高支模专项方案
第一节编制说明
一、编制依据
《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)中国建筑工业出版社;
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中国建筑工业出版社;
《建筑施工计算手册》江正荣著中国建筑工业出版社;
《建筑施工手册》第四版中国建筑工业出版社;
《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中国建筑工业出版社;
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001);
《广东省建设工程高支模板体系施工安全管理办法》;
《万科·松山湖1号花园四期施工组织设计》及溪湾1-6栋结构施工图。
《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001
《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162-2008
二、方案选择依据
本工程考虑到施工工期、质量和安全要求,故在选择方案时,应充分考虑以下几点:
2.1、模板及其支架的结构设计,力求做到结构要安全可靠,造价经济合理。
2.2、在规定的条件下和规定的使用期限内,能够充分满足预期的安全性和耐久性。
2.3、选用材料时,力求做到常见通用、可周转利用,便于保养维修。
2.4、结构选型时,力求做到受力明确,构造措施到位,升降搭拆方便,便于检查验收;
2.5、结合以上模板及模板支架设计原则,同时结合本工程的实际情况,综合考虑了以往的施工经验,综合以上几点,模板及模板支架的搭设,还必须符合JCJ59-99检查标准要求,要符合省文明施工工地的有关标准;决定采用以下模板及其支架方案:梁模板支架,板模板支架。
第二节概况
一、总述
工程名称:万科·松山湖1号花园溪湾1-6栋工程
建设单位:东莞市松湖居置业有限公司
监理单位:东莞市恒信建设工程咨询有限公司
设计单位:深圳市筑博工程设计有限公司
施工总承包单位:深圳市广胜达建筑工程有限公司
二、高模板支撑体系及结构特点概况
2.1.本工程本工程包括6栋20层高层,地下室一层,工程为商住楼。本工程用地面积28799.32M2,总建筑面积49626.03M2,其中1、2栋为筏板基础, 3~6栋为桩基础,地下室层高4.3m,塔楼一层高4.85~6.25m,标准层层高3m。本方案为溪湾1-6栋高支模板专项方案,一般模板专项方案详见“模板专项方案”。
2.2.万科·松山湖1号花园溪湾1-6栋工程高支模板部位及特点如下:溪湾1-6栋一层高最高为6.25m,其中梁截面有400*1300、400*1220、250*1300、300*1300、200*1300、200*1200、200*600选取3、15轴梁截面最大400*1300且跨度较大L=6.4m 进行验算;一般梁选200*1300进行验算;板选取搭设高度最大6.25m,其中板厚有100mm、120mm、150mm、180mm且选取板厚180mm进行验算。
三、高支模支撑方案
1、模板及支撑架的材料选取:
模板:采用915mm×l830mm×l8mm(厚)胶合板。
木枋:采用50mm×100mm木枋。
支撑系统:选用48×3.5mm钢管及配件。
纵横水平拉杆:选用48×3.5mm钢管及配件。
纵横向剪刀撑:选用48×3.5mm钢管及配件。
垫板:采用脚手架配套底托,垫板为一条50×100mm木枋并排垫放。
1)、梁底面板采用18mm九夹板现场拼制,梁底采用方木支撑。承重架采用扣件式钢管脚手架,由扣件、立杆、横杆、支座组成,采用Ф48×3.5钢管。
2)、板底采用50×100方木竖放支撑,承重架采用扣件式钢管脚手架,由扣件、立杆、横杆、支座组成。
3)、.模板支架钢管应采用现行国家标准《直缝电焊钢管》(GB/T 13793)或《低压流体输送用焊接钢管》(GB/T 3092)中规定的3号普通钢管,其质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T 700)中Q235-A 级钢的规定。
4)、钢管外观质量要求:
1)、钢管表面应平直光滑,不应有裂缝、结疤、分层、错位、硬弯、毛刺、压痕和深的划道;
2)、钢管外径、壁厚、端面等的偏差;钢管表面锈蚀深度;钢管的弯曲变形应符合附录E的规定;
3)、钢管应进行防锈处理。钢管上严禁打孔,每根钢管的最大质量不宜大于25kg。
5)、.扣件外观质量要求:扣件式钢管模板支架应采用可锻铸铁制作的扣件,其材质应符合现行国家标准《钢管脚手架扣件》(GB 15831)的规定。采用其它材料制作的扣件时,应经试验证明其质量符合相关标准的规定后方可使用。
6)、有裂缝、变形或螺栓出现滑丝的扣件严禁使用;扣件应进行防锈处理。模板支架采用的扣件,在螺栓拧紧扭力矩达65N·m时,不得发生破坏。有裂缝、变形或
螺栓出现滑丝的扣件严禁使用。
7)、对拉螺杆应进行机械性能试验,合格后方可使用。
8)、顶托采用78型专用顶托。
9)、采购、租赁的钢管,扣件必须有产品合格证和法定检测单位的检测检验报告,生产厂家必须具有技术质量监督部门颁发的生成许可证。没有质量证明或证明材料不齐全的钢管,扣件不得进入施工现场。
10)、搭设模板支架用的钢管、扣件,使用前必须进行抽样检测,抽检数量按有关规定执行。未经检测或检测不合格的一律不得使用。
2、验算截面情况
情况一:溪湾1-6栋一层最高层高6.25m,最大梁截面为400*1300mm、跨度6.4m,板厚100mm,C30砼,故选梁截面400*1300mm,层高6.25m进行验算。
情况二:溪湾1-6栋一层最高层高6.25m,一般梁截面200*1300mm,跨度为3.2m,板厚100mm,C30砼,故选一般梁截面200*1300mm,层高6.25m进行验算。
情况三:溪湾1-6栋层高6.25m,板模立杆搭设高度最大为5.9m,板厚最厚为180mm,C30砼,故选板厚180mm,层高6.25m进行验算。
第三节高支模施工及力学验算
一、力学验算
高支撑架的计算依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》
(JGJ130-2001)、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002、《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)等规范编制。
因本工程梁支架高度大于4米,根据有关文献建议,如果仅按规范计算,架体安全性仍不能得到完全保证。为此计算中还参考了《施工技术》2002(3):《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》中的部分内容。
情况一、梁段KL12-400*1300验算
一、参数信息
1.模板支撑及构造参数
梁截面宽度B(m):0.40;梁截面高度D(m):1.30;
混凝土板厚度(mm):100.00;立杆沿梁跨度方向间距L a(m):1.00;
立杆上端伸出至模板支撑点长度a(m):0.20;
立杆步距h(m):1.50;板底承重立杆横向间距或排距L b(m):1.00;
梁支撑架搭设高度H(m):6.25;梁两侧立杆间距(m):0.80;
承重架支撑形式:梁底支撑小楞平行梁截面方向;
梁底增加承重立杆根数:1;
采用的钢管类型为Φ48×3.5;
立杆承重连接方式:可调托座;
2.荷载参数
新浇混凝土重力密度(kN/m3):24.00;模板自重(kN/m2):0.30;钢筋自重
(kN/m3):1.40;
施工均布荷载标准值(kN/m2):1.5;新浇混凝土侧压力标准值(kN/m2):17.8;
振捣混凝土对梁底模板荷载(kN/m2):2.0;振捣混凝土对梁侧模板荷载(kN/m2):4.0;
3.材料参数
木材品种:柏木;木材弹性模量E(N/mm2):10000.0;
木材抗压强度设计值fc(N/mm):16.0;
木材抗弯强度设计值fm(N/mm2):17.0;木材抗剪强度设计值fv(N/mm2):1.7;
面板材质:胶合面板;面板厚度(mm):18.00;
面板弹性模量E(N/mm2):6000.0;面板抗弯强度设计值fm(N/mm2):13.0;
4.梁底模板参数
梁底方木截面宽度b(mm):50.0;梁底方木截面高度h(mm):100.0;
梁底模板支撑的间距(mm):250.0;
5.梁侧模板参数
次楞间距(mm):250;主楞竖向根数:3;
穿梁螺栓直径(mm):M12;穿梁螺栓水平间距(mm):500;
主楞到梁底距离依次是:50mm,500mm,1000mm;
主楞材料:圆钢管;
直径(mm):48.00;壁厚(mm):3.50;
主楞合并根数:2;
次楞材料:木方;
宽度(mm):50.00;高度(mm):100.00;
二、梁侧模板荷载计算
按《施工手册》,新浇混凝土作用于模板的最大侧压力,按下列公式计算,并取其中的较小值:
F=0.22γtβ1β2V1/2
F=γH
其中γ -- 混凝土的重力密度,取24.000kN/m3;
t -- 新浇混凝土的初凝时间,取2.000h;
T -- 混凝土的入模温度,取20.000℃;
V -- 混凝土的浇筑速度,取1.500m/h;
H -- 混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度,取1.200m;
β1-- 外加剂影响修正系数,取1.200;
β2-- 混凝土坍落度影响修正系数,取1.150。
分别计算得 17.848 kN/m2、28.800 kN/m2,取较小值17.848 kN/m2作为本工程计算荷载。
三、梁侧模板面板的计算
面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。强度验算要考虑新浇混凝土侧压力和振捣混凝土时产生的荷载;挠度验算只考虑新浇混凝土侧压力。
面板计算简图(单位:mm)
1.强度计算
材料抗弯强度验算公式如下:
σ =M/W < f
其中,W -- 面板的净截面抵抗矩,W = 120×1.8×1.8/6=64.8cm3;
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:
M max = 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= 1.2×1.2×17.85=25.701kN/m;
振捣混凝土荷载设计值: q2= 1.4×1.2×4=6.72kN/m;
计算跨度: l = 250mm;
面板的最大弯矩M = 0.1×25.701×2502 + 0.117 ×6.72×2502 = 2.10×105N·mm;
面板的最大支座反力为:
N=1.1q1l+1.2q2l=1.1×25.701×0.25+1.2×6.72×0.25=9.084kN;
经计算得到,面板的受弯应力计算值: σ = 2.10×105 / 6.48×104=3.2N/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 =3.2N/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=25.701N/mm;
l--计算跨度: l = 250mm;
E--面板材质的弹性模量: E = 6000N/mm2;
I--面板的截面惯性矩: I = 120×1.8×1.8×1.8/12=58.32cm4;
面板的最大挠度计算值: ν= 0.677×25.701×2504/(100×6000×5.83×105) = 0.194 mm;
面板的最大容许挠度值:[ν] = l/250 =250/250 = 1mm;
面板的最大挠度计算值ν=0.194mm 小于面板的最大容许挠度值[ν]=1mm,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两跨连续梁计算。
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=9.084/(1.300-0.100)=7.570kN/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 = 1×5×10×10/6 = 83.33cm3;
I = 1×5×10×10×10/12 = 416.67cm4;
E = 10000.00 N/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 = 0.173 kN·m,最大支座反力R= 4.003 kN,最大变形ν= 0.043 mm
(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 = 1.73×105/8.33×104 = 2.1 N/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 = 2.1 N/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] = 500/400=1.25mm;
次楞的最大挠度计算值ν=0.043mm 小于次楞的最大容许挠度值
[ν]=1.25mm,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4.003kN,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3.5mm,截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W = 2×5.078=10.16cm3;
I = 2×12.187=24.37cm4;
E = 206000.00 N/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 = 0.450 kN·m,最大支座反力R= 8.907 kN,最大变
形ν = 0.148 mm
(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 = 4.50×105/1.02×104 = 44.3 N/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 =44.3N/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0.148 mm
主楞的最大容许挠度值: [ν] = 500/400=1.25mm;
主楞的最大挠度计算值ν=0.148mm 小于主楞的最大容许挠度值
[ν]=1.25mm,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 = 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+1.40)×0.40×1.30=15.850kN/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+1.50)×0.40=1.960kN/m;
最大弯矩计算公式如下:
M max=0.1(q1+ q2)l2+0.117q3l2=
0.1×(15.85+0.144)×2502+0.117×1.96×2502=1.14×105N·mm;
σ =M max/W=1.14×105/2.16×104=5.3N/mm2;
梁底模面板计算应力σ =5.3 N/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=15.850+0.144=15.994kN/m;
l--计算跨度(梁底支撑间距): l =250.00mm;
E--面板的弹性模量: E = 6000.0N/mm2;
面板的最大允许挠度值:[ν] =250.00/250 = 1.000mm;
面板的最大挠度计算值: ν= 0.677×15.994×2504/(100×6000×1.94×105)=0.363mm;
面板的最大挠度计算值: ν=0.363mm 小于面板的最大允许挠度值:[ν]
=1mm,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+1.4)×1.3×0.25+0.3×0.25×(2×1.2+0.4)/ 0.4]=10.536 kN/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×(1.5+2)×0.25=1.225 kN/m;
均布荷载设计值q = 10.536+1.225 = 11.761 kN/m;
梁两侧楼板荷载以集中荷载的形式传递,其设计值:
p=0.25×[1.2×0.10×24.00+1.4×(1.50+2.00)]×(0.80-0.40)/4=0.195kN
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 = 8.33×101 cm3;
I=5×10×10×10/12 = 4.17×102 cm4;
E= 10000 N/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=0.318 kN;
N2=4.457 kN;
最大弯矩:M= 0.147kN·m
最大剪力:V= 2.228 kN
方木最大正应力计算值:σ =M/W=0.147×106 /8.33×104=1.8 N/mm2;
方木最大剪应力计算值:τ
=3V/(2bh0)=3×2.228×1000/(2×50×100)=0.668N/mm2;
方木的最大挠度:ν =0.046 mm;
方木的允许挠度:[ν]= 0.8×103/2/250=1.6mm;
方木最大应力计算值1.762 N/mm2小于方木抗弯强度设计值[f]=17.000
N/mm2,满足要求!
方木受剪应力计算值0.668 N/mm2小于方木抗剪强度设计值[f v]=1.700
N/mm2,满足要求!
方木的最大挠度ν=0.046 mm 小于方木的最大允许挠度[ν]=1.600 mm,满足要求!
七、梁跨度方向托梁的计算
作用于托梁的荷载包括梁与模板自重荷载,施工活荷载等,通过方木的集中荷载传递。
托梁采用:钢管(双钢管) :Ф48×3.5;
W=10.16 cm3;
I=24.38 cm4;
1.梁两侧托梁的强度计算
托梁按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算;集中力P= 0.318 kN.
托梁计算简图
托梁计算弯矩图(kN·m)
托梁计算变形图(mm)
托梁计算剪力图(kN)
最大弯矩M max = 0.119 kN·m ;
最大变形νmax = 0.167 mm ;
最大支座力R max = 1.391 kN ;
最大应力σ=M/W= 0.119×106 /(10.16×103 )=11.7 N/mm2;
托梁的抗弯强度设计值[f]=205 N/mm2;
托梁的最大应力计算值11.7 N/mm2小于托梁的抗弯强度设计值205 N/mm2,满足要求!
托梁的最大挠度νmax=0.167mm小于1000/150与10 mm,满足要求!
2.梁底托梁的强度计算
托梁按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算;集中力P= 4.457 kN.
托梁计算简图
托梁计算弯矩图(kN·m)
托梁计算变形图(mm)
托梁计算剪力图(kN)
最大弯矩M max = 1.671 kN·m ;
最大变形νmax = 2.346 mm ;
最大支座力R max = 19.498 kN ;
最大应力σ =M/W= 1.671×106 /(10.16×103 )=164.5 N/mm2;
托梁的抗弯强度设计值[f]=205 N/mm2;
托梁的最大应力计算值164.5 N/mm2小于托梁的抗弯强度设计值205 N/mm2,满足要求!
托梁的最大挠度νmax=2.346mm小于1000/150与10 mm,满足要求!
八、立杆的稳定性计算
立杆的稳定性计算公式
σ = N/(υA)≤[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 =1.391 kN ;
脚手架钢管的自重:N2 = 1.2×0.129×6.25=0.968 kN;
N =N1+N2=1.391+0.968=2.359 kN;
υ-- 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l o/i 查表得到;
i -- 计算立杆的截面回转半径(cm):i = 1.58;
A -- 立杆净截面面积(cm2):A = 4.89;
W -- 立杆净截面抵抗矩(cm3):W = 5.08;
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] =205 N/mm2;
l o -- 计算长度(m);
根据《扣件式规范》,立杆计算长度l o有两个计算公式l o=kμh和l o=h+2a,为安全计,取二者间的大值,即:
l o = Max[1.167×1.7×1.5,1.5+2×0.2]= 2.976 m;
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=0.2m;
得到计算结果: 立杆的计算长度
l o/i = 2975.85 / 15.8 = 188 ;
由长细比lo/i 的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数υ= 0.203 ;
钢管立杆受压应力计算值;σ=2359.068/(0.203×489) = 23.8 N/mm2;
钢管立杆稳定性计算σ = 23.8 N/mm2小于钢管立杆抗压强度的设计值[f] = 205 N/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 =19.498 kN ;
脚手架钢管的自重:N2 = 1.2×0.129×(6.25-1.3)=0.968 kN;
N =N1+N2 =19.498+0.767=20.265 kN ;
υ-- 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l o/i 查表得到;
i -- 计算立杆的截面回转半径(cm):i = 1.58;
A -- 立杆净截面面积(cm2):A = 4.89;
W -- 立杆净截面抵抗矩(cm3):W = 5.08;
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] =205 N/mm2;
l o -- 计算长度(m);
根据《扣件式规范》,立杆计算长度l o有两个计算公式l o=kμh和l o=h+2a,为安全计,取二者间的大值,即:
l o = Max[1.167×1.7×1.5,1.5+2×0.2]= 2.976 m;
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=0.2m;
得到计算结果: 立杆的计算长度
l o/i = 2975.85 / 15.8 = 188 ;
由长细比lo/i 的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数υ= 0.203 ;
钢管立杆受压应力计算值;σ=20264.774/(0.203×489) = 204.1 N/mm2;
钢管立杆稳定性计算σ = 204.1 N/mm2小于钢管立杆抗压强度的设计值[f] = 205 N/mm2,满足要求!
考虑到高支撑架的安全因素,建议按下式计算
l o= k1k2(h+2a) = 1.167×1.008×(1.5+0.2×2) = 2.235 m;
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 =1.9按照表2取值1.008 ;
l o/i = 2235.038 / 15.8 = 141 ;
由长细比lo/i 的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数υ= 0.344 ;
钢管立杆的最大应力计算值;σ= 20264.774/(0.344×489) = 120.5 N/mm2;
钢管立杆稳定性计算σ = 120.5 N/mm2小于钢管立杆抗压强度的设计值[f] = 205 N/mm2,满足要求!
情况二、梁段KL5-200*1300验算梁段:L1。