弯曲。剪力墙模板不设计，凭经验干，既费工费料，也不安全；经合理设计后，省工省料，安全可靠。 2011年2月17日星期四修改