昆明某醫(yī)院加速器室2.6m厚頂板模板高支撐設(shè)計(jì)

張玏

摘要：頂板厚2.5m，層高6.9m的加速器室，施工中模板支撐系統(tǒng)存在荷載大、支撐高度高的特點(diǎn)，按照高支架的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，保證施工順利完成。

關(guān)鍵詞：厚板 高支撐 模板

Abstract: the roof thick 2.5 m, 6.9 m high accelerator room, in the construction of the formwork support system is big, the supporting height high load, the characteristics of high stents in accordance with the requirements of design and construction to ensure construction successfully completed.

Keywords: thick plate high support template

中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)

昆明某醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像診斷樓，總建筑面積8663.18 m2，地下一層，地上六層。地下層為候診廳、排煙機(jī)房、模擬CT室、模擬定位室、控制室加速器機(jī)房候梯廳空調(diào)水冷室、穩(wěn)壓器室。地下室部分層高層高-6.9m，－2.15m層為夾層。上部設(shè)計(jì)有候診室、TPS室、模室、鉛室、工作室站機(jī)房、磁體室、分機(jī)房、存片室、X光機(jī)室、西門子培訓(xùn)室、PACS室、數(shù)字X光室、存片室、CRI室、讀片室。

本工程地下室加速器室等層高為6.9m超過4.0m，頂板厚1.0m～2.6m，屬高支撐模板系統(tǒng)。

高支撐架的計(jì)算依據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ130-2001）、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2002、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2001)、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017-2003)等規(guī)范編制。

因本工程梁支架高度大于4米，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)建議，如果僅按規(guī)范計(jì)算，架體安全性仍不能得到完全保證。

一、參數(shù)信息

1.模板支架參數(shù)

橫向間距或排距(m):0.50；縱距(m):0.50；步距(m):1.50；

立桿上端伸出至模板支撐點(diǎn)長度(m):0.30；模板支架搭設(shè)高度(m):4.30；

采用的鋼管(mm):Φ48×3.2 ；板底支撐連接方式:方木支撐；

立桿承重連接方式:可調(diào)托座；

加速器平面圖：

高支撐剖面圖見下：

2.荷載參數(shù)

模板與木板自重(kN/m2):0.350；混凝土與鋼筋自重(kN/m3):25.000；

施工均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2):2.500；

4.材料參數(shù)

面板采用膠合面板，厚度為12mm；板底支撐采用方木；

面板彈性模量E(N/mm2):9500；面板抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2):13；

木方抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2):1.400；木方的間隔距離(mm):150.000；

木方彈性模量E(N/mm2):9500.000；木方抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2):13.000；

木方的截面寬度(mm):50.00；木方的截面高度(mm):80.00；

托梁材料為：鋼管(雙鋼管) :Φ48 × 3.2；

5.樓板參數(shù)

鋼筋級(jí)別:二級(jí)鋼HRB 335(20MnSi)；樓板混凝土強(qiáng)度等級(jí):C30；

每層標(biāo)準(zhǔn)施工天數(shù):12；每平米樓板截面的鋼筋面積(mm2):654.500；

樓板的計(jì)算長度(m):4.50；施工平均溫度(℃):25.000；

樓板的計(jì)算寬度(m):4.00；

樓板的計(jì)算厚度(mm):2600.00；

圖2樓板支撐架荷載計(jì)算單元

二、模板面板計(jì)算

面板為受彎構(gòu)件,需要驗(yàn)算其抗彎強(qiáng)度和剛度，取單位寬度1m的面板作為計(jì)算單元

面板的截面慣性矩I和截面抵抗矩W分別為：

W = 100×1.22/6 = 24 cm3；

I = 100×1.23/12 = 14.4 cm4；

模板面板的按照三跨連續(xù)梁計(jì)算。

面板計(jì)算簡圖

1、荷載計(jì)算

(1)靜荷載為鋼筋混凝土樓板和模板面板的自重(kN/m)：

q1 = 25×2.6×1+0.35×1 = 65.35 kN/m；

(2)活荷載為施工人員及設(shè)備荷載(kN/m)：

q2 = 2.5×1= 2.5 kN/m；

2、強(qiáng)度計(jì)算

最大彎矩考慮為靜荷載與活荷載的計(jì)算值最不利分配的彎矩和，計(jì)算公式如下:

其中：q=1.2×65.35+1.4×2.5= 81.92kN/m

最大彎矩M=0.1×81.92×0.152=0.184 kN?m；

面板最大應(yīng)力計(jì)算值σ= 184320/24000 = 7.68 N/mm2；

面板的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[f]=13 N/mm2；

面板的最大應(yīng)力計(jì)算值為 7.68 N/mm2 小于面板的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 13 N/mm2,滿足要求!

3、撓度計(jì)算

撓度計(jì)算公式為

其中q = 65.35kN/m

面板最大撓度計(jì)算值 v = 0.677×65.35×1504/(100×9500×14.4×104)=0.164 mm；

面板最大允許撓度[V]=150/ 250=0.6 mm；

面板的最大撓度計(jì)算值 0.164 mm 小于 面板的最大允許撓度 0.6 mm,滿足要求!

三、模板支撐方木的計(jì)算

方木按照兩跨連續(xù)梁計(jì)算，截面慣性矩I和截面抵抗矩W分別為:

W=5×8×8/6 = 53.33 cm3；

I=5×8×8×8/12 = 213.33 cm4；

方木楞計(jì)算簡圖

1.荷載的計(jì)算：

(1)鋼筋混凝土板自重(kN/m)：

q1= 25×0.15×2.6 = 9.75 kN/m；

(2)模板的自重線荷載(kN/m):

q2= 0.35×0.15 = 0.052 kN/m ；

(3)活荷載為施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值與振倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載(kN/m)：

p1 = 2.5×0.15 = 0.375 kN/m；

2.強(qiáng)度驗(yàn)算:

最大彎矩考慮為靜荷載與活荷載的計(jì)算值最不利分配的彎矩和，計(jì)算公式如下:

均布荷載 q =1.2 × (q1 +q2)+ 1.4 ×p1 = 1.2×(9.75 + 0.052)+1.4×0.375 = 12.288 kN/m；

最大彎矩 M = 0.125ql2 = 0.125×12.288×0.52 = 0.384 kN?m；

方木最大應(yīng)力計(jì)算值σ= M /W = 0.384×106/53333.33 = 7.2 N/mm2；

方木的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[f]=13.000 N/mm2；

方木的最大應(yīng)力計(jì)算值為 7.2 N/mm2 小于方木的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 13 N/mm2,滿足要求!

3.抗剪驗(yàn)算：

截面抗剪強(qiáng)度必須滿足:

τ = 3V/2bhn < [τ]

其中最大剪力: V = 0.625×12.288×0.5 = 3.84 kN；

方木受剪應(yīng)力計(jì)算值 τ = 3 ×3.84×103/(2 ×50×80) = 1.44 N/mm2；

方木抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 [τ] = 1.4 N/mm2；

方木的受剪應(yīng)力計(jì)算值 1.40 N/mm2 大于 方木的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 1.40 N/mm2，滿足要求!

建議減少立桿"縱距"或"橫距"，或增大方木截面。

4.撓度驗(yàn)算:

最大撓度考慮為靜荷載與活荷載的計(jì)算值最不利分配的撓度和，計(jì)算公式如下:

均布荷載 q = q1 + q2 = 9.802 kN/m；

最大撓度計(jì)算值 ν= 0.521×9.802×5004 /(100×9500×2133333.333)= 0.157 mm；

最大允許撓度[V]=500/ 250=2 mm；

方木的最大撓度計(jì)算值 0.157 mm 小于 方木的最大允許撓度 2 mm,滿足要求!

四、托梁材料計(jì)算

托梁按照集中荷載作用下的三跨連續(xù)梁計(jì)算；

托梁采用：鋼管(雙鋼管) :Φ48 × 3.2；

W=9.46 cm3；

I=22.72 cm4；

集中荷載P取縱向板底支撐傳遞力，P = 7.68 kN；

托梁計(jì)算簡圖

托梁計(jì)算彎矩圖(kN?m)

托梁計(jì)算變形圖(mm)

托梁計(jì)算剪力圖(kN)

最大彎矩 Mmax = 1.293 kN?m ；

最大變形 Vmax = 0.437 mm ；

最大支座力 Qmax = 27.932 kN ；

最大應(yīng)力 σ= 1292748.8/9460 = 136.654 N/mm2；

托梁的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 [f]=205 N/mm2；

托梁的最大應(yīng)力計(jì)算值 136.654 N/mm2 小于 托梁的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 205 N/mm2,滿足要求!

托梁的最大撓度為 0.437mm 小于 500/150與10 mm,滿足要求!

五、模板支架立桿荷載標(biāo)準(zhǔn)值

作用于模板支架的荷載包括靜荷載和活荷載。

1.靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值包括以下內(nèi)容：

(1)腳手架的自重(kN)：

NG1 = 0.138×4.3 = 0.595 kN；

鋼管的自重計(jì)算參照《扣件式規(guī)范》附錄A。

(2)模板的自重(kN)：

NG2 = 0.35×0.5×0.5 = 0.087 kN；

(3)鋼筋混凝土樓板自重(kN)：

NG3 = 25×2.6×0.5×0.5 = 16.25 kN；

經(jīng)計(jì)算得到，靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值 NG = NG1+NG2+NG3 = 16.933 kN；

2.活荷載為施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值與振倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載。

經(jīng)計(jì)算得到，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 NQ = (2.5+2 ) ×0.5×0.5 = 1.125 kN；

3.不考慮風(fēng)荷載時(shí),立桿的軸向壓力設(shè)計(jì)值計(jì)算

N = 1.2NG + 1.4NQ = 21.894 kN；

六、立桿的穩(wěn)定性計(jì)算

立桿的穩(wěn)定性計(jì)算公式:

其中N ---- 立桿的軸心壓力設(shè)計(jì)值(kN) ：N = 21.894 kN；

φ---- 軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù),由長細(xì)比 lo/i 查表得到；

i ---- 計(jì)算立桿的截面回轉(zhuǎn)半徑(cm) ：i = 1.59 cm；

A ---- 立桿凈截面面積(cm2)：A = 4.5 cm2；

W ---- 立桿凈截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=4.73 cm3；

σ-------- 鋼管立桿最大應(yīng)力計(jì)算值 (N/mm2)；

[f]---- 鋼管立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ：[f] =205 N/mm2；

L0---- 計(jì)算長度 (m)；

如果完全參照《扣件式規(guī)范》，按下式計(jì)算

l0 = h+2a

k1---- 計(jì)算長度附加系數(shù)，取值為1.155；

u ---- 計(jì)算長度系數(shù)，參照《扣件式規(guī)范》表5.3.3；u = 1.7；

a ---- 立桿上端伸出頂層橫桿中心線至模板支撐點(diǎn)的長度；a = 0.3 m；

上式的計(jì)算結(jié)果：

立桿計(jì)算長度 L0 = h+2a = 1.5+0.3×2 = 2.1 m；

L0/i = 2100 / 15.9 = 132 ；

由長細(xì)比 Lo/i的結(jié)果查表得到軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)φ= 0.386 ；

鋼管立桿的最大應(yīng)力計(jì)算值 ；σ=21894.144/（0.386×450） = 126.046 N/mm2；

鋼管立桿的最大應(yīng)力計(jì)算值 σ= 126.046 N/mm2 小于 鋼管立桿的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 [f] = 205 N/mm2，滿足要求！

如果考慮到高支撐架的安全因素，適宜由下式計(jì)算

l0 = k1k2(h+2a)

k1 -- 計(jì)算長度附加系數(shù)按照表1取值1.243；

k2 -- 計(jì)算長度附加系數(shù)，h+2a = 2.1 按照表2取值1.001 ；

上式的計(jì)算結(jié)果：

立桿計(jì)算長度 Lo = k1k2(h+2a) = 1.243×1.001×(1.5+0.3×2) = 2.613 m；

Lo/i = 2612.91 / 15.9 = 164 ；

由長細(xì)比 Lo/i的結(jié)果查表得到軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)φ= 0.262 ；

鋼管立桿的最大應(yīng)力計(jì)算值 ；σ=21894.144/（0.262×450） = 185.701 N/mm2；

鋼管立桿的最大應(yīng)力計(jì)算值 σ= 185.701 N/mm2 小于 鋼管立桿的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 [f] = 205 N/mm2，滿足要求！

模板承重架應(yīng)盡量利用剪力墻或柱作為連接連墻件，否則存在安全隱患。

以上表參照《扣件式鋼管模板高支撐架設(shè)計(jì)和使用安全》。

七、梁板模板高支撐構(gòu)造要求

除了要遵守《扣件架規(guī)范》的相關(guān)要求外，還要考慮以下內(nèi)容

1.模板支架的構(gòu)造要求：

a.梁板模板高支撐架可以根據(jù)設(shè)計(jì)荷載采用單立桿或雙立桿；

b.立桿之間必須按步距滿設(shè)雙向水平桿，確保兩方向足夠的設(shè)計(jì)剛度；

c.梁和樓板荷載相差較大時(shí)，可以采用不同的立桿間距，但只宜在一個(gè)方向變距、而另一個(gè)方向不變。

2.立桿步距的設(shè)計(jì)：

a.當(dāng)架體構(gòu)造荷載在立桿不同高度軸力變化不大時(shí)，可以采用等步距設(shè)置；

b.當(dāng)中部有加強(qiáng)層或支架很高，軸力沿高度分布變化較大，可采用下小上大的變步距設(shè)置，但變化不要過多；

c.高支撐架步距以0.9--1.5m為宜，不宜超過1.5m。

3.整體性構(gòu)造層的設(shè)計(jì)：

a.當(dāng)支撐架高度≥20m或橫向高寬比≥6時(shí)，需要設(shè)置整體性單或雙水平加強(qiáng)層；

b.單水平加強(qiáng)層可以每4--6米沿水平結(jié)構(gòu)層設(shè)置水平斜桿或剪刀撐，且須與立桿連接，設(shè)置斜桿層數(shù)要大于水平框格總數(shù)的1/3；

c.雙水平加強(qiáng)層在支撐架的頂部和中部每隔10--15m設(shè)置，四周和中部每10--15m設(shè)豎向斜桿，使其具有較大剛度和變形約束的空間結(jié)構(gòu)層；

d.在任何情況下，高支撐架的頂部和底部（掃地桿的設(shè)置層）必須設(shè)水平加強(qiáng)層。

4.剪刀撐的設(shè)計(jì)：

a.沿支架四周外立面應(yīng)滿足立面滿設(shè)剪刀撐；

b.中部可根據(jù)需要并依構(gòu)架框格的大小，每隔10--15m設(shè)置。

5.頂部支撐點(diǎn)的設(shè)計(jì)：

a.最好在立桿頂部設(shè)置支托板，其距離支架頂層橫桿的高度不宜大于400mm；

b.頂部支撐點(diǎn)位于頂層橫桿時(shí)，應(yīng)靠近立桿，且不宜大于200mm；

c.支撐橫桿與立桿的連接扣件應(yīng)進(jìn)行抗滑驗(yàn)算，當(dāng)設(shè)計(jì)荷載N≤12kN時(shí)，可用雙扣件；大于12kN時(shí)應(yīng)用頂托方式。

6.支撐架搭設(shè)的要求：

a.嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸搭設(shè)，立桿和水平桿的接頭均應(yīng)錯(cuò)開在不同的框格層中設(shè)置；

b.確保立桿的垂直偏差和橫桿的水平偏差小于《扣件架規(guī)范》的要求；

c.確保每個(gè)扣件和鋼管的質(zhì)量是滿足要求的，每個(gè)扣件的擰緊力矩都要控制在45-60N.m，鋼管不能選用已經(jīng)長期使用發(fā)生變形的；

d.地基支座的設(shè)計(jì)要滿足承載力的要求。

7.施工使用的要求：

a.精心設(shè)計(jì)混凝土澆筑方案，確保模板支架施工過程中均衡受載，最好采用由中部向兩邊擴(kuò)展的澆筑方式；

b.嚴(yán)格控制實(shí)際施工荷載不超過設(shè)計(jì)荷載，對(duì)出現(xiàn)的超過最大荷載要有相應(yīng)的控制措施，鋼筋等材料不能在支架上方堆放；

c.澆筑過程中，派人檢查支架和支承情況，發(fā)現(xiàn)下沉、松動(dòng)和變形情況及時(shí)解決。

八、結(jié)論

本方案嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)確定的支撐架步距、立桿間距、內(nèi)外楞間距等參數(shù)進(jìn)行施工，對(duì)高支撐架設(shè)置了豎向、水平向剪刀撐，整個(gè)施工過程均順利完成。本加速器室厚重頂板模板高支撐架體系設(shè)計(jì)安全可靠。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。