剪力墻小模板的設(shè)計(二稿)

1、 水平鋼管豎向鋼管傳給豎向傳給對拉鋼管螺桿剪力墻小模板的設(shè)計（二稿）高層建筑的地下室和非標(biāo)準(zhǔn)層，一般都用小模板配制剪力墻的模板。這里所謂“小模板”是相對標(biāo)準(zhǔn)層的全鋼大模板來說的。所謂“小模板”就是用膠合板做面板、用方木和鋼管做背楞做成的剪力墻的側(cè)面模板。工地施工小模板一般都不設(shè)計，由工人憑經(jīng)驗、甚至由工人隨意配制。常用的習(xí)慣做法有：一、設(shè)置橫向及豎向背楞：（對拉螺桿的間距都是450mm）:這種模板體系的方法存在兩個問題1.多用了鋼管：這種模板體系的傳力過程是：作為水平背楞的單根鋼管，在每跨內(nèi)都受水平側(cè)壓力，但水平背楞只有一根鋼管；而豎向背楞是兩根鋼管，豎向背楞僅僅在對拉螺桿處受力，兩個對拉螺桿

2、間，豎向鋼管并不受力。顯然，水平鋼管與豎向鋼管受力分配不合理。完全可以取消豎向鋼管，用兩根鋼管做水平背楞，如下面的照片所示；2.下部的對拉螺栓的螺帽可能被“打飛”由于對拉螺栓采用一種間距，下部模板側(cè)壓力大，對拉螺栓受的拉力大，對拉螺栓的螺帽很可能被打飛，從而跑模。二、只設(shè)置水平背楞（對拉螺桿的水平及垂直間距都是450mm）。但下部對拉螺栓的螺帽仍可能被打飛：三、有的是隨意配制：對拉螺桿間距沒有規(guī)律，任意布置。不僅是多用鋼管，而且下面對拉螺桿間距大上面對拉螺桿間距小，很不合理。下部對拉螺栓的螺帽很可能被打飛上面對拉螺栓垂直間距小下面對拉螺栓、垂直間距大上述種種做法的共同特點是，完全沒有考慮混凝土

3、水平側(cè)壓力的分布：上面?zhèn)葔毫π。旅鎮(zhèn)葔毫Υ螅荷厦鎺追N做法的后果是，多用鋼管；多用對拉螺栓；模板下部的水平鋼管及方木可能彎曲；下部對拉螺栓的螺帽可能被打飛，發(fā)生跑模：下面的對拉螺栓受的拉力大，螺帽已被打飛水平背楞是單鋼管，已彎曲工地上由于對拉螺栓螺帽被打飛而跑模的情況不少：下面照片中，跑模后，工人用高壓水清洗模板和鋼筋。螺栓的螺紋被刮平了上面照片中跑模的剪力墻模板對拉螺栓布置如下圖，對拉螺栓的布置沒有經(jīng)過設(shè)計，是由工人隨意布置的：O90QU24跑模剪力墻模板對拉螺栓布置圖2011.05.04O20,650,650,600600bl2對拉螺栓下面對拉螺栓間距大，側(cè)壓力大；對拉螺栓直徑小，當(dāng)混凝土

4、澆筑到42m高時，下面三行對拉螺栓全部被打飛。為改變這種情況，剪力墻小模板必須設(shè)計。下面我們具體來談剪力墻小模板的設(shè)計。模板設(shè)計時，先根據(jù)經(jīng)驗選用定剪力墻模板材料：螺桿直徑；方木截面；膠合板種類及厚度。再確定對拉螺桿垂直間距h、水平間距L及方木間距J然后用電子表格Excel驗算。驗算時，用力學(xué)公式計算對拉螺桿拉力；方木彎矩;膠合板彎矩；鋼管彎矩四項內(nèi)力。通過調(diào)整h、L及J,使這四項內(nèi)力基本接近允許值。確定剪力墻模板材料時，螺桿直徑可用14或16;方木截面可用40 x80或50 x100；膠合板可用15厚的木膠合板。螺桿直徑12是不合適的；方木截面45x65也是不合適的。方木截面的高度宜為寬度的

5、兩倍。剪力墻模板只需要水平背楞，不需要垂直背楞。下面舉例說明剪力墻小模板的設(shè)計。剪力墻高4.85m。樓板厚180mm。對拉螺桿直徑16;方木45x80;膠合板厚15。按規(guī)范4.3.2條，剪力墻模板的側(cè)壓力包括：新澆筑混凝土對模板側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn):根據(jù)“建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范”(JGJ162-2008)(下面簡稱規(guī)范)4.1.1,4新澆筑混凝土作用于模板的側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值(G),按下列公式計算，并取其中4K的較小值：(1)(2)不贅述。F=O.22yctop1pzVF=YcH公式中符號的意義見規(guī)范按公式(1)計算，需要確定混凝土的上升速度V;混凝土的坍落度等條件。我們先按公式(2)計算側(cè)壓力。并據(jù)此進行

6、設(shè)計。然后再限定一些條件，按公式(1)計算，并進行設(shè)計。最后將兩種設(shè)計結(jié)果對比。并得出一些結(jié)論。按公式(2)新澆筑混凝土作用于模板的側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值G=yH=24x4.85=1164KN/ffl24kC傾倒混凝土?xí)r對模板的側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值Q=2KN/m23k按規(guī)范4.3.1條，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)Y取09。0由于本例恒載116.4KN/m2明顯大于活載2KN/m2。故本例由永久荷載控制。荷載效應(yīng)組合式為：S=yG+才丫屮QGiKQiciiKi=1Yg=135Yqi=1-3ipCi=0.7荷載設(shè)計值G=135x116.4x0.9=141.426KN/flh4Q=1.4x2x0.9x0.7=1.764KN/m2

7、3模板側(cè)壓力圖如下：1.76405840584116.4單位：KN/m2單位：KN/m2側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值141.426側(cè)壓力設(shè)計值計算過程見下面的電子表格Excel。剪力墻模板設(shè)計結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)剪力墻咼度(包括板厚0.18m)(m)底部側(cè)壓力設(shè)計值(KN/m2)頂部側(cè)壓力設(shè)計值(KN/im2)對拉螺栓垂直距離h(m)對拉螺栓離地面咼度x(m)x處的側(cè)壓力(KN/im2)對拉螺栓水平距離L(m)916對拉螺栓受力(KN)方木受的彎矩(KNm)方木間距J(m)咼度方向每米寬膠合板受的彎矩(KNm)鋼管受的彎矩(KNm)0.94.85141.4261.7640.150.15138.80.5523.570

8、.250.250.72921.706荷載折減系數(shù)0.950.350.5128.60.5523.520.3510.250.67561.702W16對拉螺栓抗拉能力(KN)24.50.350.85118.40.5523.20.3250.250.6221.6790.41.25106.70.5523.70.4070.250.56071.71515厚1m寬膠合板抗彎能力(KNm)0.450.451.793.620.5524.460.4760.250.49181.770.552.2577.580.5523.310.6420.250.40751.687膠合板的f(N/mm2)120.62.8560.080.

9、5519.620.6270.250.31561.42兩根鋼管的抗彎能力(KNm)1.71380.653.541.130.5515.580.5510.250.21611.1280.84.317.80.555.4410.5040.250.09350.394壁厚2.75的鋼管的W(cm3)4.180.374.677.0130.551.0080.1790.250.184.851.764方木截面方木抗彎能力(KNm)0.6244580*11方木的f(N/mm2)131.AJl雙擊上面的表格，便可回到Excel中。點擊單元格，便可在編輯欄看到計算公式。對表格Excel逐項說明如下：按規(guī)范4.2.4條，對拉

10、螺栓的荷載設(shè)計值乘以折減系數(shù)0.95；方木、膠合板及鋼管的荷載設(shè)計值都不乘折減系數(shù)。單元格C3為底部側(cè)壓力設(shè)計值141.426在單元格C3內(nèi)輸入=A3*B3*24*1.35這是底部側(cè)壓力設(shè)計值D3內(nèi)輸入=2*0.7*1.4*A3這是頂部側(cè)壓力設(shè)計值輸入不同的墻高，Excel表上立即會顯示相應(yīng)的側(cè)壓力設(shè)計值E列數(shù)值是對拉螺桿垂直距離h,根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定。根據(jù)設(shè)定數(shù)值進行驗算，發(fā)現(xiàn)不合適(對拉螺桿受力、膠合板彎矩、方木彎矩及鋼管彎矩是否超過允許值)再調(diào)整E列數(shù)值。F列數(shù)值是對拉螺桿離地面距離X。由E列數(shù)值計算：F3單元格內(nèi)輸入=E3F4單元格內(nèi)輸入=F3+E4F列下面的數(shù)值由F4單元格的填充柄往下拖得

11、出。F列最大數(shù)值為4.30，也就是剪力墻模板有9行對拉螺桿。最后的4.67已到板底。那里并沒有對拉螺桿。最后的037m看作是懸臂結(jié)構(gòu)。F列最大高度應(yīng)比模板高度低一段距離，例如3040cm。1.764G列數(shù)值是x處的側(cè)壓力設(shè)計值F：F=141.426(x0.06)F=4.85-Xx141.426+1.764(x0.06)單位：KN/m24.85141.426側(cè)壓力設(shè)計值上面的數(shù)學(xué)式“翻譯”成Excel公式：在G3單元格中輸入=IF(F3=0.06,$C$3,($B$3-F3)/$B$3*$C$3+$D$3)G3單元格以下的數(shù)值由G3單元格的填充柄往下拖得出。H列數(shù)值是對拉螺桿水平距離。這列數(shù)值取

12、統(tǒng)一數(shù)值。本例取0.55m。這是由試算得出的。當(dāng)加大這列數(shù)值時，可以明顯看到，對拉螺桿受力超出允許值(24.5KN);減少這列數(shù)值，對拉螺桿受力減少，比允許值低很多，對拉螺桿承載力沒有充分利用。I列數(shù)值是計算的對拉螺桿受的拉力：單元格內(nèi)輸入=G3*(E3+0.5*E4)*H3*$c$4這個計算式的意思是將最下面的0.15m范圍及相鄰的0.35的一半范圍內(nèi)的側(cè)壓力產(chǎn)生的拉力都由最下一排對拉螺桿承擔(dān)。對拉螺栓受力都乘以設(shè)計荷載折減系數(shù)0.95.單元格內(nèi)輸入=G4*(E4+E5)/2*H4*$c$4這個計算式的意思是將第二行對拉螺桿上下各一半范圍內(nèi)側(cè)壓力產(chǎn)生的拉力都由第二行螺桿承擔(dān)。同樣，對拉螺栓受

13、力都乘以荷載折減系數(shù)0.95.I4單元格以下各單元格的數(shù)值是由I4的填充柄往下拖得出的。計算公式的意思與I4單元格相同?？梢钥吹?4列的數(shù)值都接近16對拉螺桿的允許值：245KN。這說明對拉螺桿充分發(fā)揮了作用。16對拉螺桿的允許值：24.5KN是查規(guī)范35面表523得到的。J列數(shù)值是計算方木受的彎矩。為此首先在K列定出方木的間距：0.25m。J3單元格內(nèi)輸入=0.5*K3*G3*POWER(E3-0.03,2)這個計算式的意思是最下面對拉螺桿以下的方木看做是懸臂桿(懸臂長0.2m),承擔(dān)懸臂范圍內(nèi)水平荷載產(chǎn)生的彎矩。按凈跨計算。J4單元格內(nèi)輸入=0.125*K4*(G4+G3)/2*POWER

14、(E4-0.06,2)這個計算式的意思是下面一二行對拉螺桿間的方木看做是簡支梁，承擔(dān)方木間距范圍內(nèi)水平荷載產(chǎn)生的彎矩。按凈跨計算。J4單元格以下各單元格的數(shù)值是由J4單元格的填充柄往下拖得出的。J12單元格的彎矩是將037m看做懸臂(凈跨)構(gòu)件計算的彎矩。J12單元格輸入=05*Gl1*K1l*P0WER(E12-0.03,2)計算值顯然偏大。這種計算方木彎矩的方法，當(dāng)然不十分“精確”。一個連續(xù)受彎構(gòu)件在梯形分布荷載作用下的最大彎矩并不在跨中。但這種近似，從實用角度講，是可以的?？梢钥吹剑琂列數(shù)值都接近45x80方木的抗彎能力：0.624KNm而且我們是按簡支(凈跨)計算的。實際方木是連續(xù)受彎

15、構(gòu)件。計算的彎矩偏大。45x80方木的抗彎能力計算如下：w=45x802x13x10-6/6=0.624KNm式中13N/mm2是方木的抗彎強度設(shè)計值。見規(guī)范80面表A.3.1-3。比較好的方法是方木取樣做試驗得出真實的方木抗彎強度設(shè)計值。L列是計算膠合板受的彎矩。L3單元格內(nèi)輸入=0.125*G3*POWER(K3,2)是將方木間膠合板看做簡支構(gòu)件計算的每米寬(沿高度方向)膠合板的彎矩。L4單元格內(nèi)輸入=0.125*(G4+G3)/2*POWER(K4-$A$1510八3,2)也是將方木間膠合板看做簡支構(gòu)件按凈跨計算的每米寬(沿高度方向)膠合板的彎矩。L4單元格以下的數(shù)值是由L4單元格的填充

16、柄往下拉得出的。從L列數(shù)值，可以看到膠合板彎矩都沒有超過允許值:045KNm。并且都低于0.45KNm。從膠合板來說，可以加大方木間距。但加大方木間距，方木產(chǎn)生的彎矩會增大，方木的彎矩會超過允許值。厚木膠合板每米寬能承受的彎矩0.45KNm計算如下：1000 x152x12x10-6/6=0.45KNm式中，12N/mm2是木膠合板抗彎強度設(shè)計值。見規(guī)范83面表A.5.2取值。當(dāng)然最好取樣做試驗得出膠合板的真實抗彎強度設(shè)計值。N列數(shù)值是水平鋼管受的彎矩。水平鋼管受的是方木傳來的集中荷載。近似按簡支梁受均布荷載計算。按均布荷載計算，彎矩偏??；但實際水平鋼管一般都是5跨以上的連梁(水平鋼管一般長度

17、都大于3m,即大于五跨)，5跨連梁的彎矩比簡支梁的彎矩小。N3單元格輸入=0.125*G3*(E3+0.5*E4)*POWER(H3,2)這個計算式的意思是最下面水平鋼管以下范圍0.15m及最下面兩根鋼管間距離(035m)的一半范圍內(nèi)的水平荷載產(chǎn)生的彎矩由最下面水平鋼管承擔(dān)。N4單元格輸入=0.125*G4*(E4+E5)/2*POWER(H4,2)這個計算式的意思是下面第二根鋼管承擔(dān)相鄰兩根鋼管間一半范圍內(nèi)水平荷載產(chǎn)生的彎矩。N4單元格以下的數(shù)值是由N4單元格的填充柄往下拉得出的。計算公式的意思與N4單元格相同。從N列計算結(jié)果看，鋼管承受的彎矩都小于或略超過壁厚2.75mm的兩根鋼管的抗彎能

18、力。鋼管是安全的。從鋼管考慮，對拉螺桿的間距可以加大，但加大對拉螺桿間距后，對拉螺桿受力增大，會超過螺桿的允許承載力。對拉螺桿的直徑也不可能再加大；18的螺桿可能穿不過3形扣件的孔眼。兩根壁厚2.75mm的鋼管的抗彎承載力計算如下：2x205x4.18x10-3=1.714KNm式中，4.18cm3是壁厚2.75mm鋼管的截面抵抗矩。205N/mm2是鋼管的抗彎設(shè)計強度，見規(guī)范77面表A.2.1-1規(guī)范規(guī)定鋼管壁厚是35mm。實際壁厚可能沒有3.5mm。這里按比較不利的情況計算。橫向鋼管撓度以最下面鋼管為例計算如下：此時只考慮恒載標(biāo)準(zhǔn)值。鋼管按均布荷載簡支受彎構(gòu)件計算(實際是連續(xù)受彎構(gòu)件受集中

19、荷載)：線荷載q=(015+0.35x0.5)x116.4=3783KN/m=37.83N/mm(荷載取值偏大)ku5q135x37.83x500311=k=1384EI384x2.06x105x2x4.18x2.4x1046711400這里1/400是允許變形值，見規(guī)范4.4.1條；2.06xWN/mim是鋼管的彈性模量，見規(guī)范77面A.1.3表；4.18x2.4是壁厚2.75mm鋼管的慣性矩，可以計算，也可以查表。用Excel表計算，模板方案的修改、調(diào)試很方便。先根據(jù)經(jīng)驗定出有關(guān)參數(shù)：對拉螺桿垂直方向及水平方向距離、方木間距。在相應(yīng)的單元格中輸入內(nèi)力和側(cè)壓力計算公式。將上述參數(shù)填入Exce

20、l表，相應(yīng)的四項內(nèi)力值：對拉螺桿拉力、方木彎矩、膠合板彎矩、鋼管彎矩立即顯示出來。將計算結(jié)果與允許值對比，可以看到定的參數(shù)是否合理。不合理，再修改參數(shù)。要設(shè)計另外情況的剪力墻模板，只要填入有關(guān)的數(shù)據(jù)：墻高、方木截面、膠合板種類及厚度、鋼管壁厚，計算出水平荷載設(shè)計值和標(biāo)準(zhǔn)值、方木的抗彎能力、膠合板的抗彎能力及鋼管的抗彎能力，便可以很快用Excel表得到結(jié)果。計算結(jié)果，畫出剪力墻模板施工圖如下：45X80方木中距W250”-1.20015厚木膠合板H80錚dl6對拉螺栓卷方木必須到底剪力墻模板圖我們考慮另外一種設(shè)計方法。在計算公式適用的混凝土上升速度范圍（6m/h）內(nèi)，選定一個混凝土上升速度,例如

21、V=3m/m;并選定混凝土坍落度為110150mm?；炷脸跄龝r間為6小時.按公式f二0.22ytppV2計算側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值，有c012F=0.22*24*6*1.2*1.15*3=75.72KN/m2方木的f(N/mm2)13Jl.24*r剪力墻模板施工圖如下：45X80方木-1.200中距W250.8015厚木膠合板肯ei6對拉螺栓*兩根鋼管方木必須到底0/0407006oooGOOooooooQz剪力墻模板圖（樓層和前面的模板施工圖比較，這里的模板施工圖少用一行對拉螺栓。但這里要遵守一些限制條件：混凝土上升速度；初凝時間；坍落度的限制。要做到混凝土上升速度3m/h,可以通過混凝土均勻下料來實現(xiàn)。例如一罐車10m3混凝土，如在半小時內(nèi)澆筑完畢，可以控制混凝土半小時內(nèi)在剪力墻模板內(nèi)上升的高度15m,這時混凝土的上升速度V3m/h。這點不難做到。只要適當(dāng)移動混凝土下料管和振搗混凝土就可以了。還可以這樣做：先定義一個“界限高度”：H=F/y=75.72/24=3155m。這個數(shù)值與混c凝土有效壓頭頭高度3.155m相等。但與有效壓頭高度3155m意