模板支架受力分析计算.ppt

脚手架及模板支架安全技术 内容 安全技术概述脚手架计算模板支架计算案例分析 安全技术工作概述 重要性存在问题解决要点理论计算的理解 重要性 在重大建筑施工安全事故发生的引起原因中 施工安全管理方面的因素很多 带有普遍性 且常为主要原因 但是 造成事故的技术安全原因却相当明显和突出 这就提醒我们 建筑安全技术是建筑施工安全管理的基础和保障 建筑安全技术工作的薄弱 滞后 不适应及不被认真重视的情况 成为重大事故发生的主要或重要原因 存在问题 虽然施工方案措施的计算验算工作已经提升到异常重要的高度上 但并不是所有的总工们和方案措施的编制人员都能较好地掌握和运用标准规定 研究解决有关计算问题 使方案和措施具有可靠的技术安全保障 在方案措施的计算部分中 程度不同地存在一些问题 则具有一定的普遍性 存在主要问题大致有 1 计验算项目缺漏不全 2 验算选择的部位或截面不是最危险的 3 采用的计验算方法不符合相应的标准规定 或者实际情况不符合规定的设计计算条件 4 采用的计算参数不符合工程的实际情况 5 验算的受力情况或状态与实际情况不符 6 没有按实际情况采取必要的调整系数 使计算结果的安全保证度不够 7 计算数据存在错误 解决要点 必须认真解决以上存在问题 达到计算工作的覆盖性 符合性 正确性和保证性要求 所谓覆盖性 就是覆盖着应予计算的项目和应予验算的最不利的部位 所谓符合性 就是符合标准规定 符合实际情况 所谓正确性 就是计算式正确 计算参数正确和计算结果正确 所谓保证性 就是达到安全的保证指标或要求 常用安全系数控制 理论计算 施工安全计算是保证施工方案和措施能够安全地实施的计算 即确保按施工方案和措施进行施工时 其全过程中各阶段所形成的工况都应处于安全可靠的状态 确保不会由于存在不安全状态而蕴发事故 并对可能影响其状态安全 会形成共同作用的不安全行为 起因物和致害物给以严格的限制 控制或及时予以消除 长期以来 多数施工计算项目 都是采取借用 鉴 相应工程结构 机械设备的计算方法并结合工程实践经验加以解决的 只有像爆破 混凝土浇筑 模板侧压力 及冬施工方法 电热养护等 和起重吊装等一些专项技术是通过试验加上实践经验解决的 脚手架极其模板支架则一直是靠经验搭设的 而像脚手架结构和深基坑支护结构等施工措施 由于本身所具有的影响因素多 可变性大和难以控制的特点 当仍采用工程结构的计算方法时 就难以与实际情况相符 不能确保达到安全可靠的要求 经过一段时间的探索 形成了理论与实验和实践相结合的计算方法 其基本点就是使其工作状态与危险状态保持一个安全距离 而这个距离足以容纳在计算时未能纳入的可变因素的影响 使其不会达到或接近破坏状态 因此 按对有关参数控制的可行性 确定安全保证要求 就成为解决施工安全计算方法时应予遵循的一项基本原则 脚手架计算 方案编制步骤参数确定荷载材料计算过程 方案编制步骤 脚手架工程施工的主要步骤如下 主要及相关人员商讨方案 确定方案 编制方案 报公司技术 安全部门审批方案 审批合格后由架子工长组织实施 各方验收合格 投入使用 脚手架工程在施工前 技术负责人应召集技术 安全 生产等相关人员对本工程的脚手架搭设情况进行研讨 确定脚手架应搭设的步距 纵距 横距 总高度 范围等各项参数内容 然后由技术负责人或技术员编制 编制完毕的方案经技术负责人审核后报公司技术安全部门会审 并由公司总工程师审批后执行 方案审批返回项目部 由项目部架子工长组织工人进行搭设 经公司技术 安全及项目部技术 安全部门负责人验收合格 方可使用 参数确定 高度确定 1 檐口标高 基底标高 安全高度 2 檐口标高 平整后场地标高 安全高度 3 考虑加快施工速度脚手架下部做临时脚手架 方便回填土工序 地上一层以上采用悬挑脚手架 那么悬挑脚手架的搭设高度 檐口标高 一层顶板标高 安全高度 安全高度 当上部为女儿墙时 脚手架的搭设高度要超过女儿墙1米 为檐口时 要超过檐口高度1 5米 依据 规范 6 3 6立杆顶端宜高出女儿墙上皮1m 高出檐口上皮1 5m 本方案采取第二种搭设方式 46 8 42 3 41 3 1 48 8米 取49米 立杆纵距确定 脚手架用于结构施工阶段 施工的作业层施工荷载3kN m2 依据 规范 表6 1 1 1和 规范 7 3 12中第4条规定 4自顶层作业层的脚手板下计 宜每隔12m满铺一层脚手板 的要求选取3 Int 49 12 1 0 35 3 5 0 35 kN m2 荷载所对应的纵距1 2米 立杆横距确定 根据工程情况在满足施工的条件下不能超过 规范 表6 1 1 1规定 依照此表可以取1 05 1 55之间的数值 本例取1 05米 靠墙一端外伸长度确定 规范 6 2 2条主节点处必须设置一根横向水平杆 用直角扣件扣接且严禁拆除 主节点处两个直角扣件的中心距不应大于150mm 在双排脚手架中 靠墙一端的外伸长度a不应大于0 4l 且不应大于500mm 由0 4 1 05 0 42确定本工程选用a 0 3米 如果悬挑长度大于300mm 计算时按300mm考虑 步距的确定 一般在确定脚手架的步距时要考虑两个步骤 第一要满足层高与施工要求 层高是是步距的整数倍 本例的层高标准层是2 8米 因此第一步确定步距为1 4米 第二步要符合 规范 表6 1 1 1的要求 步距不能超出表6 1 1 1的范围 最后确定步距为1 4米 荷载分类 1 作用于脚手架的荷载可分为永久荷载 恒荷载 与可变荷载 活荷载 2 永久荷载 恒荷载 可分为 1 脚手架结构自重 包括立杆 纵向水平杆 横向水平杆 剪刀撑 横向斜撑和扣件等的自重 2 构 配件自重 包括脚手板 栏杆 挡脚板 安全网等防护设施的自重 3 可变荷载 活荷载 可分为 施工荷载 包括作业层上的人员 器具和材料的自重 风荷载 荷载效应组合 材料 钢管宜采用力学性能适中的Q235A 3号 钢 其力学性能应符合国家现行标准 炭素结构钢 GB700 89 中Q235A钢的规定 每批钢材进场时 应有材质检验合格证 3号钢的屈服强度240N mm2为强度的标准值 引用现行国家标准 冷弯薄壁型钢结构技术规范 规定 乘以分项系数1 1 165 这样钢材的设计值f 240 1 165 205N mm2 这也说明了规范采用的设计方法在实质上是属于半概率半经验进行的 根据 可铸铁分类及技术条件 GB978 67 的规定 扣件采用机械性能不低于KTH330 08的可锻铸铁制造 铸件不得有裂纹 气孔 不宜有缩松 砂眼 浇冒口残余披缝 毛刺 氧化皮等清除干净 扣件与钢管的贴合面必须严格整形 应保证与钢管扣紧时接触良好 当扣件夹紧钢管时 开口处的最小距离应不小于5mm 扣件活动部位应能灵活转动 旋转扣件的两旋转面间隙应小于1mm 扣件表面刷暗红色防锈漆进行防锈处理 规范要求计算内容 1 脚手架的承载能力应按概率极限状态设计法的要求 采用分项系数设计表达式进行设计 可只进行下列设计计算 纵向和横向水平杆 大小横杆 等受弯构件的强度计算 扣件的抗滑承载力计算 立杆的稳定性计算 连墙件的强度 稳定性和连接强度的计算 立杆地基承载力计算 2 计算构件的强度 稳定性与连接强度时 应采用荷载效应基本组合的设计值 永久荷载分项系数应取1 2 可变荷载分项系数应取1 4 3 架中的受弯构件 尚应根据正常使用极限状态的要求验算变形 验算构件变形时 应采用荷载短期效应组合的设计值 小横杆计算 作业层间距不应大于纵距1 2 小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算 小横杆在大横杆的上面计算简图如下所示 小横杆荷载计算 恒荷载计算 小横杆的自重标准值 P1 0 038kN m脚手板的荷载标准值 P2 0 350 1 200 3 0 140kN m 小横杆荷载计算 活荷载计算 活荷载标准值 Q 3 000 1 200 3 1 200kN m 小横杆荷载设计值及力学模型 荷载的设计值 q 1 2 0 038 1 2 0 140 1 4 1 200 1 894kN m力学模型 小横杆力学模型说明 从弯矩公式看不带悬挑的情况弯矩大偏于安全 挠度直接从公式看不出结论 但代入规范最大悬挑计算长度0 3米 及排距取1 55米时 计算结果还是第一个大 因此规范取了第一种情况进行计算安全 小横杆抗弯强度计算 计算公式 0 261 106 5080 0 51 383N mm2小横杆的计算强度小于205 0N mm2 满足要求 小横杆挠度计算 最大挠度考虑为简支梁均布荷载作用下的挠度 计算公式如下 荷载设计值q 0 038 0 140 1 200 1 378kN m 简支梁均布荷载作用下的最大挠度 V 5 0 1 378 1050 04 384 2 06 105 121900 0 0 869mm 小横杆的最大挠度小于1050 0 150与10mm 满足要求 无钢管的抗剪承载力计算说明 没有抗剪强度计算 是因为钢管抗剪强度不起控制作用 如 48 3 5的Q235 A级钢管 其抗剪承载力为 上式中K1为截面形状系数 一般横向 纵向水平杆上的荷载由一只扣件传递 一只扣件的抗滑承载力设计值只有8 0kN 远小于 V 故只要满足扣件的抗滑力计算条件 杆件抗剪力也肯定满足 大横杆的计算 大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算 小横杆在大横杆的上面 脚手架的纵距最大的值为2米 一根脚手管的长度为6米 和规范要求的一致 宜按三跨连续梁进行计算 用小横杆支座的最大反力计算值 在最不利荷载布置下计算大横杆的最大弯矩和变形 荷载值计算 小横杆的自重标准值P1 0 038 1 050 0 040kN脚手板的荷载标准值P2 0 350 1 050 1 200 3 0 147kN活荷载标准值Q 3 000 1 050 1 200 3 1 260kN大横杆荷载的设计值 P 1 2 0 040 1 2 0 147 1 4 1 260 2 0 994kN 大横杆计算简图大横杆抗弯强度计算 均布荷载最大弯矩计算公式 集中荷载最大弯矩计算公式 M 0 08 1 2 0 038 1 2002 0 267 0 994 1 200 0 324kN m 0 324 106 5080 0 63 762N mm2 大横杆的计算强度小于205 0N mm2 满足要求 大横杆挠度计算 最大挠度考虑为大横杆自重均布荷载与集中荷载的计算值最不利分配的挠度和 均布荷载最大挠度计算公式 大横杆均布荷载的最大挠度 集中荷载最大挠度计算公式 集中荷载标准值P 0 040 0 147 1 260 1 447kN 集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度 最大挠度和 V V1 V2 1 897mm 大横杆的最大挠度小于1200 0 150与10mm 满足要求 受弯构件容许挠度 扣件抗滑移的计算 扣件的抗滑承载力按照下式计算 规范5 2 5 R Rc其中Rc 扣件抗滑承载力设计值 取8 0kN R 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值 注 当直角扣件的拧紧力矩达40 65N m时 试验表明 单扣件在12kN的荷载下会滑动 其抗滑承载力可取8 0kN 双扣件在20kN的荷载下会滑动 其抗滑承载力可取12 0kN 荷载设计值计算 横杆的自重标准值 P1 0 038 1 200 0 046kN脚手板的荷载标准值 P2 0 350 1 050 1 200 2 0 220kN活荷载标准值 Q 3 000 1 050 1 200 2 1 890kN荷载的设计值 R 1 2 0 046 1 2 0 220 1 4 1 890 2 966kN单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求 立杆稳定性计算 恒荷载标准值计算 1 每米立杆承受的结构自重标准值 kN m 本例为0 1291 NG1 0 129 45 000 5 810kN 脚手架每米重量说明 GS 2 la h 2 2 q 2 2q1 la h 6 5 q2 lahGS 脚手架立面单位面积上的框架的重量 la 立杆纵距 h 步距 q 48 3 5钢管重量q 38 4N M q1 直角扣件每个重量q1 13 2N 个 q2 对接扣件每个重量q2 18 4N 个 2 2 每根横向水平杆的长度 6 5 每根6 5米长的钢管上计算一个对接扣件 Gj 4 6 5q q2 2 13cosa la q3 13cosa 13sinala 立杆纵距 a 剪刀撑与斜杆与地面夹角 q3 旋转扣件每个重量q3 14 6N 个 2 脚手板的自重标准值 kN m2 本例采用木脚手板 标准值为0 35NG2 0 350 4 1 200 1 050 0 300 2 1 134kN表4 2 1 1脚手板自重标准值 3 栏杆与挡脚手板自重标准值 kN m 本例采用栏杆 木脚手板标挡板 准值为0 14NG3 0 140 1 200 4 2 0 336kN表4 2 1 2栏杆 挡脚板自重标准值 4 吊挂的安全设施荷载 包括安全网 kN m2 0 005NG4 0 005 1 200 45 000 0 270kN 经计算得到 恒荷载标准值 NG NG1 NG2 NG3 NG4 7 549kN 活荷载为施工荷载标准值产生的轴向力总和 内 外立杆按一纵距内施工荷载总和的1 2取值 经计算得到 活荷载标准值 NQ 3 000 2 1 2x1 050 2 3 780kN 风荷载标准值应按照以下公式计算 风荷载值说明 1 荷载规范计算风荷载标准值公式为 k z s z 0 荷载规范规定的基本风压是根据重现期为50年确定的 而脚手架使用期较短一般在2 5年之间 遇到强劲风的概率相对要小得多 基本风压w0乘以0 7修正系数是参考英国脚手架标准计算确定的 由于脚手架是附着在主体结构上 风振系数 z 1 最后公式为 k 0 7 s zw0 2 风压高度变化系数 z 我们在设计脚手架时 要注意此值的取法 通过计算从脚手架顶取每5米一段与脚手架的静荷和活荷的组合验算立杆稳定性时 虽然风荷载在顶部的标准值大 但最终组合值在脚手架的最底端最不利 但计算连墙件时 要取高度为最大值 按现行国家标准 建筑结构荷载规范 GB50009 2001 规定按下表采用 体型系数 s 其中 W0 基本风压 kN m2 按照 建筑结构荷载规范 GB50009 2001 的规定采用 W0 0 450Uz 风荷载高度变化系数 按照 建筑结构荷载规范 GB50009 2001 的规定采用 Uz 0 840Us 风荷载体型系数 Us 0 720 考虑风荷载时 立杆的轴向压力设计值计算公式 N 1 2NG 0 85 1 4NQ不考虑风荷载时 立杆的轴向压力设计值计算公式 N 1 2NG 1 4NQ风荷载设计值产生的立杆段弯矩MW计算公式其中Wk 风荷载基本风压标准值 kN m2 la 立杆的纵距 m h 立杆的步距 m 立杆的稳定性计算 不考虑风荷载时 立杆的稳定性计算公式 其中N 立杆的轴心压力设计值 N 14 35kN 轴心受压立杆的稳定系数 由长细比l0 i的结果查表得到0 26 i 计算立杆的截面回转半径 i 1 58cm l0 计算长度 m 由公式l0 kuh确定 l0 2 60m k 计算长度附加系数 取1 155 A 立杆净截面面积 A 4 89cm2 W 立杆净截面模量 抵抗矩 W 5 08cm3 钢管立杆受压强度计算值 N mm2 经计算得到 111 83 f 钢管立杆抗压强度设计值 f 205 00N mm2 不考虑风荷载时 立杆的稳定性计算 f 满足要求 k值说明 规范 规定的设计方法与荷载分项系数等 均与现行国家标准 冷弯薄壁型钢结构技术规范 钢结构设计规范 一致 脚手架与一般结构相比 其工作条件具有以下特点 1 所受荷载变异性较大 2 扣件连接节点属于半刚性 且节点刚性大小与扣件质量 安装质量有关 节点性能存在较大变异 3 脚手架结构 构件存在初始缺陷 如杆件的初弯曲 锈蚀 搭设尺寸误差 受荷偏心等均较大 4 与墙的连接点 对脚手架的约束性变异较大 K值最终推导结果 1 155 值说明 计算长度系数 值是反映脚手架各杆件对立杆的约束作用 本规范规定的 值 采用了中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院1964年 1965年和1986年 1988年 哈尔滨工业大学土木工程学院于1988年 1989年分别进行原型脚手架整体稳定性试验所取得的科研成果 其 值在1 5 2 0之间 它综合了影响脚手架整体失稳的各种因素 当然也包含了立杆偏心受荷 初偏心e 53mm 图3 的实际工况 这表明按轴心受压计算是可靠的 简便的 规范列出了下表以供设计者 脚手架立杆的计算长度系数 值根据规范表进行查表 考虑风荷载时 立杆的稳定性计算公式 其中 N 立杆的轴心压力设计值 N 13 56kN 轴心受压立杆的稳定系数 由长细比 l0 i的结果查表得到0 26 i 计算立杆的截面回转半径 i 1 58cm l0 计算长度 m 由公式l0 kuh确定 l0 2 60m k 计算长度附加系数 取1 155 u 计算长度系数 由脚手架的高度确定 u 1 50 A 立杆净截面面积 A 4 89cm2 W 立杆净截面模量 抵抗矩 W 5 08cm3 MW 计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩 MW 0 061kN m 钢管立杆受压强度计算值 N mm2 经计算得到 117 69 f 钢管立杆抗压强度设计值 f 205 00N mm2 考虑风荷载时 立杆的稳定性计算 f 满足要求 影响脚手架稳定性的各种因素 1 步距 其它条件不变 根据实验值和计算值 步距从1 2米增加到1 8米 临界荷载将下降26 1 2 连墙点间距 其它条件不变 当竖向间距由3 6米增加到7 2米 临界荷载将下降33 88 但在经常使用的连墙点水平间距范围内 8米 调整水平间距时 影响不大 因此要注意步距的设置 3 扣件紧固扭矩 扣件紧固扭矩为30N m比扣件紧固扭矩50N m的临界荷载低20 左右 紧固扭矩50N m与扣件紧固扭矩50N m相比影响不大 4 横向支撑及纵向支撑 设置横向支撑临界荷载将提高15 以上 设置纵向支撑临界荷载将提高12 49 5 立杆横距 当由1 2米增加到1 5米时 临界荷载将下降11 35 最大搭设高度的计算 不考虑风荷载时 采用单立管的敞开式 全封闭和半封闭的脚手架可搭设高度按照下式计算 其中NG2K 构配件自重标准值产生的轴向力 NG2K 1 740kNNQ 活荷载标准值 NQ 3 780kN gk每米立杆承受的结构自重标准值 gk 0 129kN m经计算得到 不考虑风荷载时 按照稳定性计算的搭设高度Hs 122 184米 脚手架搭设高度Hs等于或大于26米 按照下式调整且不超过50米 经计算得到 不考虑风荷载时 脚手架搭设高度限值 H 50 000米 考虑风荷载时 采用单立管的敞开式 全封闭和半封闭的脚手架可搭设高度按照下式计算 其中NG2K 构配件自重标准值产生的轴向力 NG2K 1 740kN NQ 活荷载标准值 NQ 3 780kN gk 每米立杆承受的结构自重标准值 gk 0 129kN m Mwk 计算立杆段由风荷载标准值产生的弯矩 Mwk 0 051kN m 经计算得到 考虑风荷载时 按照稳定性计算的搭设高度Hs 117 326米 脚手架搭设高度Hs等于或大于26米 按照下式调整且不超过50米 经计算得到 考虑风荷载时 脚手架搭设高度限值 H 50 000米 连墙件的计算 连墙件的轴向力计算值应按照下式计算 Nl Nlw No其中Nlw 风荷载产生的连墙件轴向力设计值 kN 应按照下式计算 Nlw 1 4 wk Awwk 风荷载基本风压标准值 wk 0 191kN m2 Aw 每个连墙件的覆盖面积内脚手架外侧的迎风面积 Aw 3 00 3 60 10 800m2 No 连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力 kN No 5 000经计算得到Nlw 2 881kN 连墙件轴向力计算值Nl 7 881kN 连墙件轴向力设计值Nf A f 其中 轴心受压立杆的稳定系数 由长细比l i 30 00 1 58的结果查表得到 0 95 A 4 89cm2 f 205 00N mm2 经过计算得到Nf 95 411kNNf Nl 连墙件的设计计算满足要求 连墙件采用扣件与墙体连接 经过计算得到Nl 7 881kN小于扣件的抗滑力8 0kN 满足要求 连墙件的计算说明 脚手架的连墙件的计算是必不可少的 我们经常采用的形式有 扣件式连接 焊接 螺栓连接等 但涉及到施工的方便及材料的普遍性 我们最常用的扣件式连接方式 这里我们要注意两个问题 在搭设的过程中连墙件与脚手架主节点的位置规范明确作了规定 其为连墙件偏离主节点的最大距离为300mm 只有在连墙在在主节点附近时 才能有效的阻止脚手架发生横向弯曲失稳或倾覆 若远离主节点设置连墙件 因为立杆的抗弯刚度较差 将会由于立杆产生局部弯曲 减弱甚至起不到时约束脚手架横向变形的作用 现实是怎样 许多连墙件竟然设置在立杆步距的一半附近 这对脚手架的稳定是极为不利的 要引起重视 问题的引申 我在主节点设置了连墙件后就要注意与主体结构连接的部位也要设置在受力点较好的部位 连墙件扣件式连接方式在计算扣件抗滑移时 经常大于8KG 而小于16KG 我们会不会看到上图后认为是是双扣件 而满足要求呢 实际上是错误的 上图只提供一个扣件的承载力 立杆的地基承载力计算 立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求 p fg其中p 立杆基础底面的平均压力 kN m2 p N A p 57 41N 上部结构传至基础顶面的轴向力设计值 kN N 14 35A 基础底面面积 m2 A 0 25fg 地基承载力设计值 kN m2 fg 90 00地基承载力设计值应按下式计算 fg kc fgk其中 kc 脚手架地基承载力调整系数 kc 0 50fgk 地基承载力标准值 fgk 180 00地基承载力的计算满足要求 地基承载力降低系数kc说明 地基承载力调整系数kc 对碎石土 砂土 回填土应取0 4 对粘土应取0 5 对岩石 混凝土应取1 0 由于土的弹性模量比起其它材料小很多 因此在受荷载时 变形很大 沉降量很大 因此规范采取了地基承载力调整系数kc 使得脚手架的变形很小 因为脚手架是由连墙件固定在建筑物上的 沉降过大会很容易引起整体失稳 当作混凝土垫层时 地基承载力不降低也就是由于脚手架的产生的荷载不象结构荷载那么大 不会影响到多层土参数 因此不降低数地基承载力 模板支架计算 模板支撑架荷载方案确定规范相关的计算要求面板计算模板支撑次龙骨的计算托梁的计算立杆的稳定性计算 模板支撑架荷载 1 荷载分类 作用于模板支架的荷载可分为永久荷载 恒荷载 与可变荷载 活荷载 2 永久荷载 恒荷载 可分为 2 1 模板及支架自重 包括模板 木方 纵向水平杆 横向水平杆 立杆 剪刀撑 横向斜撑和扣件等的自重 2 2 新浇混凝土自重 2 3 钢筋自重3 可变荷载 活荷载 可分为 3 1 施工荷载 包括作业层上的人员 器具和材料的自重3 2 倾倒混凝土荷载 方案确定 例 立杆纵距和横距均为1 2m 模板材料选择竹胶板 相邻模板的小楞及顶托梁采用44 80几字梁 间距为300mm 1200mm 采用的钢管类型为48 3 5 脚手架搭设高度为4 2米 步距为1 2米 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度a为 0 3米 规范相关的计算要求 力传递过程 面板 木方 托梁 顶托 立杆1 楼板底模板面板强度 挠度和剪力计算 2 板底木方强度 挠度和剪力计算 3 托梁梁 几字梁或钢管 强度 挠度计算 4 立杆的稳定性计算 楼板支撑架立面简图 面板计算 模板面板为受弯构件 需要验算其抗弯强度和刚度 模板面板按照三跨连续梁计算 面板所受荷载有 新浇混凝土及钢筋自重 施工人员及施工设备荷载 倾倒混凝土产生的荷载 计算宽度取1 2米 1 荷载计算 恒荷载标准值 q1 钢筋混凝土自重 混凝土厚度 计算宽度 模板自重 计算宽度 25 0 2 1 2 0 35 1 2 6 420kN m注 钢筋混凝土自重取25kN m3 活荷载标准值 q2 倾倒混凝土荷载 施工荷载 计算宽度 2 5 1 200 3kN m注 倾倒混凝土的荷载标准值和施工均布荷载标准值 2 5kN m2 2 强度计算 强度计算简图2 1 抗弯强度计算 f M W f 其中f 面板的抗弯强度计算值 N mm2 M 面板的最大弯距 N mm M 0 100ql2其中 q为模板荷载设计值 kN m q 恒荷载分项系数 恒荷载标准值 活荷载分项系数 活荷载标准值 1 2 6 420 1 4 3 600 12 744kN m 经计算得到M 0 1 12 744 0 32 0 115kN mW 面板的净截面抵抗矩 W 1 6 bh2 120 00 1 4 1 4 6 39 20cm3 其中 b为计算宽度 h为面板厚度 f 面板的抗弯强度设计值 取25 00N mm2 弯矩图经计算得到面板抗弯强度计算值f 0 115 1000 1000 64800 1 77N mm2面板的抗弯强度验算f f 满足要求 2 2 抗剪计算 可以不计算 T 3Q 2bh T 注 此公式为木结构抗剪公式依照构件截面是长方形的简化其中最大剪力 Q 0 6 1 2 6 42 1 4 3 6 0 3 2 294kN截面抗剪强度计算值T 3 2294 2 1200 18 0 159N mm2截面抗剪强度设计值 T 1 40N mm2抗剪强度验算T T 满足要求 3 挠度计算 挠度计算简图挠度图v 0 677q1l4 100EI v l 250 其中 q1为恒荷载标准值 q1 6 420kN m L为面板支座间距 即次龙骨间距 取0 3m E为面板的弹性模量 取3500mm I为面板惯性矩I 1 12bh3 计算宽度 面板厚度3 12 120 1 43 12 27 44cm4 面板最大挠度计算值v 0 677 6 42 3004 100 3500 274400 0 367mm面板的最大挠度小于300 0 250 满足要求 模板支撑次龙骨的计算 几字梁按照均布荷载下连续梁计算 计算宽度取次龙骨的间距0 3m 1 荷载的计算 1 1 钢筋混凝土板自重 kN m q11 25 000 0 200 0 300 1 5kN m1 2 模板的自重线荷载 kN m q12 0 350 0 300 0 105kN m1 3 活荷载为施工荷载标准值与倾倒混凝土时产生的荷载 kN m 经计算得到 活荷载标准值q2 2 5 0 30 0 75kN m恒荷载设计值q1 1 2 1 500 1 2 0 105 1 926kN m活荷载设计值q2 1 4 0 75 1 26kN m 2 次龙骨的强度计算 2 1 荷载计算及组合 按照三跨连续梁计算 最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和 计算及组合如下 强度计算恒荷载简图注 此图中最大支座力为 P1 1 1ql 1 1 1 926 1 2 2 542kN 强度计算活荷载组合简图注 此图中最大支座力为 P2 1 2ql 1 2 1 26 1 2 1 814kN组合以后最大支座力为P 2 542 1 814 4 356kN 此值即为计算主龙骨强度的集中力 2 2 次龙骨抗弯强度计算2 2 1 恒荷载最大弯矩 恒荷载弯矩图恒荷载最大弯矩M1 0 1ql2 0 1 1 926 1 22 0 277kN m 2 2 2 活荷载最大弯矩 活荷载弯矩图活荷载最大弯矩M2 0 117ql2 0 117 1 26 1 22 0 212kN m次龙骨最大弯矩M M1 M2 0 277 0 212 0 489kN m次龙骨抗弯设计强度f M W 0 489 106 9500 51 47N mm2次龙骨的抗弯设计强度小于几字梁的容许应力204N mm2 满足要求 3 次龙骨挠度计算挠度计算恒荷载标准值 q q11 q12 1 500 0 105 1 605kN m挠度计算简图注 此图中最大支座力为 P 1 1ql 2 119kN 此值即为计算主龙骨挠度的集中力 最大挠度 变形图最大挠度v 0 677 ql4 100EI 0 677 1 605 1200 04 100 205000 390000 0 282mm其中 E为几字梁的弹性模量 取205cm3 I为几字梁的惯性矩 取39cm4 次龙骨的最大挠度小于1200 0 250 满足要求 模板支撑主龙骨 托梁 的计算 托梁按照集中力作用下三跨连续梁计算 托梁计算简图此图最大集中力计算公式为N 4 5P 4 5 4 356 19 6KN 1 强度计算 集中力P 4 356KN 次龙骨的最大支座力 抗弯强度计算 主龙骨弯矩图 kN m 最大弯矩M 0 417PL 0 417 4 356 1 2 2 180kN m主龙骨抗弯强度设计值f M W 2 180 106 9500 198N mm2其中W为几字梁的截面抵抗矩 取204N mm2主龙骨的抗弯设计强度小于几字梁的容许应力204N mm2 满足要求 2 主龙骨挠度计算 P 2 119kN主龙骨变形图 mm 最大挠度v 2 1PL3 100EI 2 1 2 119 12003 100 205000 390000 0 962mm 主龙骨的最大挠度小于1200 0 250 满足要求 立杆的稳定性计算 楼板支撑架荷载计算单元 立杆的稳定性计算公式W 立杆净截面抵抗矩 cm3 W 5 08 钢管立杆抗压强度计算值 N mm2 f 钢管立杆抗压强度设计值 f 205N mm2N为立杆的轴心压力设计值 kN 立杆的轴向压力设计值计算公式 N 1 2NG 1 4NQ注 1 式中NG为静荷载 是模板及支架自重 新浇混凝土自重与钢筋自重标准值产生的轴向力总和 即NG NG1 NG2 NG3 8 259kN 其中 1 脚手架的自重 kN NG1 0 129 4 300 0 555kN 2 模板的自重 kN NG2 0 350 1 200 1 200 0 504kN 3 钢筋混凝土楼板自重 kN NG3 25 000 0 200 1 200 1 200 7 200kN2 NQ为活荷载 是施工人员及施工设备荷载标准值 振捣混凝土产生的荷载标准值产生的轴向力总和 即NQ 1 5 1 200 1 200 4 320kN 计算支架时活荷载共取1 5kN m 最后得出N 1 2NG 1 4NQ 1 2 8 259 1 4 4 320 15 96Kn A为支撑立杆 48 3 5 净截面面积 cm2 查表或计算可得A 4 89为轴心受压立杆的稳定系数 由长细比 l0 i查表得到 其中 l0为计算长度 m l0 h 2a 120 2 50 220cm i为计算立杆的截面回转半径 cm i 1 58cm l0 i 220 1 58 139 查表得 0 353计算结果 N A 15960 0 353 489 92 46N mm2立杆的稳定性计算 f 满足要求 此模型的要求 普通支架平面图由此图引申的理论 模板支架的相关要求 1 参与模板支架荷载效应组合的各项荷载及其荷载标准值应符合凝土结构工程施工及验收规范 GB50204 的有关规定 模板及其支架应根据工程结构形式 荷载大小 地基土类别 施工设备和材料供应等条件进行设计 模板及其支架应具有足够的承载能力 刚度和稳定性 能可靠的承受浇筑混凝土的重量 侧压力及施工荷载 2 模板支架立杆的构造应符合系列规定 2 1 每根立杆底部应设置底座或垫板 脚手架必须设置纵横向扫地杆 纵向扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上皮不大于200mm处的立杆上 横向扫地杆亦应采用扣件固定在纵向扫地杆下方的立杆上 当立杆基础不在同一高度上时 必须将高处的纵向扫地杆向低处延长两跨与立杆固定 高低差应不大于1m 靠边破上方的立杆轴线到边破的距离不应小于500mm 脚手架底层步距不应大于2m 立杆接长除顶层顶步外 其余各层各步接头必须采用对接扣件连接 2 2 支架立杆应竖直设置 2m高度的垂直允许偏差为15mm 2 3 设在支架立杆根部的可调支座 当其伸出长度超过300mm时 应采取可靠固定措施 2 4 当梁模板支架立杆采用单根立杆时 立杆应设在梁模板中心线处 其偏心距不应大于25mm 3 满堂模板支架的支撑设置应符合下列规定 3 1 满堂模板支架四边与中间每隔四排支架立杆应设置一道纵向剪刀撑 由底至顶连续设置 3 2 高于4m的模板支架 其两端与中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔2步设置一道水平剪刀撑 3 3 剪刀撑的构造应符合下列要求 3 3 1每道剪刀撑跨越立杆根数宜按下表的规定确定 每道剪刀撑的宽度不应小于4跨 且不应小于6m 斜杆与地面的倾斜角宜在45o 60o之间 剪刀撑的斜杆应用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上 旋转扣件中心线至主节点的距离不宜大于150mm 案例分析 西西 事故案例分析 西单事故 2005年9月5日 北京发生了 西西 工程中庭楼盖模板支架坍塌 造成亡8人伤21人的重大事故 技术和施工的主管人员受到了法律责任追究 在工程技术人员中受到了极大的震动 事故发生的简要情况 北京 西西 工程4 地中庭延连五层 总高21 8m 长3 8 4m 宽2 8 4m 楼盖 顶板 面积423 36m2 为四周支于框架梁上的预应力现浇空心楼板 厚550mm 板内预埋 400GBF管 南 北侧边梁分别为0 85m 0 95m和1 0m 1 3m 东西两侧边梁均为0 6m 0 6m 混凝土总量198 6m3 采用混凝土输送泵和两台布料机浇筑 布料机分别设于板外侧的东南角和西南角处 在北端达不到的地方加设溜槽 图1 出于施工安排因素的考虑 在其三面邻跨楼盖混凝土均未浇筑的情况下 项目部确定先浇筑位于其间的中庭楼盖 浇筑自下午5时开始 至晚上10时10分左右 已接近浇筑完成 时 从楼盖的中偏西南部位突然发生凹陷式垮塌 据现场人员描述 当时看到楼板形成 V 形下折情况 支架立杆多波弯曲并迅速扭转 随即整个楼盖连同布料机一起垮塌下来 砸落在地下一层顶板 首层底板 上 整个过程只延续了数秒钟 坍落的混凝土 钢筋 模板和支架绞缠在一起 形成0 5m 2 0m的堆集 使清理和找人异常困难 至10日凌晨才挖出最后1名遇难人员 事故也招致邻跨的模板和钢筋向中厅下陷 粗大的梁筋 直插于柱中 端部无拐尺锚固段 被从柱中拉出 达1m左右 地下一层顶板局部严重破坏 框架梁下沉 破损 开裂 其下支架严重变形 歪斜 连地下二层的支撑架也有明显变形 7 8轴和B C轴范围的支架基本未受影响 西西 工程中庭楼施工平面和楼板截面 事故调查出的存在问题 1 支架方案未经审批就进行搭设 在报送二稿时 支架已搭设完毕 2 属应组织专家组论证项目 但没有组织论证审查 3 监理虽未在方案送审稿上签字 但也没有行文制止搭设和浇筑混凝土 4 方案未对支架立杆上部的自由长度 作出限制 主管人员错误地按步距