3.3.3 模板的設(shè)計(jì)

模板及其支架的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程結(jié)構(gòu)形式、荷載大小、地基土類別、施工設(shè)備和材料等條件進(jìn)行。

1．模板設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容

（1）模板設(shè)計(jì)所需遵循的原則：

1）實(shí)用性原則：模板要保證構(gòu)件形狀尺寸和相互位置正確，且結(jié)構(gòu)簡單，支拆方便，表面平整，接縫嚴(yán)密不漏漿等；

2）安全性原則：要有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，保證施工中不變形，不破壞，不倒塌；

3）經(jīng)濟(jì)性原則：在確保工期、質(zhì)量安全的前提下，盡量減少一次性投入，增加模板周轉(zhuǎn)，減少支拆用工，實(shí)現(xiàn)文明施工。

（2）模板及其支架的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）具有足夠的承載能力、剛度和穩(wěn)定性，應(yīng)能可靠地承受新澆混凝土的自重、側(cè)壓力和施工過程中所產(chǎn)生的荷載；

2）構(gòu)造應(yīng)簡單，裝拆方便，便于鋼筋的綁扎、安裝和混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)等；

3）混凝土梁的施工應(yīng)采用從跨中向兩端對稱進(jìn)行分層澆筑，每層厚度不得大于400mm；

4）當(dāng)驗(yàn)算模板及其支架在自重和風(fēng)荷載作用下的抗傾覆穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)符合相應(yīng)材質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。

（3）模板設(shè)計(jì)應(yīng)包括下列內(nèi)容：

1）根據(jù)混凝土的施工工藝和季節(jié)性施工措施，確定其構(gòu)造和所承受的荷載；

2）繪制配板設(shè)計(jì)圖、支撐設(shè)計(jì)布置圖、細(xì)部構(gòu)造和異型模板大樣圖；

3）按模板承受荷載的最不利組合對模板進(jìn)行驗(yàn)算；

4）制定模板安裝及拆除的程序和方法；

5）編制模板及配件的規(guī)格、數(shù)量匯總表和周轉(zhuǎn)使用計(jì)劃；

6）編制模板施工安全、防火技術(shù)措施及設(shè)計(jì)、施工說明書。

（4）設(shè)計(jì)步驟：

1）劃分施工段，確定流水作業(yè)順序和流水工期，明確配置模板的數(shù)量；

2）確定模板的組裝方法及支架搭設(shè)方法；

3）按配模數(shù)量進(jìn)行模板組配設(shè)計(jì)；

4）進(jìn)行夾箍和支撐件的設(shè)計(jì)計(jì)算和選配工作；

5）明確支撐系統(tǒng)的布置、連接和固定方法；

6）確定預(yù)埋件、管線的固定及埋設(shè)方法，預(yù)留孔洞的處理方法；

7）將所需模板、連接件、支撐及架設(shè)工具等統(tǒng)計(jì)列表，以便于備料。

2．模板設(shè)計(jì)荷載及其組合

在設(shè)計(jì)和驗(yàn)算模板及支架時(shí)應(yīng)考慮下列荷載：

（1）模板及支架自重標(biāo)準(zhǔn)值：可按圖紙或?qū)嵨镉?jì)算確定，或參考表3-14計(jì)算。

（2）新澆筑混凝土的自重標(biāo)準(zhǔn)值：普通混凝土可采用24 kN／m3，其他混凝土按實(shí)際重力密度確定。

（3）鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值：樓板的每立方米混凝土為1.1kN；梁的每立方米混凝土為1.5kN。

（4）施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值：計(jì)算模板及小楞時(shí)，均布活荷載為2.5kN／m2，另以集中荷載2.5kN驗(yàn)算，取兩者中較大值；計(jì)算支撐小楞的構(gòu)件時(shí)，均布活荷載為1.5kN／m2；計(jì)算支架立柱等構(gòu)件時(shí)，均布活荷載為1.0kN／m2。對大型澆筑設(shè)備（上料平臺(tái)等）、混凝土泵等，按實(shí)際情況計(jì)算。如混凝土堆積料的高度超過100mm時(shí)，則按實(shí)際情況計(jì)算。

（5）振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值：水平面模板為2.0kN／m2；垂直面模板為4.0kN／m2（作用范圍在有效壓頭高度之內(nèi)）。

（6）新澆筑混凝土對模板側(cè)面的壓力標(biāo)準(zhǔn)值：當(dāng)采用內(nèi)部振動(dòng)器時(shí)，新澆筑的混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力，按式（3-8）和式（3-9）計(jì)算，并取兩者中的較小值。混凝土側(cè)壓力計(jì)算分布圖如圖3-19所示。

式中：F ——新澆筑混凝土對模板的最大側(cè)壓力（kN／m2）；

γc ——混凝土的重力密度（kN／m3）；

t0——新澆筑混凝土的初凝時(shí)間（h），可按實(shí)測確定，當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí)，可采用t0＝200／（T＋15）計(jì)算［T為混凝土的溫度（℃）］；

V ——混凝土的澆筑速度（m／h）；

H ——混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度（m）；

β1——外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時(shí)取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時(shí)取1.2；

β2 ——混凝土坍落度影響修正系數(shù)，當(dāng)坍落度小于30 m m時(shí)取0.85，當(dāng)坍落度為50～90mm時(shí)取1.0，當(dāng)坍落度為110～150mm時(shí)取1.15。

（7）傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值：傾倒混凝土?xí)r對垂直面模板產(chǎn)生的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值如表3-15所示。

除上述7項(xiàng)荷載外，當(dāng)水平模板支撐結(jié)構(gòu)的上部繼續(xù)澆筑混凝土?xí)r，還應(yīng)考慮由上部傳遞下來的荷載。

荷載設(shè)計(jì)值：計(jì)算模板及支架時(shí)，應(yīng)將上述7項(xiàng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以相應(yīng)的荷載分項(xiàng)系數(shù)以求得荷載設(shè)計(jì)值，荷載分項(xiàng)系數(shù)如表3-16所示。

荷載組合：對不同結(jié)構(gòu)的模板及支架進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)分別取不同的荷載效應(yīng)組合，荷載組合的規(guī)定如表3-17所示。

計(jì)算鋼、木模板及支架時(shí)可以參照相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。考慮到是臨時(shí)結(jié)構(gòu)，對于鋼模板及支架，其荷載設(shè)計(jì)值可按0.85折減；對于木模板及支架（木材含水率小于25%時(shí)），其荷載設(shè)計(jì)值可按0.9折減。

驗(yàn)算模板及其支架的剛度時(shí)，其最大變形值不得超過下列允許值：對結(jié)構(gòu)表面外露的模板，為模板構(gòu)件計(jì)算跨度的1／400；對結(jié)構(gòu)表面隱蔽的模板，為模板構(gòu)件計(jì)算跨度的1／250；對支架的壓縮變形值或彈性撓度，為相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度的1／1000。

支架的立柱或桁架應(yīng)保持穩(wěn)定，并用撐拉桿件固定。驗(yàn)算模板及其支架在自重和風(fēng)荷載作用下的抗傾倒穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)符合有關(guān)的專門規(guī)定。

【例3-1】某工程墻體模板采用組合鋼模板組拼，墻高3m，厚200mm，如圖3-20所示。鋼模板采用P6015（1500mm×600mm）和P1015（1500mm×100mm）組拼，分兩行豎排拼成。內(nèi)鋼楞采用2根φ48×3.5鋼管，間距為600mm，外鋼楞采用同一規(guī)格鋼管，間距為700mm，對拉螺栓采用M16（600mm×700mm）。

混凝土自重為24kN／m3，強(qiáng)度等級(jí)為C30，坍落度為160mm，采用泵送混凝土澆筑，澆筑速度為1.5m／h，混凝土溫度為20℃，用插入式振搗器振搗。

鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：Q235鋼為215N／mm2，普通螺栓為170N／mm2。鋼模板的允許撓度：面板為1.5mm，鋼楞為L／500mm。

已知：鋼模板（δ＝2.5mm）截面特征，Ixj＝54.30×104mm4,Wxj＝11.98×103mm3。

試驗(yàn)算：鋼模板、鋼楞和對拉螺栓是否滿足設(shè)計(jì)要求。

解

（1）設(shè)計(jì)荷載及荷載組合

①新澆筑的混凝土對模板側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值G4k

混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值：

F1＝0.22γct0β1β2V1／2＝0.22×24×5.71×1.2×1.15×1.51／2＝50.95（kN／m2）

F2＝γcH＝24×3＝72（kN／m2）

取兩者中的較小值，即F1＝50.95（kN／m2）。

②振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q2k：垂直于模板為4kN／m2。

荷載組合：

F′＝γ0Gik＋γQiQik＝0.9×1.2×50.95＋1.4×4＝60.07（kN／m2）

使用組合鋼模板應(yīng)乘以折減系數(shù)0.95。

F′＝60.07×0.95＝57.07（kN／m2）

（2）鋼模板驗(yàn)算

①計(jì)算簡圖如圖3-21所示：

化為線均布荷載：

q1＝＝34.24（N／mm）（用于計(jì)算承載力）；

q2＝＝30.57（N／mm）（用于驗(yàn)算撓度）。

②抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：

經(jīng)過連續(xù)梁的計(jì)算得到：

最大彎矩：Mmax＝1.54×106N·mm

抗彎計(jì)算強(qiáng)度：σ＝-＝128.5（N／mm2）＜f＝215N／mm2（滿足要求）

③撓度驗(yàn)算：

經(jīng)過連續(xù)梁的計(jì)算得到

最大變形vmax＝0.60mm＜[ω]＝1.5mm

（3）內(nèi)鋼楞驗(yàn)算

2根φ48×3.5mm鋼管的截面特征（計(jì)算時(shí)按鋼管壁厚3.0mm計(jì)算），I＝2×10.78×104mm4,W＝2×4.49×103mm3。

①計(jì)算簡圖如圖3-22所示：

化為線均布荷載：

q1＝＝34.24（N／mm2）（用于計(jì)算承載力）；

q2＝＝30.57（N／mm2）（用于驗(yàn)算撓度）。

②抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算：按近似三跨連續(xù)梁計(jì)算。

M＝0.10q1l2＝0.10×34.24×7002＝168×104（N·mm）（滿意要求）

σ＝-＝187.1（N／m m2）＜f＝215（N／m m2）

③撓度驗(yàn)算：

④主楞計(jì)算

主、次楞交叉點(diǎn)上均有對拉螺栓，主楞可不計(jì)算。

（4）對拉螺栓驗(yàn)算

M U16螺栓凈截面面積A＝144mm2

①對拉螺栓的拉力：

N＝50.95×0.6×0.7＝21.39（kN）

②對拉螺栓的應(yīng)力：

σ＝＝148.5（N／mm2）＜170N／mm2（滿足要求）