梁模板高支撑脚手架计算书文档格式.docx
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5.《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
6.《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)
《建筑施工扣件式钢管脚手架构造与计算》 主编:
刘群 副主编:
袁必勤
《施工技术》2002(3):
《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》
《建筑施工手册》(第四版)
《建筑施工计算手册》江正荣
『建书』施工安全设施计算软件
参数信息
模板支撑及构造参数
梁截面宽度B(m):
0.45;
梁截面高度D(m):
1.15;
混凝土板厚度(mm):
0.13;
立杆梁跨度方向间距(m):
0.8;
立杆上端伸出至模板支撑点长度a(m):
0.1;
脚手架步距(m):
1.5;
梁支撑架搭设高度H(m):
8;
梁两侧立柱间距(m):
承重架支设:
梁底设2根承重立杆,方木支撑垂直梁截面;
梁底支撑小横杆间距(m):
0.267;
采用的钢管类型为φ48×
3.0;
扣件连接方式:
双扣件,考虑扣件质量及保养情况,取扣件抗滑承载力折减系数:
荷载参数
恒荷载:
新浇筑砼自重(kN/m3):
24钢筋自重(kN/m3):
1.5
模板及支架自重(kN/m2):
0.75;
;
活荷载:
施工人员及设备荷载(kN/m2):
1;
新浇混凝土侧压力标准值(kN/m2):
18;
倾倒混凝土产生水平动力荷载(kN/m2):
4;
振捣混凝土荷载(kN/m2):
2
砼堆集荷载(kN/m2):
3.12
材料参数
木材品种:
东北落叶松;
木材弹性模量E(N/mm2):
10000;
木材抗弯强度设计值fm(N/mm2):
17;
木材抗剪强度设计值fv(N/mm2):
3.5;
面板类型:
胶合板;
钢材弹性模量E(N/mm2):
210000;
钢材抗弯强度设计值fm(N/mm2):
205;
面板弹性模量E(N/mm2):
5500;
面板抗弯强度设计值fm(N/mm2):
26;
梁底模板参数
梁底模板支撑的间距(mm):
112.50;
面板厚度(mm):
15;
梁侧模板参数
主楞间距(mm):
500;
次楞间距(mm):
250;
穿梁螺栓水平间距(mm):
穿梁螺栓竖向间距(mm):
穿梁螺栓直径(mm):
12;
主楞龙骨材料:
木楞,宽度(mm):
50高度(mm):
80
次楞龙骨材料:
40高度(mm):
60
侧模板荷载标准值计算
强度验算要考虑新浇混凝土侧压力和倾倒混凝土时产生的荷载;
挠度验算只考虑新浇混凝土侧压力。
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=0.22γctβ1β2
V
=0.22×
24×
6×
1.2×
1.15×
1.225=53.555kN/m2
F=γH
=24×
1.15=27.600kN/m2
其中γc--混凝土的重力密度,取24kN/m3;
t--新浇混凝土的初凝时间,可按现场实际值取.此值若输入0,系统按200/(T+15)=5.714计算;
T--混凝土的入模温度,取20℃;
V--混凝土的浇筑速度,取1.5m/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1.15m;
β1--外加剂影响修正系数,取1.2;
β2--混凝土坍落度影响修正系数,取1.15。
根据以上两个公式计算的新浇筑混凝土对模板的最大侧压力F取较小值27.600kN/m2作为本工程计算荷载。
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。
计算的原则是按照龙骨的间距和模板面的大小,按支撑在内楞上的三跨连续梁计算。
面板计算简图l=250mm
抗弯强度计算
1、计算作用在模板上的侧压力
新浇混凝土侧压力设计值:
q1=1.2×
0.500×
27.600×
0.9=14.904kN/m;
倾倒混凝土侧压力设计值:
q2=1.4×
4×
0.9=2.520kN/m;
q=q1+q2=14.904+2.520=17.424kN/m;
计算跨度(内楞间距):
l=250mm;
2、计算面板跨中最大弯矩
Mmax=
0.1ql2
=
0.1×
17.424×
0.2502
0.109kN·
m
3、计算面板的弯曲应力
面板的净截面抵抗矩W=50.0×
1.5×
1.5/6=18.750cm3;
面板的抗弯强度设计值[f](N/mm2)=26N/mm2;
面板的弯曲应力按下式计算:
σ=
Mmax
0.109×
106
5.813N/mm2
<
26N/mm2
W
18.750×
103
满足要求!
刚度计算
面板的最大容许挠度值:
[ω]=l/250=250/250=1.0mm;
作用在模板上的侧压力线荷载标准值:
q=27.600×
0.500=13.800N/mm;
面板材质的弹性模量:
E=5500N/mm2;
面板的截面惯性矩:
I=50.0×
1.5/12=14.063cm4;
ω=
0.677ql4
0.677×
13.800×
2504
0.472mm
1.0mm
100EI
100×
5500×
14.063×
104
梁侧模板内楞计算
内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。
内楞计算简图内楞计算跨度(外楞间距)l=500mm
本工程中,内楞采用木楞,宽度(mm):
60
截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=40×
60×
60/6=24.000cm3;
I=40×
60/12=72.000cm4;
1、作用在内楞的荷载
q=(1.2×
0.9+1.4×
0.9)×
0.250/1=8.712kN/m;
2、计算内楞最大弯矩
8.712×
0.5002
0.218kN·
3、计算内楞的弯曲应力
内楞的抗弯强度设计值[f]=17N/mm2。
0.218×
9.083N/mm2
17N/mm2
24.000×
内楞的最大容许挠度值:
l/250=500/250=2.0mm;
0.250/1=6.900N/mm;
内楞材质的弹性模量:
E=10000N/mm2;
ν=
6.900×
5004
0.405mm
2.0mm
10000×
72.000×
梁侧模板外楞的计算
外楞承受内楞传递的荷载,按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算。
外楞计算简图外楞计算跨度(穿梁螺栓竖向间距)l=250mm
本工程中,外楞采用木楞,宽度(mm):
W=50×
80×
80/6=53.333cm3;
I=50×
80/12=213.333cm4;
1、作用在外楞的荷载
P=(1.2×
0.250/1=4.356kN/m;
2、计算外楞最大弯矩
0.175Pl
0.175×
4.356×
0.250
0.191kN·
3、计算外楞的弯曲应力
外楞的强度设计值[f]=17N/mm2。
0.191×
3.581N/mm2
53.333×
外楞的最大容许挠度值:
l/250=250/250=1.0mm;
P=27.600×
0.250/1=3.450KN;
外楞材质的弹性模量:
1.146Pl3
1.146×
3.450×
2503
0.029mm
213.333×
穿梁螺栓计算
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170.000N/mm2;
查表得:
穿梁螺栓的直径:
12mm;
穿梁螺栓有效直径:
9.85mm;
穿梁螺栓有效面积:
A=76.0mm2;
穿梁螺栓所受的最大拉力:
N=27.600×
0.250×
2=6.900kN。
穿梁螺栓最大容许拉力值:
[N]=170.000×
76.0/1000=12.920kN;
穿梁螺栓所受的最大拉力N=6.900kN小于穿梁螺栓最大容许拉力值[N]=12.920kN。
梁底模板的计算
本工程中,梁底模板的截面抵抗矩W和截面惯性矩I分别为:
W=26.700×
1.5/6=10.013cm3;
I=26.700×
1.5/12=7.509cm4;
梁底模板材质的弹性模量:
E=5500N/mm2;
梁底支撑为5根。
荷载计算
恒荷载标准值:
(1)、新浇混凝土自重与钢筋自重:
q1:
(24+1.5)×
0.267=7.830kN/m;
(2)、模板及支架自重:
q2:
0.75×
((1.15-0.13)×
2+0.45)/0.45×
0.267=1.108kN/m;
恒荷载标准值=(7.830+1.108)=8.938kN/m;
活荷载标准值:
施工人员及设备荷载+振捣砼产生荷载+砼堆集荷载:
(1+2+3.12)×
0.267=1.634kN/m
强度计算
强度计算时,荷载取恒荷载与活荷载设计值。
荷载设计值q=1.2×
8.938+1.4×
1.634=13.013kN/m;
计算简图(kN)
弯矩图(kN.m)
经过计算得到从左到右各支座力分别为:
N1=0.578kN
N2=1.681kN
N3=1.365kN
N4=1.681kN
N5=0.578kN
最大弯矩Mmax=0.018kN.m
梁底模板抗弯强度设计值[f](N/mm2)=26N/mm2;
梁底模板的弯曲应力按下式计算:
0.018×
1.798N/mm2<
26N/mm2
10.013×
刚度计算时,荷载取恒荷载标准值。
荷载标准值:
q=8.938kN/m;
经计算,最大变形Vmax=0.022mm
梁底模板的最大容许挠度值:
113/250=0.5mm;
最大变形Vmax=0.022mm<
0.5mm
梁底支撑的计算
本工程梁底支撑采用方木,按照三跨连续梁计算。
本算例中,梁底支撑的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W=5.0×
8.0×
8.0/6=53.333cm3;
I=5.0×
8.0/12=213.333cm4;
最大弯矩考虑为永久荷载与可变荷载的计算值最不利分配的弯矩和,计算公式如下:
荷载设计值q=1.681/0.267=6.296kN/m;
最大弯距Mmax=0.1ql2=0.1×
6.296×
0.2672=0.045kN.m;
抗弯强度设计值[f]=17N/mm2;
0.045×
0.844N/mm2
抗剪强度计算
最大剪力的计算公式如下:
V=0.6ql=0.6×
0.267=1.009kN;
木方抗剪强度设计值[T]=3.5N/mm2;
截面抗剪强度必须满足:
τ=
3V
3×
1.009×
0.378N/mm2
3.5N/mm2
2A
2×
4000
方木的最大容许挠度值:
l/250=267.000/250=1.1mm;
q=6.296/1.2=5.247N/mm;
方木材质的弹性模量:
5.247×
267.0004
0.008mm
1.1mm
梁底支撑横向钢管计算
横向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算。
集中荷载P取梁底支撑传递力。
计算简图(kN)
支撑钢管弯矩图(kN.m)
支撑钢管剪力图(kN)
经过连续梁的计算得到:
支座反力从左到右各支座力分别为:
N1=0.268kN
N2=2.673kN
N3=2.673kN
N4=0.268kN
最大弯矩Mmax=0.063kN.m;
最大变形Vmax=0.019mm,发生在第1跨中。
支撑钢管的抗弯强度设计值[f](N/mm2)=205N/mm2;
支撑钢管的弯曲应力按下式计算:
0.063×
14.031N/mm2<
205N/mm2
4.49×
支撑钢管的最大容许挠度值:
l/150=325.000/150=2.2mm或10mm;
最大变形Vmax=0.019mm<
2.2mm
梁底支撑纵向钢管计算
纵向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算。
集中荷载P取横向支撑钢管传递力。
计算简图(kN)支撑钢管弯矩图(kN.m)
N1=4.633kN
N2=8.732kN
N3=8.732kN
N4=4.633kN
最大弯矩Mmax=0.570kN.m;
最大变形Vmax=1.182mm,在第1跨中.
0.570×
126.949N/mm2<
[ω]=l/150=800.000/150=5.3mm或10mm;
最大变形Vmax=1.182mm<
5.3mm
扣件抗滑移计算
1.扣件连接方式采用双扣件,扣件抗滑承载力折减系数0.8,抗滑承载力设计值:
Rc=0.8×
12=9.60kN
2.纵向或横向水平杆通过扣件传给立杆竖向力设计值:
R=8.732kN
3.结论:
R<
Rc
立杆的稳定性验算
一、计算立杆的轴心压力设计值N:
横杆的最大支座反力:
N1=8.732kN;
脚手架钢管的自重:
N2=1.2×
8×
0.1291=1.239kN;
楼板混凝土模板的自重:
N3=1.2×
(0.267/2+(0.8-0.45)/2)×
0.8×
0.75=0.222kN;
楼板钢筋混凝土自重荷载:
N4=1.2×
(0.267/2+(0.8-0.45)/2)×
0.13×
(24+1.5)=0.982kN;
N=8.732+1.239+0.222+0.982=11.175kN;
二、立杆的稳定性计算公式:
σg=
N
其中N----立杆的轴心压力设计值(kN):
N=11.175kN;
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=1.59cm;
A----立杆净截面面积(cm2):
A=4.24cm2;
W----立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3):
W=4.49cm3;
σ-----钢管立杆最大应力计算值(N/mm2);
[f]----钢管立杆抗压强度设计值:
[f]=205.00N/mm2;
L0----计算长度(m);
1、如果完全参照《扣件式规范》,由下式计算
l0=k1μh
(1)
k1----计算长度附加系数,取值为1.155;
μ----计算长度系数,参照《扣件式规范》表5.3.3;
μ=1.7;
立杆计算长度L0=k1μh=1.155×
1.7×
1.5=2.945m;
长细比L0/i=2945/15.90=185.220;
按长细比的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.209;
钢管立杆受压应力计算值
σ=
=
11.175×
126.106N/mm2<
[f]=205.000N/mm2
0.209×
4.24×
102
结论:
2、如果考虑到高支撑架的安全因素,由下式计算
l0=k1k2(h+2a)
(2)
k1--计算长度附加系数,按照表1取值;
k2--计算长度附加系数,按照表2取值;
立杆上端伸出至模板支撑点的长度a=0.1m;
l0=1.167×
1.014×
(1.5+2×
0.1)=2.012m
L0/i=2012/15.90=126.541;
由长细比l0/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.412;
钢管立杆受压应力计算值:
=63.971N/mm2<
[f]=205.000N/mm2
0.412×
模板承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件,否则容易存在安全隐患。
表1.模板支架计算长度附加系数K1
步距h(m)
h≤0.9
0.9<
h≤1.2
1.2<
h≤1.5
1.5<
h≤2.1
K1
1.243
1.185
1.167
1.163
梁和楼板模板高支撑架的构造和施工要求
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,不宜超过1.5m。
3.整体性构造层的设计
a.当支撑架高度≥20m或横向高宽比≥6时,需要设置整体性单或双水平加强层;
b.单水平加强层可以每4--6米沿水平结构层设置水平斜杆或剪刀撑,且须与立杆连接,设置斜杆层数要大于水平框格总数的1/3;
c.双水平加强层在支撑架的顶部和中部每隔10--15m设置,四周和中部每10--15m设竖向斜杆,使其具有较大刚度和变形约束的空间结构层;
d.在任何情况下,高支撑架的顶部和底部(扫地杆的设置层)必须设水平加强层。
4.剪刀撑的设计
a.沿支架四周外立面应满足立面满设剪刀撑;
b.中部可根据需要并依构架框格的大小,每隔10--15m设置。
5.顶部支撑点的设计
a.最好在立杆顶部设置支托板,其距离支架顶层横杆的高度不宜大于400mm;
b.顶部支撑点位于顶层横杆时,应靠近立杆,且不宜大于200mm;
c.支撑横杆与立杆的连接扣件应进行抗滑验算,当设计荷载N≤12kN时,可用双扣件;
大于12kN时应用顶托方式。
6.支撑架搭设的要求
a.严格按照设计尺寸搭设,立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置;
b.确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于《扣件架规范》的要求;
c.确保每个扣件和钢管的质量是满足要求的,每个扣件的拧紧力矩都要控制在45-60N.m,钢管不能选用已经长期使用发生变形的;
d.地基支座的设计要满足承载力的要求。
7.施工使用的要求
a.精心设计混凝土浇筑方案,确保模板支架施工过程中均衡受载,最好采用由中部向两边扩展的浇筑方式;
b.严格控制实际施工荷载不超过设计荷载,对出现的超过最大荷载要有相应的控制措施,钢筋等材料不能在支架上方堆放;
c.浇筑过程中,派人检查支架和支承情况,发现下沉、松动和变形情况及时解决。
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