某剪力墙和框架柱的模板设计和验算.doc

中国地质大学 土木工程施工课程设计题 目：某剪力墙和框架柱的模板设计和验算专 业： 土木工程 姓 名： 学 号： 指导教师： 时 间： 2014.5 土木工程施工课程设计任务书1. 目的 通过本课程设计, 使学生加深对土木工程施工知识的理解, 培养学生运用知识解决工程实际问题的能力, 为毕业设计做准备, 为将来的工作打基础。 2. 要求 根据设计资料进行设计, 提交课程设计计算书, 其内容主要包括: 1）设计任务 2）设计依据 3）设计计算过程 4）设计CAD图纸(至少一张平面图和一张剖面图）3. 设计资料 1）某现浇钢筋混凝土剪力墙,混凝土强度等级C30, 墙体尺寸：高宽厚=（2800，2900，3100，3200，3300，3400，3500，3600，）（3000，3100，3200，3300，3400，3600）（180，190，200，210，220，230，240，250，260，270）施工条件：坍落度80mm, 0.6m3吊斗卸料，浇筑速度2m/h, 混凝土入模温度15，采用插入式振捣器振捣。试设计模板。 2）钢筋混凝土框架柱，混凝土强度等级C30，柱尺寸：高截面高截面宽=（4000，4100，4200，4300，4400，4500，4600）（400，500，600，700）（400，450，500，550，600，650，700）施工条件：混凝土浇筑速度3m/h, 导管下料，坍落度180mm, 混凝土入模温度15，采用插入式振捣器振捣。试设计模板。摘 要土木工程施工课程设计是为了使学生加深对土木工程施工知识的理解, 培养学生运用知识解决工程实际问题的能力, 为毕业设计做准备, 为将来的工作打基础。板柱、剪力墙这种结构形式更是被广泛应用，所以我们要了解其结构特点，会对其进行分析设计，以保证结构的安全性和可靠性。对各个部分的作用的布置做好设计，节约成本，确保安全。主要对剪力墙的主楞、次愣和面板和柱模板的面板、柱截面、竖楞等做好验算。关键词：剪力墙、框架柱、模板目 录一、设计任务1.设计背景12.任务选取1一、剪力墙模板设计1、墙模板基本参数1.1 基本参数.11.2 主楞信息.11.3 次愣信息.1.1.4 面板参数.11.5 方楞和钢楞.12、墙模板荷载标准值计算 3、 墙模板面板验算 23.1 抗弯强度验算.23.2 抗剪强度计.33.3 挠度算.44、 墙模板主次楞验算4.1 次楞的抗弯强度算.44.2 次楞的抗剪强度算.54.3 次楞的挠度算.64.5 主楞的抗弯强度的算.74.6 主楞抗剪强度算.74.7 主楞的挠度的算.85、穿墙螺栓的计算.9二、柱模板的计算1、参数信息.91.1 基本参数.91.2 柱箍信息. .91.3 竖楞信息.9 1.4 面板参数.101.5 钢楞.102、柱模板荷载标准值的计算.103、柱模板面板的计算3.1 面板抗弯强度的验算.103.2 面板抗剪强度的验算.113.3 面板挠度的验算.124、竖楞计算4.1 竖楞的抗弯强度的算.134.2 竖楞挠度的算.145、B方向柱箍的计算5.1 柱箍抗弯强度的验算.155.2 柱箍挠度算.166、B方向对拉螺栓的计算.167、H方向柱箍的计算.167.1 柱箍抗弯强度的验算.177.2 柱箍挠度的算.178、H方向对拉螺栓的计算.18三、致谢19四、附录20一、设计任务1、任务选取:某现浇钢筋混凝土剪力墙,混凝土强度等级C30, 墙体尺寸：高宽厚=33003300240施工条件：坍落度80mm, 0.6m3吊斗卸料，浇筑速度2m/h, 混凝土入模温度15，采用插入式振捣器振捣。试设计模板。钢筋混凝土框架柱，混凝土强度等级C30，柱尺寸：高宽厚=4500600600施工条件：混凝土浇筑速度3m/h, 导管下料，坍落度180mm, 混凝土入模温度15，采用插入式振捣器振捣。试设计模板。二、剪力墙模板计算书2.1参数信息2.1.1主楞信息主楞材料:圆钢管；直径(mm):48.00；壁厚(mm):3.50；钢楞弹性模量E(N/mm2):206000.00；钢楞抗弯强度设计值fc(N/mm2):205.00；截面回转半径 i=1.59cm；净截面面积：424mm；截面惯性矩：I=10.79； 截面模量： W=4.49cm；每米长质量：3.33kg；主楞间距(mm):600；穿墙螺栓竖向间距(mm):600；对拉螺栓型号：M14。2.1.2次楞信息次楞材料:（TC15A铁杉或油杉）木方；宽度(mm):100.00；高度(mm):50.00；次楞间距(mm):200；穿墙螺栓水平间距(mm):600；方木抗弯强度设计值fc(N/mm2):15.00；方木弹性模量E(N/mm2):10000.00；方木抗剪强度设计值ft(N/mm2):1.60；2.1.3面板参数面板类型:木胶合板；面板厚度(mm):18.00；面板弹性模量(N/mm2):6000.00；面板抗弯强度设计值fc(N/mm2):15.00；面板抗剪强度设计值(N/mm2):1.60；2.2墙模板荷载标准值计算按施工手册，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: (2-1) (2-2)其中 - 混凝土的重力密度，取24.000kN/m3； - 新浇混凝土的初凝时间，(T为混凝土的温度) T - 混凝土的入模温度，取15.000； V - 混凝土的浇筑速度，取2.000m/h； H - 模板计算高度，取3.300m； 1- 外加剂影响修正系数，取1.2000； 2- 混凝土坍落度影响修正系数，取0.85。分别计算得 64.624 kN/m2、79.2 kN/m2，取较小值64.624 kN/m2作为本工程计算荷载。计算中采用新浇混凝土侧压力标准值 F1=64.624kN/m2；倾倒混凝土时产生的荷载标准值 F2= 4.0kN/m2。2.3墙模板面板的计算2.3.1面板抗弯强度验算面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。根据建筑施工手册，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。 计算的原则是按照龙骨的间距和模板面的大小,按支撑在次楞上的三跨连续梁计算。 图3-1 面板计算简图弯矩计算公式如下:M=0.1q1l2+0.117q2l2 （3-1） 其中， M-面板计算最大弯矩(Nmm)； l-计算跨度(次楞间距): l =200.0mm； 新浇混凝土侧压力设计值q1: 1.274.830.50=44.898kN/m； 倾倒混凝土侧压力设计值q2: 1.44.000.50=2.8kN/m；面板的最大弯矩：M =0.144.898200.02+0.1172.800200.02= 16.270104Nmm；按以下公式进行面板抗弯强度验算： = M/W f （3-2）其中， -面板承受的应力(N/mm2)； M -面板计算最大弯矩(Nmm)； W -面板的截面抵抗矩 : W = bh2/6 = 60018.018.0/6=3.24104 mm3； f -面板截面的抗弯强度设计值(N/mm2)； f=15.000N/mm2；面板截面的最大应力计算值： = M/W = 16.270104 / 2.70104 = 5.947N/mm2；面板截面的最大应力计算值 =5.947N/mm2 小于 面板截面的抗弯强度设计值 f=15N/mm2，满足要求。2.3.2面板抗剪验算计算公式如下:V=0.6q1l+0.617q2l (3-3)其中，V-面板计算最大剪力(N)； l-计算跨度(次楞间距): l =200.0mm； 新浇混凝土侧压力设计值q1: 1.274.830.50=44.898kN/m； 倾倒混凝土侧压力设计值q2: 1.44.000.50=2.800kN/m；面板的最大剪力：V = 0.644.898200.0 + 0.6172.800200.0 = 5733.28N；截面抗剪强度必须满足:= 3V/(2bhn)fv (3-4) 其中， -面板截面的最大受剪应力(N/mm2)； V-面板计算最大剪力(N)：V = 5733.28N； b-构件的截面宽度(mm)：b = 600mm ； hn-面板厚度(mm)：hn = 18.0mm ； fv-面板抗剪强度设计值(N/mm2)：fv = 1.600 N/mm2；面板截面的最大受剪应力计算值: =35733.28/(250018.0)=0.796N/mm2；面板截面抗剪强度设计值: fv=1.600N/mm2；面板截面的最大受剪应力计算值 =0.796/mm2 小于 面板截面抗剪强度设计值 =1.6N/mm2，满足要求。2.3.3挠度验算根据建筑施工手册，刚度验算采用标准荷载，同时不考虑振动荷载作用。挠度计算公式如下:=0.677ql4/(100EI)=l/250 （3-5）其中，q-作用在模板上的侧压力线荷载: q = 64.6240.5 = 32.312N/mm； l-计算跨度(次楞间距): l = 200mm； E-面板的弹性模量: E = 6000N/mm2； I-面板的截面惯性矩: I = 601.81.81.8/12=29.16cm4；面板的最大允许挠度值: = 0.8mm；面板的最大挠度计算值: = 0.67732.3122004/(10060002.916105) = 0.290mm；面板的最大挠度计算值: =0.290mm 小于等于面板的最大允许挠度值 =0.8mm，满足要求。2.4墙模板主次楞的计算 (一).次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。本工程中，次楞采用木方，宽度100mm，高度50mm，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:W = 1066/6= 60cm3；I = 10666/12= 180cm4；图4 次楞计算简图2.4.1次愣的抗弯强度验算次楞最大弯矩按下式计算：M = 0.1q1l2+0.117q2l2 （4-1）其中， M-次楞计算最大弯矩(Nmm)； l-计算跨度(主楞间距): l =600.0mm； 新浇混凝土侧压力设计值q1: 1.274.830.200=17.96kN/m； 倾倒混凝土侧压力设计值q2: 1.44.00.20=1.12kN/m。次楞的最大弯矩：M =0.117.96600.02+0.1171.12600.02= 6.94105Nmm；次楞的抗弯强度应满足下式： = M/W f其中， -次楞承受的应力(N/mm2)； M -次楞计算最大弯矩(Nmm)； W -次楞的截面抵抗矩，W=6104mm3； f -次楞的抗弯强度设计值； f=16.000N/mm2；次楞的最大应力计算值： = 6.94105/6104 = 1.57N/mm2；次楞的抗弯强度设计值: f = 15N/mm2；次楞的最大应力计算值 = 11.57N/mm2 小于 次楞的抗弯强度设计值 f=15N/mm2，满足要求。2.4.2次愣的抗剪强度验算最大剪力按均布荷载作用下的三跨连续梁计算，公式如下:V=0.6q1l+0.617q2l （4-2）其中， V次楞承受的最大剪力； l-计算跨度(主楞间距): l =500.0mm； 新浇混凝土侧压力设计值q1: 1.274.830.20=17.96kN/m； 倾倒混凝土侧压力设计值q2: 1.44.000.20=1.120kN/m。次楞的最大剪力：V = 0.617.96600.0+ 0.6171.120600.0 = 6880.22N；截面抗剪强度必须满足下式：=3V/(2bh0) （4-3）其中， -次楞的截面的最大受剪应力(N/mm2)； V-次楞计算最大剪力(N)：V = 5733.28N； b-次楞的截面宽度(mm)：b = 100.0mm ； hn-次楞的截面高度(mm)：h0 = 50.0mm ； fv-次楞的抗剪强度设计值(N/mm2)：fv = 1.600 N/mm2；次楞截面的受剪应力计算值: =35733.28/(2100.050.01)=1.72N/mm2；次楞截面的受剪应力计算值 =1.72N/mm2 小于 次楞截面的抗剪强度设计值 fv=1.6N/mm2，满足要求。2.4.3次愣的挠度验算根据建筑施工计算手册，刚度验算采用荷载标准值，同时不考虑振动荷载作用。 挠度验算公式如下：=0.677ql4/(100EI)=l/250 （4-4）其中， -次楞的最大挠度(mm)； q-作用在次楞上的线荷载(kN/m)： q = 64.6240.20=12.924kN/m； l-计算跨度(主楞间距): l =600.0mm ； E-次楞弹性模量（N/mm2）：E = 10000.00 N/mm2 ； I-次楞截面惯性矩(mm4)，I=1.04106mm4；次楞的最大挠度计算值: = 0.67712.926004/(100100001.04106) = 1.211mm；次楞的最大容许挠度值: = 2mm；次楞的最大挠度计算值 =1.211mm 小于次楞的最大容许挠度值 =2mm，满足要求。(二).主楞承受次楞传递的荷载，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 =5.0782= 10.156cm3；I =12.1872= 24.374cm4；E = 206000N/mm2；2.4.4主楞的抗弯强度验算作用在主楞的荷载: P1.264.6240.20.61.440.20.69.978kN；（4-5）主楞计算跨度(对拉螺栓水平间距): l = 600mm；强度验算公式： = M/W f （4-6）其中，- 主楞的最大应力计算值(N/mm2) M - 主楞的最大弯矩(Nmm)；M = 4.41105 Nmm W - 主楞的净截面抵抗矩(mm3)； W = 1.02104 mm3； f -主楞的强度设计值(N/mm2)，f =205.000N/mm2；主楞的最大应力计算值: = 4.41105/1.02104 = 43.5 N/mm2；主楞的最大应力计算值 =43.5N/mm2 小于 主楞的抗弯强度设计值 f=205N/mm2,满足要求。2.4.5主楞截面抗剪强度验算 主楞截面抗剪强度必须满足:=2V/Afv （4-7）其中， -主楞的截面的最大受剪应力(N/mm2)； V-主楞计算最大剪力(N)：V = 4217.1N； A -钢管的截面面积(mm2)：A = 978.606mm2 ； fv-主楞的抗剪强度设计值(N/mm2)：fv = 120 N/mm2；主楞截面的受剪应力计算值: =24217.1/978.606=8.619N/mm2；主楞截面的受剪应力计算值 =8.619N/mm2 小于 主楞截面的抗剪强度设计值 fv=120N/mm2，满足要求。2.4.6主楞的挠度验算主楞的最大挠度计算值: = 0.441mm；主楞的最大容许挠度值: = 2.4mm；主楞的最大挠度计算值 =0.441mm 小于 主楞的最大容许挠度值 =2.4mm，满足要求。2.5穿墙螺栓的计算计算公式如下:NN=fA （5-1）其中 N - 穿墙螺栓所受的拉力； A - 穿墙螺栓有效面积 (mm2)； f - 穿墙螺栓的抗拉强度设计值，取170 N/mm2；查表得：穿墙螺栓的型号: M14 ；穿墙螺栓有效直径: 11.55 mm；穿墙螺栓有效面积: A = 105 mm2；穿墙螺栓最大容许拉力值: N = 1.7010510.510-5 = 17.8 kN；主楞计算的支座反力为穿墙螺栓所受的拉力，则穿墙螺栓所受的最大拉力为: N = 7.70 kN。穿墙螺栓所受的最大拉力 N=7.699kN 小于 穿墙螺栓最大容许拉力值 N=17.8kN，满足要求。3.柱模板计算书3.1 工程属性新浇混凝土柱名称框架柱新浇混凝土柱长边边长(mm)600新浇混凝土柱的计算高度(mm)4500新浇混凝土柱短边边长(mm)6003.1 参数选取混凝土重力密度c(kN/m3)24新浇混凝土初凝时间t0(h)6.67外加剂影响修正系数11.2混凝土坍落度影响修正系数21混凝土浇筑速度V(m/h)3混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度H(m)4.5倾倒混凝土时对垂直面模板荷载标准值Q3k(kN/m2)23.2柱模板荷载标准值计算 3-1 3-2新浇混凝土对模板的侧压力标准值由3-1,3-2求得；G4kmin, =min0.28ct012v1/2，cHmin0.28246.671.2131/2,244.5=min93.12,10893.12kN/m2 (T为混凝土的温度) 承载能力极限状态设计值 由混凝土荷载规范（GB5009-2001）公式求得；S承0.9max1.2G4k+1.4Q3k，1.35G4k+1.40.7Q3k0.9max1.293.12+1.42，1.3593.12+1.40.720.9max114.544，127.6720.9127.672114.9kN/m2 0.9为折减系数，根据施工手册取得。正常使用极限状态设计值3.3 面板验算面板类型覆面木胶合板面板厚度(mm)18面板抗弯强度设计值15面板弹性模量E(N/mm2)6000柱长边小梁根数4柱短边小梁根数4柱箍间距l1(mm)400面板抗剪强度设计值1.6 3.3.1 强度验算最不利受力状态如下图，按二等跨连续梁验算 图3-1静载线荷载q11.2bG4k1.20.693.1267.05kN/m活载线荷载q21.40.7bQ3k1.40.70.621.176kN/mMmax-0.125q1l2-0.125q2l2-0.12567.050.22-0.1251.1760.22-0.341kNm （3-3）Mmax/W0.34106/(1/6600182)10.525N/mm2f15.0N/mm2 （3-4） 满足要求。 3.3.2挠度验算 作用线荷载qbS正0.6093.1255.872kN/m （3-5） 0.501ql4/(100EI)0.50155.8722004/(1006000(1/12600183)0.24mml/600200/6000.33m （3-6） 满足要求。3.4 柱模板次楞验算小梁类型矩形木楞小梁材质规格(mm)10050小梁截面惯性矩I(cm4)104.17小梁截面抵抗矩W(cm3)41.67小梁抗弯强度设计值f(N/mm2)15小梁弹性模量E(N/mm2)10000最低处柱箍离楼面距离50（mm）模板结构构件中的竖楞（方木）属于受弯构件，按连续梁计算。本工程柱高度为4.1m，柱箍间距为400mm，竖楞大于3跨，根据施工手册，可按均布荷载作用下的三跨连续梁计算。3.4.1 强度验算小梁上作用线荷载q0.2114.922.98kN/m （3-7）按连续梁由施工手册求得： 由第一跨跟尾跨求求得：所以取为 Mmax/W0.