隧道附属洞室拱形模板支架计算书

隧道附属洞室拱形模板支架计算书（示例工况·供编制施工方案及安全验算使用）目录TOC\o"1-2"\h\z\u1工程概况与设计条件 11.1工程概况 11.2编制依据 11.3主要设计参数 11.4模板支架体系设计 22荷载计算 32.1荷载标准值 32.2荷载效应组合 43模板面板验算 53.1计算模型 53.2拱部面板 63.3边墙面面板（底部最不利） 64次楞验算 64.1计算参数 64.2拱部次楞 74.3边墙次楞 75拱架验算 76边墙主楞与对拉螺栓验算 86.1主楞（双钢管）验算 86.2对拉螺栓验算 87满堂支架立杆稳定性验算 97.1计算参数 97.2立杆轴力 97.3计算长度与长细比 97.4立杆稳定验算 97.5可调托撑验算 108地基承载力验算 109构造要求 1010计算结论 1110.1验算结果汇总 1110.2结论 11PAGE1本计算书按隧道附属洞室拱形模板支架典型工况编制，用于指导附属洞室二次衬砌拱墙模板支架的设计与施工验算。计算书中除规范规定的荷载取值外，断面尺寸、衬砌厚度、材料规格等输入参数均按示例工况设定（见第1.3节表1），实际工程使用时必须以设计图纸、现场材料实测数据及试验报告替换相应参数后重新验算，并经项目技术负责人审批后实施。1工程概况与设计条件1.1工程概况本计算书针对隧道附属洞室（设备洞室、横通道类）二次衬砌施工所采用的拱形模板支架体系。示例断面为直墙圆弧拱：净跨度B=6.0m，直墙段净高H=2.0m，拱矢高f=1.5m，二次衬砌厚度t=0.5m，衬砌混凝土强度等级C30。洞室位于IV级围岩地段，采用先仰拱、后拱墙的分步浇筑工艺，本次计算针对拱部与边墙一次浇筑成型工况，浇筑过程中对称分层、控制浇筑速度。1.2编制依据本计算书主要依据下列现行规范、标准及设计文件编制：《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162—2008；《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130—2011；《建筑结构荷载规范》GB50009—2012；《混凝土结构工程施工规范》GB50666—2011；《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204—2015；《公路隧道施工技术规范》JTG/T3660—2020；本隧道附属洞室设计图纸及施工组织设计（示例工程，以实际设计文件为准）。1.3主要设计参数主要设计参数见表1，表中注明“示例值”的参数须按实际工程替换后重新验算。表1主要设计参数（示例工况）项目符号取值备注洞室净跨度B6.0m示例值直墙段净高H2.0m示例值拱矢高f1.5m示例值衬砌厚度t0.5m示例值衬砌混凝土—C30，γc=25.0kN/m³钢筋混凝土容重浇筑温度T20℃示例值浇筑速度V2.0m/h分层对称浇筑控制值缓凝剂影响系数β11.0未掺缓凝外加剂坍落度影响系数β21.15坍落度110~150mm面板—15mm覆膜竹胶板fm=15.0N/mm²，E=6.0×10³N/mm²（按产品合格证）次楞—50×100mm方木fm=13.0N/mm²，E=9.0×10³N/mm²拱架—10#工字钢@600mmQ235，f=205N/mm²支架/主楞钢管—φ48.3×3.6mmA=505.5mm²，I=1.27×10⁵mm⁴，W=5.26×10³mm³，i=15.86mm对拉螺栓—M16@600×600mm有效截面157mm²，f=170N/mm²支架布置—立杆600×600mm，步距1200mm满堂扣件式钢管支架注：竹胶板、方木的强度与弹性模量按产品合格证或试验报告取值，进场后须复试确认，达不到表中数值时应降低间距或采取加强措施。1.4模板支架体系设计模板支架体系自上而下为：15mm覆膜竹胶板面板→50×100mm方木次楞（间距200mm）→拱部10#工字钢定型拱架（沿洞室纵向间距600mm）、边墙双φ48.3×3.6mm钢管主楞（纵向间距600mm）→可调托撑及满堂扣件式钢管支架（立杆纵横距600mm×600mm，步距1200mm）→立杆底垫50mm厚×200mm宽木脚手板，通长铺设于处理后的地基上。拱架卧入立杆顶部U型托并用木楔楔紧；边墙设M16对拉螺栓（600mm×600mm）及斜撑。洞室断面及模板支架布置如图1所示。图1洞室断面及模板支架体系布置示意图2荷载计算2.1荷载标准值按JGJ162—2008第4.1.1条及GB50009—2012，模板及支架荷载标准值见表2。表2荷载标准值汇总序号荷载名称符号标准值（kN/m²）取值依据1模板及支架自重G1k0.75JGJ162表4.1.12新浇混凝土自重G2k25.0×0.5=12.50γc×t3钢筋自重G3k1.1×0.5=0.55板类取1.1kN/m³×t4施工人员及设备荷载Q1k2.5JGJ162表4.1.15振捣混凝土荷载Q2k2.0水平模板6倾倒混凝土水平荷载Q3k2.0泵送经串筒入模7新浇混凝土侧压力F50.00见2.1.1节2.1.1新浇混凝土对模板的侧压力按JGJ162—2008第4.1.1条，采用内部振捣器时，新浇混凝土对模板的最大侧压力标准值按下两式计算并取较小值： F=0.22·γc·t0·β1·β2·√V （式2-1） F=γc·H （式2-2）式中：t0=200/(T+15)=200/(20+15)=5.71h；V=2.0m/h；β1=1.0；β2=1.15；H取边墙一次浇筑高度2.0m。 F1=0.22×25.0×5.71×1.0×1.15×√2.0=51.11kN/m² （式2-3） F2=25.0×2.0=50.00kN/m² （式2-4）取较小值：F=50.00kN/m²。2.2荷载效应组合按JGJ162—2008第4.1.3条进行荷载效应组合。（1）拱部（拱模板底板及支架）承载力极限状态组合： qd=1.2×(G1k+G2k+G3k)+1.4×Q2k=1.2×(0.75+12.50+0.55)+1.4×2.0=19.36kN/m² （式2-5）（2）边墙（拱侧面模板）承载力极限状态组合： qd=1.2×F+1.4×Q2k=1.2×50.00+1.4×2.0=62.80kN/m² （式2-6）（3）挠度验算采用标准组合（不乘分项系数）：拱部qk=G1k+G2k+G3k+Q2k=15.80kN/m²；边墙qk=F+Q2k=52.00kN/m²。荷载效应组合汇总见表3。表3荷载效应组合部位组合类型取值（kN/m²）拱部承载力设计值qd19.36拱部正常使用标准值qk15.80边墙承载力设计值qd62.80边墙正常使用标准值qk52.00模板支架荷载传递路径如图2所示。图2模板支架荷载传递路径图3模板面板验算3.1计算模型面板采用15mm覆膜竹胶板，按三跨连续梁计算，取1m宽板带，计算跨度l=200mm（次楞间距）。截面抵抗矩W=bh²/6=1000×15²/6=3.75×10⁴mm³，截面惯性矩I=bh³/12=1000×15³/12=2.81×10⁵mm⁴；抗弯强度设计值fm=15.0N/mm²，弹性模量E=6.0×10³N/mm²；挠度限值取l/400=0.50mm。3.2拱部面板荷载设计值q=19.36N/mm（每米板宽）： M=ql²/10=19.36×200²/10=7.74×10⁴N·mm （式3-1） σ=M/W=7.74×10⁴/(3.75×10⁴)=2.07N/mm²≤fm=15.0N/mm²，满足要求 （式3-2）挠度验算（标准值qk=15.80N/mm）： w=0.677qk·l⁴/(100EI)=0.677×15.80×200⁴/(100×6.0×10³×2.81×10⁵)=0.101mm≤l/400=0.50mm，满足要求 （式3-3）3.3边墙面面板（底部最不利）荷载设计值q=62.80N/mm（每米板宽）： M=62.80×200²/10=2.51×10⁵N·mm （式3-4） σ=M/W=2.51×10⁵/(3.75×10⁴)=6.70N/mm²≤fm=15.0N/mm²，满足要求 （式3-5）挠度验算（标准值qk=52.00N/mm）： w=0.677×52.00×200⁴/(100×6.0×10³×2.81×10⁵)=0.334mm≤l/400=0.50mm，满足要求 （式3-6）4次楞验算4.1计算参数次楞采用50×100mm方木，间距200mm，跨度l=600mm（主楞/拱架间距），按三跨连续梁计算。截面抵抗矩W=bh²/6=50×100²/6=8.33×10⁴mm³，截面惯性矩I=bh³/12=50×100³/12=4.17×10⁶mm⁴；抗弯强度设计值fm=13.0N/mm²，弹性模量E=9.0×10³N/mm²；挠度限值l/400=1.50mm。4.2拱部次楞 q=19.36×0.2=3.87N/mm （式4-1） M=ql²/10=3.87×600²/10=1.39×10⁵N·mm （式4-2） σ=M/W=1.39×10⁵/(8.33×10⁴)=1.67N/mm²≤fm=13.0N/mm²，满足要求 （式4-3） qk=15.80×0.2=3.16N/mm，w=0.677×3.16×600⁴/(100×9.0×10³×4.17×10⁶)=0.074mm≤1.50mm，满足要求 （式4-4）4.3边墙次楞 q=62.80×0.2=12.56N/mm （式4-5） M=12.56×600²/10=4.52×10⁵N·mm （式4-6） σ=M/W=4.52×10⁵/(8.33×10⁴)=5.43N/mm²≤fm=13.0N/mm²，满足要求 （式4-7） qk=52.00×0.2=10.40N/mm，w=0.677×10.40×600⁴/(100×9.0×10³×4.17×10⁶)=0.243mm≤1.50mm，满足要求 （式4-8）5拱架验算拱部采用10#工字钢定型拱架，沿洞室纵向间距600mm，支点（立杆顶部可调托撑）间距600mm，按三跨连续梁近似计算。10#工字钢：W=4.9×10⁴mm³，I=2.45×10⁶mm⁴，f=205N/mm²，E=2.06×10⁵N/mm²。 q=19.36×0.6=11.62N/mm （式5-1） M=ql²/10=11.62×600²/10=4.18×10⁵N·mm=0.42kN·m （式5-2） σ=M/W=4.18×10⁵/(4.9×10⁴)=8.53N/mm²≤f=205N/mm²，满足要求 （式5-3） qk=15.80×0.6=9.48N/mm，w=0.677×9.48×600⁴/(100×2.06×10⁵×2.45×10⁶)=0.017mm≤1.50mm，满足要求 （式5-4）拱架强度利用率仅为4.2%，截面由刚度及构造控制，应按第9章构造要求设置拱架间纵向连接、侧向支撑及拱脚斜撑，防止拱架侧向失稳和水平位移。6边墙主楞与对拉螺栓验算6.1主楞（双钢管）验算边墙主楞采用双φ48.3×3.6mm钢管，纵向间距600mm，支点（对拉螺栓）间距600mm，按三跨连续梁计算。单管A=505.5mm²，I=1.27×10⁵mm⁴，W=5.26×10³mm³；双管组合W=1.05×10⁴mm³，I=2.54×10⁵mm⁴；f=205N/mm²，E=2.06×10⁵N/mm²。 q=62.80×0.6=37.68N/mm （式6-1） M=ql²/10=37.68×600²/10=1.36×10⁶N·mm （式6-2） σ=M/W=1.36×10⁶/(1.05×10⁴)=128.89N/mm²≤f=205N/mm²，满足要求 （式6-3） qk=52.00×0.6=31.20N/mm，w=0.677×31.20×600⁴/(100×2.06×10⁵×2.54×10⁵)=0.523mm≤1.50mm，满足要求 （式6-4）6.2对拉螺栓验算M16对拉螺栓按600mm×600mm布置，有效截面面积Ae=157mm²，抗拉强度设计值f=170N/mm²。单根螺栓承受拉力及承载力验算： N=qd·a·b=62.80×0.6×0.6=22.61kN （式6-5） Nt=Ae·f=157×170=2.67×10⁴N=26.69kN≥N=22.61kN，满足要求 （式6-6）7满堂支架立杆稳定性验算7.1计算参数立杆采用φ48.3×3.6mm钢管（A=505.5mm²，i=15.86mm），纵横距600mm×600mm，步距h=1200mm，顶部可调托撑螺杆伸出顶层水平杆长度a=300mm，Q235钢抗压强度设计值f=205N/mm²。7.2立杆轴力单根立杆承荷面积A0=0.6×0.6=0.36m²，拱部荷载设计值qd=19.36kN/m²： N=qd·A0+G自=19.36×0.36+1.00=7.97kN （式7-1）式中G自为每根立杆分担的支架（立杆、横杆、扣件）自重，按支架高度约7m估算取1.0kN。7.3计算长度与长细比按JGJ130—2011第5.4.6条，立杆计算长度： l0=k·μ·(h+2a)=1.155×1.0×(1200+2×300)=2079mm （式7-2） λ=l0/i=2079/15.86=131.1≤[λ]=210，满足要求 （式7-3）查JGJ130—2011附录A.0.6（Q235钢、b类截面），轴心受压构件稳定系数φ=0.382。7.4立杆稳定验算 N/(φ·A)=7.97×10³/(0.382×505.5)=41.2N/mm²≤f=205N/mm²，满足要求 （式7-4）7.5可调托撑验算按JGJ130—2011，可调托撑受压承载力设计值不应小于40kN，实际承受轴力N=7.97kN≤40kN，满足要求。8地基承载力验算立杆底部垫50mm厚×200mm宽木脚手板，通长铺设于夯实的碎石垫层地基上（压实系数不小于0.95，处理后地基承载力特征值fak≥120kPa）。 p=N/(b·l)=7.97/(0.2×0.6)=66.4kPa≤fak=120kPa，满足要求 （式8-1）式中b为垫板宽度0.2m，l取立杆间距0.6m。如地基软弱、含水或存在虚土，须换填碎石并碾压密实后重新验算。9构造要求（1）扫地杆：满堂支架必须设置纵横向扫地杆，距垫板顶面不大于200mm；（2）剪刀撑：支架四边及中间每隔4排立杆设置纵横向剪刀撑，由底至顶连续设置；拱部区域沿洞室纵向每隔3m增设一道竖向剪刀撑；（3）拱脚斜撑：拱脚两侧各设一道斜撑（与水平面夹角45°～60°），将拱架水平分力传至支架及地基；拱脚水平分力（每榀约5.8kN）由纵横向水平杆及剪刀撑体系共同承受；（4）拱架连接：拱架节段间采用连接板螺栓连接，接头错开布置；拱架与立杆顶部U型托之间用木楔楔紧，严禁悬空或虚顶；（5）可调托撑：螺杆伸出顶层水平杆长度不大于300mm，插入立杆长度不小于150mm；（6）边墙模板：对拉螺栓按600mm×600mm布置，螺杆外套PVC管，拆模后封堵孔洞；直墙段外侧增设斜撑加强；（7）浇筑