厚重混凝土结构水平支撑系统设计.docx

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厚重混凝土结构水平支撑系统设计

厚重混凝土结构水平支撑系统设计

摘要：

随着新项目的开发（引进）、建筑规模的加大，结构构件断面随之加大而变得比较厚重，常规的钢管脚手架支撑系统已不能满足要求，为此需经设计制作专项支撑结构，以承托较大竖向荷载。

关键词：

厚重结构、钢构支撑、强度、刚度、稳定性

1.概述

随着新项目的开发（引进）、建筑规模的加大，结构构件断面随之加大而变得比较厚重，对现浇结构的模板及其支撑系统的强度刚度的要求也随之提高，尤其是现浇钢筋混凝土水平结构的模板支撑体系，常规的钢管脚手架支撑系统已不能满足要求，为此需经设计制作专项支撑结构，以承托较大竖向荷载。

煤气化主框架为钢筋混凝土结构，该框架标高38m层结构断面尺寸较大，3～4/C~D轴区域12m*10m范围内楼板厚度为3m，梁板最大断面尺寸达3050mm；下层（29.97m层预留孔洞较多）楼面有5.m*5m的设备预留孔，常规的钢管脚手架支撑系统在此不能满足施工要求，根据其特点曾考虑设计过多种方案，如满堂脚手架支撑、木方满摆支撑、格构柱加桁架梁、型钢柱梁框架结构等，最后综合考虑各方案的利弊及安全、进度要求决定采用型钢柱梁结构支撑体系。

具体布置（见附图）、设计验算方法如下。

2.支撑系统总体布置

2.1.底模板采用50厚木板，面层铺15mm厚胶合板（为保证施工板面平整度），模板支托次钢楞用［16a槽钢，间距按300mm布置，主钢楞采用HM200*200*8*12普通H型钢，间距按1200mm布置。

主次钢楞连接处均满焊。

2.2.支撑柱采用HM200*204*8*12普通H型钢；底部用HW600*300*12*20做垫梁，垂直于C轴坐落在4根梁上（其中2根框架梁，2根次梁），中间间距为1200mm。

通过H型钢垫梁将支撑立柱传下来的荷载传递到

～

/

～

轴区域的4根梁及框架梁上，所有构件与构件间连接均采用δ＝12mm钢板焊接，详见布置图及大样图。

2.3.中间按十字交叉布置垂直支撑各一道，其他柱间设水平系杆，四周沿柱轴线布置水平支撑一道（见平面布置图），作法见大样图。

2.4.钢平台立梁在柱间尺寸必须考虑柱模板施工需要，确保下料尺寸准确。

主钢楞与钢柱焊接固定，每柱必须满焊检查合格后方可施工上部工序。

2.5.钢构施工应严格按照《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205－2001要求进行。

3.模板支撑系统计算

3.1.荷载计算

3.1.1.模板及支架自重标准值：

12KN/m2分项系数1.2

3.1.2.新浇混凝土（含钢筋）自重标准值：

3*25=75KN/m2分项系数1.2

3.1.3.施工人员及设备荷载标准值：

2.5KN/m2分项系数1.4

3.1.4.振捣混凝土产生的荷载：

对水平模板2KN/m2分项系数1.4

对垂直模板4KN/m分项系数1.4

3.1.5.倾倒混凝土时产生的荷载：

2KN/m2分项系数1.4

3.1.6.对底模的荷载组合：

q=（75+12）*1.2+（2.5+2+2）*1.4＝113.5KN/m2

3.2.底模板支托钢楞及刚度计算

3.2.1.次钢楞采用［16a槽钢，间距按300mm，跨度为主钢楞间距。

3.2.1.1.几何数据及计算参数

支座形式：

左端：

简支右端：

简支

连续梁结构信息：

跨序号

跨度（mm）

截面惯性矩（×106mm4）

第1跨

1200.0

8.7

第2跨

1200.0

8.7

第3跨

1200.0

8.7

第4跨

1200.0

8.7

第5跨

1200.0

8.7

材料弹性模量（N/mm2）：

E=206000.0

3.2.1.2.荷载数据

a、工况1（恒载）

b、工况2（活载）

3.2.1.3.内力计算结果

a、弯矩包络图

b、剪力包络图

c、截面内力

第一跨

1

2

3

4

5

6

7

正弯矩（kN-m）

0.00

3.42

5.03

4.83

2.82

0.16

0.09

负弯矩（kN-m）

-0.00

-0.05

-0.11

-0.16

-0.22

-1.30

-6.93

正剪力（kN）

21.64

12.58

3.53

0.07

0.07

0.07

0.07

负剪力（kN）

-0.27

-0.27

-0.27

-5.77

-14.83

-23.88

-32.94

挠度（mm）

0.00

0.15

0.25

0.27

0.20

0.09

0.00

正弯矩最大值（kN-m）：

5.17位置（m）：

0.478

负弯矩最大值（kN-m）：

-6.93位置（m）：

1.200

剪力最大值（kN）：

-32.94位置（m）：

1.200

挠度最大值（mm）：

0.27位置（m）：

0.534

第二跨

1

2

3

4

5

6

7

正弯矩（kN-m）

0.09

0.14

1.18

2.34

1.71

0.19

0.20

负弯矩（kN-m）

-6.93

-2.14

-0.30

-0.28

-0.27

-1.04

-5.29

正剪力（kN）

28.86

19.80

10.74

1.72

0.53

0.53

0.53

负剪力（kN）

-0.37

-0.37

-0.37

-0.39

-8.00

-17.05

-26.11

挠度（mm）

0.00

-0.04

0.10

0.12

0.10

0.04

0.00

正弯矩最大值（kN-m）：

2.36位置（m）：

0.630

负弯矩最大值（kN-m）：

-6.93位置（m）：

0.000

剪力最大值（kN）：

28.86位置（m）：

0.000

挠度最大值（mm）：

0.12位置（m）：

0.602

第三跨

1

2

3

4

5

6

7

正弯矩（kN-m）

0.20

0.21

2.27

3.17

2.27

0.21

0.20

负弯矩（kN-m）

-5.29

-0.78

-0.24

-0.24

-0.24

-0.78

-5.29

正剪力（kN）

27.50

18.44

9.38

0.47

0.47

0.47

0.47

负剪力（kN）

-0.47

-0.47

-0.47

-0.47

-9.38

-18.44

-27.50

挠度（mm）

0.00

0.05

0.12

0.14

0.12

0.05

0.00

正弯矩最大值（kN-m）：

3.17位置（m）：

0.600

负弯矩最大值（kN-m）：

-5.29位置（m）：

1.200

剪力最大值（kN）：

27.50位置（m）：

0.000

挠度最大值（mm）：

0.14位置（m）：

0.600

第四跨

1

2

3

4

5

6

7

正弯矩（kN-m）

0.20

0.19

1.71

2.34

1.18

0.14

0.09

负弯矩（kN-m）

-5.29

-1.04

-0.27

-0.28

-0.30

-2.14

-6.93

正剪力（kN）

26.11

17.05

8.00

0.39

0.37

0.37

0.37

负剪力（kN）

-0.53

-0.53

-0.53

-1.72

-10.74

-19.80

-28.86

挠度（mm）

0.00

0.04

0.10

0.12

0.10

-0.04

0.00

正弯矩最大值（kN-m）：

2.36位置（m）：

0.570

负弯矩最大值（kN-m）：

-6.93位置（m）：

1.200

剪力最大值（kN）：

-28.86位置（m）：

1.200

挠度最大值（mm）：

0.12位置（m）：

0.598

第五跨

1

2

3

4

5

6

7

正弯矩（kN-m）

0.09

0.16

2.82

4.83

5.03

3.42

0.00

负弯矩（kN-m）

-6.93

-1.30

-0.22

-0.16

-0.11

-0.05

-0.00

正剪力（kN）

32.94

23.88

14.83

5.77

0.27

0.27

0.27

负剪力（kN）

-0.07

-0.07

-0.07

-0.07

-3.53

-12.58

-21.64

挠度（mm）

0.00

0.09

0.20

0.27

0.25

0.15

0.00

正弯矩最大值（kN-m）：

5.17位置（m）：

0.722

负弯矩最大值（kN-m）：

-6.93位置（m）：

0.000

剪力最大值（kN）：

32.94位置（m）：

0.000

挠度最大值（mm）：

0.27位置（m）：

0.666

3.2.1.4.次钢楞抗弯强度验算：

σ＝M/WX=6.93*106/108.3*103＝64N/mm2<215N/mm2

强度满足要求。

3.2.1.5.刚度验算：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　由计算书知最大挠度值0.27mm＜允许挠度值L/500＝1200/500＝2.4mm

刚度满足要求。

3.2.2.主钢楞计算选用HW200*200*8*12普通宽翼缘H型钢（力学模型为多跨等跨连续梁）

3.2.2.1.几何数据及计算参数

支座形式：

左端：

简支右端：

简支

连续梁结构信息：

跨序号

跨度（mm）

截面惯性矩（×106mm4）

第1跨

1200.0

46.1

第2跨

1200.0

46.1

第3跨

1200.0

46.1

第4跨

1200.0

46.1

第5跨

1200.0

46.1

材料弹性模量（N/mm2）：

E=206000.0

3.2.2.2.荷载数据

1．工况1（恒载）

2．工况2（活载）

3.2.2.3.内力计算结果

1．弯矩包络图

2．剪力包络图

3．截面内力

第一跨

1

2

3

4

5

6

7

正弯矩（kN-m）

0.00

10.13

15.73

16.80

8.81

0.50

0.28

负弯矩（kN-m）

-0.00

-0.17

-0.34

-0.51

-0.68

-4.64

-21.64

正剪力（kN）

50.64

50.64

6.59

0.92

0.92

0.23

0.23

负剪力（kN）

-0.85

-0.85

-2.19

-41.16

-41.16

-85.96

-131.24

挠度（mm）

0.00

0.09

0.15

0.16

0.12

0.06

0.00

正弯矩最大值（kN-m）：

16.80位置（m）：

0.600

负弯矩最大值（kN-m）：

-21.64位置（m）：

1.200

剪力最大值（kN）：

-131.24位置（m）：

1.200

挠度最大值（mm）：

0.16位置（m）：

0.538

第二跨

1

2

3

4

5

6

7

正弯矩（kN-m）

0.28

0.39

3.68

9.02

5.36

0.59

0.62

负弯矩（kN-m）

-21.64

-7.24

-0.93

-0.89

-0.85

-3.81

-16.52

正剪力（kN）

73.20

73.20

28.58

2.56

2.56

1.65

1.65

负剪力（kN）

-1.15

-1.15

-2.11

-19.96

-19.96

-64.61

-109.89

挠度（mm）

0.00

0.03

0.06

0.07

0.06

0.03

0.00

正弯矩最大值（kN-m）：

9.02位置（m）：

0.600

负弯矩最大值（kN-m）：

-21.64位置（m）：

0.000

剪力最大值（kN）：

-109.89位置（m）：

1.200

挠度最大值（mm）：

0.07位置（m）：

0.602

第三跨

1

2

3

4

5

6

7

正弯矩（kN-m）

0.62

0.63

7.09

11.61

7.09

0.63

0.62

负弯矩（kN-m）

-16.52

-2.95

-0.76

-0.76

-0.76

-2.95

-16.52

正剪力（kN）

68.94

68.94

24.31

2.39

2.39

1.46

1.46

负剪力（kN）

-1.46

-1.46

-2.39

-24.31

-24.31

-68.94

-114.22

挠度（mm）

0.00

0.03

0.07

0.09

0.07

0.03

0.00

正弯矩最大值（kN-m）：

11.61位置（m）：

0.600

负弯矩最大值（kN-m）：

-16.52位置（m）：

1.200

剪力最大值（kN）：

-114.22位置（m）：

1.200

挠度最大值（mm）：

0.09位置（m）：

0.600

第四跨

1

2

3

4

5

6

7

正弯矩（kN-m）

0.62

0.59

5.36

9.02

3.68

0.39

0.28

负弯矩（kN-m）

-16.52

-3.81

-0.85

-0.89

-0.93

-7.24

-21.64

正剪力（kN）

64.61

64.61

19.96

2.11

2.11

1.15

1.15

负剪力（kN）

-1.65

-1.65

-2.56

-28.58

-28.58

-73.20

-118.48

挠度（mm）

0.00

0.03

0.06

0.07

0.06

0.03

0.00

正弯矩最大值（kN-m）：

9.02位置（m）：

0.600

负弯矩最大值（kN-m）：

-21.64位置（m）：

1.200

剪力最大值（kN）：

-118.48位置（m）：

1.200

挠度最大值（mm）：

0.07位置（m）：

0.598

第五跨

1

2

3

4

5

6

7

正弯矩（kN-m）

0.28

0.50

8.81

16.80

15.73

10.13

0.00

负弯矩（kN-m）

-21.64

-4.64

-0.68

-0.51

-0.34

-0.17

-0.00

正剪力（kN）

85.96

85.96

41.16

2.19

2.19

0.85

0.85

负剪力（kN）

-0.23

-0.23

-0.92

-6.59

-6.59

-50.64

-52.14

挠度（mm）

0.00

0.06

0.12

0.16

0.15

0.09

0.00

正弯矩最大值（kN-m）：

16.80位置（m）：

0.600

负弯矩最大值（kN-m）：

-21.64位置（m）：

0.000

剪力最大值（kN）：

85.96位置（m）：

0.000

挠度最大值（mm）：

0.16位置（m）：

0.662

3.2.2.4.主钢楞强度验算：

从表中可知最大弯矩位于内支座处-21.64KN•m，跨中弯矩Mmax=16.8KN•m

δ＝MMAX/WX＝21.64*106/472*103＝45.85N/mm2＜215N/mm2强度满足要求。

刚度验算：

从表中知挠度最大值：

0.16mm＜允许挠度值L/500＝1200/500＝2.4mm

主钢楞刚度满足要求。

3.2.2.5.因上翼缘密铺[16a槽钢并与之焊接，能阻止其侧向位移，故不须验算其整体稳定性。

3.3.木模板强度及刚度验算

3.3.1.选取木模板板带：

b*h=1000*50mm　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　截面力学参数Ix=10416667mm4，W=416667mm3，E＝9500N/mm2

由于次钢楞按300mm间距布置，故模板支撑点间距300mm，计算跨距L取0.3m。

均布线荷载q1=113.5*1=113.5KN/m

3.3.2.施工荷载为均布线荷载：

M1=1/8·q1L2=1/8*113.5*0.32=1.277KN·m

3.3.3.强度验算

σ=M1/Wx=1277*103/416667=3.06N/mm2＜8.5N/mm2　　　　　　强度满足要求。

3.3.4.木模板刚度验算：

挠度值ω=5qL4/（384EIx）=5*113.5*103*10-3*3004/（384*10416667*9500）=0.12mm

≤组合木模板容许挠度值L/200=1.5mm，故模板刚度满足要求。

3.4.梁侧模支撑验算

3.4.1.梁侧模板荷载计算：

3.4.1.1.新浇筑混凝土对模板产生的侧压力：

F1=0.22rctoβ1β2V1/2

=0.22*25*200/（15+15）*1*1.15*21/2=59.63KN/mm2

F2=rctoH=25*3.05=76.25KN/mm2

取二者最小值，F=59.63KN/mm2，分项系数为1.2

3.4.1.2.倾倒混凝土产生的水平荷载：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　4KN/mm2，分项系数为1.4

3.4.1.3.振捣混凝土产生的荷载取：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　4KN/mm2，分项系数为1.4

3.4.1.4.荷载组合为：

　　　　　　　　　　　　　　q=59.63*1.2+4*1.4=82.76KN/mm2　　　　　　　　

3.4.2.　梁侧模板钢楞强度验算：

梁侧模板拟采用[10作为竖向和水平钢塄进行加固，竖向及水平钢楞间距均为500mm，

Ix=198cm4，Wx=39.7cm3，Wy=7.8cm3，按四跨连续梁计算：

线荷载：

q1=82.76*0.5=41.38N/m

M1=Kmq1L2=-0.107*41.28*0.5=1.107KN/m

σ=M/W=（1.107*106）/（39.7*103）=27.88N/mm2＜215N/mm2

故：

强度满足要求。

3.4.3.支撑钢楞刚度验算

挠度值ω：

=Km（qL4/100EIx）=0.967*41.38*5004/100*2.1*105*198*104=0.1mm＜[ω]

=L/500=500/500=1.0mm

故：

刚度满足要求。

3.4.4.对拉螺栓强度验算：

混凝土对模板的侧压力为82.76KN/mm2，假定模板上对拉螺栓纵横间距均为0.5米，则对拉螺栓所受的拉力为：

P=82760*0.5*0.5=20690N。

选用M16螺栓，其允许拉力为：

24500N＞20690N

故：

强度满足要求。

3.5.支撑立柱（压弯构件）强度、稳定性验算

立柱选用HW200*200*8*12普通宽翼缘H型钢，上下两端分别与主钢楞、垫梁焊接，详见节点图。

力学计算模型按压弯构件，验算过程见下表。

一：

截面形状

二：

基本参数及截面特性

截面高度H

宽度B

腹板厚tw

翼缘厚tf

200

200

8

12

计算长度Lx

计算长度Ly

材料屈服强度fy（MPa）

材料设计强度f（Mpa）

3900

3900

235

215

截面塑性发展系数γx

截面塑性发展系数γy

X轴截面分类（a,b,c）

Y轴截面分类（a,b,c）

1.05

1.2

b

c

Ix（mm4）

Iy（mm4）

（回转半径）ix

（回转半径）iy

46104917.33

16007509.33

86.178

50.779

Wx（mm3）

Wy（mm3）

（长细比）λx

（长细比）λy

461049.173

160075.093

45.255

76.803

截面积A（mm2）

面积矩Sx（mm3）

NSF（净截面积比）

材料抗剪设计强度fv（Mpa）

6208

256576

0.9

125

三：

局部稳定性校核

翼缘板校核

8

满足!

钢结构规范

腹板校核

h0/tw=

22

满足！

冶金设计规范

四：

荷载（kN,m）

轴力kN

弯矩（Mx1）

弯矩（My1）

204.44

21.63

6.93

弯矩最大处剪力（kN）

弯矩（Mx2）

弯矩（My2）

50.6

21.63

6.93

五：

导出参数

整体稳定系数φbx

整体稳定系数φby

等效弯矩系数βmx（查表）

等效弯矩系数βmy（查表）

0.936

1

1

1

轴心受压稳定系数φx

轴心受压稳定系数φy

等效弯矩系数βtx（查表）

等效弯矩系数βty（查表）

0.877

0.598

1

1

欧拉临界力Nex（kN）

欧拉临界力Ney（kN）

6162.898

2139.742

六：

强度及稳定性校核（压弯构件）

1：

强度校核

单位：

MPa

判断

126.322

强度满足!

35.199

剪应力满足！

126.739

折算应力满足!

2：

稳定校核

126.734

平面X稳定满足!

144.221

平面Y稳定满足!

3.6.底部H型钢垫梁强度及刚度验算

由于支撑系统立柱不能站立在楼板面上，以及29.97楼面5m宽洞口的影响，故需要通过H型钢垫梁将支撑立柱传递下来的荷载传递至

~

轴、

~

轴区间的四根横向大梁上，本工程选用HM588*300*12*20普通H型钢。

3.6.1.几何数据及计算参数如下

支座形式：

左端：

简支右端：

简支

连续梁结构信息：

跨序号

跨度（mm）

截面惯性矩（×106mm4）

第1跨

3350.0

1146.6

第2跨

5300.0

1146.6

第3跨

3350.0

1146.6

材料弹性模量（N/mm2）：

E=206000.0