剪力墙小模板的设计(二稿)

1、 水平钢管竖向钢管传给竖向传给对拉钢管螺杆剪力墙小模板的设计（二稿）高层建筑的地下室和非标准层，一般都用小模板配制剪力墙的模板。这里所谓“小模板”是相对标准层的全钢大模板来说的。所谓“小模板”就是用胶合板做面板、用方木和钢管做背楞做成的剪力墙的侧面模板。工地施工小模板一般都不设计，由工人凭经验、甚至由工人随意配制。常用的习惯做法有：一、设置横向及竖向背楞：（对拉螺杆的间距都是450mm）:这种模板体系的方法存在两个问题1.多用了钢管：这种模板体系的传力过程是：作为水平背楞的单根钢管，在每跨内都受水平侧压力，但水平背楞只有一根钢管；而竖向背楞是两根钢管，竖向背楞仅仅在对拉螺杆处受力，两个对拉螺杆

2、间，竖向钢管并不受力。显然，水平钢管与竖向钢管受力分配不合理。完全可以取消竖向钢管，用两根钢管做水平背楞，如下面的照片所示；2.下部的对拉螺栓的螺帽可能被“打飞”由于对拉螺栓采用一种间距，下部模板侧压力大，对拉螺栓受的拉力大，对拉螺栓的螺帽很可能被打飞，从而跑模。二、只设置水平背楞（对拉螺杆的水平及垂直间距都是450mm）。但下部对拉螺栓的螺帽仍可能被打飞：三、有的是随意配制：对拉螺杆间距没有规律，任意布置。不仅是多用钢管，而且下面对拉螺杆间距大上面对拉螺杆间距小，很不合理。下部对拉螺栓的螺帽很可能被打飞上面对拉螺栓垂直间距小下面对拉螺栓、垂直间距大上述种种做法的共同特点是，完全没有考虑混凝土

3、水平侧压力的分布：上面侧压力小，下面侧压力大：上面几种做法的后果是，多用钢管；多用对拉螺栓；模板下部的水平钢管及方木可能弯曲；下部对拉螺栓的螺帽可能被打飞，发生跑模：下面的对拉螺栓受的拉力大，螺帽已被打飞水平背楞是单钢管，已弯曲工地上由于对拉螺栓螺帽被打飞而跑模的情况不少：下面照片中，跑模后，工人用高压水清洗模板和钢筋。螺栓的螺纹被刮平了上面照片中跑模的剪力墙模板对拉螺栓布置如下图，对拉螺栓的布置没有经过设计，是由工人随意布置的：O90QU24跑模剪力墙模板对拉螺栓布置图2011.05.04O20,650,650,600600bl2对拉螺栓下面对拉螺栓间距大，侧压力大；对拉螺栓直径小，当混凝土

4、浇筑到42m高时，下面三行对拉螺栓全部被打飞。为改变这种情况，剪力墙小模板必须设计。下面我们具体来谈剪力墙小模板的设计。模板设计时，先根据经验选用定剪力墙模板材料：螺杆直径；方木截面；胶合板种类及厚度。再确定对拉螺杆垂直间距h、水平间距L及方木间距J然后用电子表格Excel验算。验算时，用力学公式计算对拉螺杆拉力；方木弯矩;胶合板弯矩；钢管弯矩四项内力。通过调整h、L及J,使这四项内力基本接近允许值。确定剪力墙模板材料时，螺杆直径可用14或16;方木截面可用40 x80或50 x100；胶合板可用15厚的木胶合板。螺杆直径12是不合适的；方木截面45x65也是不合适的。方木截面的高度宜为宽度的

5、两倍。剪力墙模板只需要水平背楞，不需要垂直背楞。下面举例说明剪力墙小模板的设计。剪力墙高4.85m。楼板厚180mm。对拉螺杆直径16;方木45x80;胶合板厚15。按规范4.3.2条，剪力墙模板的侧压力包括：新浇筑混凝土对模板侧压力标准:根据“建筑施工模板安全技术规范”(JGJ162-2008)(下面简称规范)4.1.1,4新浇筑混凝土作用于模板的侧压力标准值(G),按下列公式计算，并取其中4K的较小值：(1)(2)不赘述。F=O.22yctop1pzVF=YcH公式中符号的意义见规范按公式(1)计算，需要确定混凝土的上升速度V;混凝土的坍落度等条件。我们先按公式(2)计算侧压力。并据此进行

6、设计。然后再限定一些条件，按公式(1)计算，并进行设计。最后将两种设计结果对比。并得出一些结论。按公式(2)新浇筑混凝土作用于模板的侧压力标准值G=yH=24x4.85=1164KN/ffl24kC倾倒混凝土时对模板的侧压力标准值Q=2KN/m23k按规范4.3.1条，结构重要性系数Y取09。0由于本例恒载116.4KN/m2明显大于活载2KN/m2。故本例由永久荷载控制。荷载效应组合式为：S=yG+才丫屮QGiKQiciiKi=1Yg=135Yqi=1-3ipCi=0.7荷载设计值G=135x116.4x0.9=141.426KN/flh4Q=1.4x2x0.9x0.7=1.764KN/m2

7、3模板侧压力图如下：1.76405840584116.4单位：KN/m2单位：KN/m2侧压力标准值141.426侧压力设计值计算过程见下面的电子表格Excel。剪力墙模板设计结构重要性系数剪力墙咼度(包括板厚0.18m)(m)底部侧压力设计值(KN/m2)顶部侧压力设计值(KN/im2)对拉螺栓垂直距离h(m)对拉螺栓离地面咼度x(m)x处的侧压力(KN/im2)对拉螺栓水平距离L(m)916对拉螺栓受力(KN)方木受的弯矩(KNm)方木间距J(m)咼度方向每米宽胶合板受的弯矩(KNm)钢管受的弯矩(KNm)0.94.85141.4261.7640.150.15138.80.5523.570

8、.250.250.72921.706荷载折减系数0.950.350.5128.60.5523.520.3510.250.67561.702W16对拉螺栓抗拉能力(KN)24.50.350.85118.40.5523.20.3250.250.6221.6790.41.25106.70.5523.70.4070.250.56071.71515厚1m宽胶合板抗弯能力(KNm)0.450.451.793.620.5524.460.4760.250.49181.770.552.2577.580.5523.310.6420.250.40751.687胶合板的f(N/mm2)120.62.8560.080.

9、5519.620.6270.250.31561.42两根钢管的抗弯能力(KNm)1.71380.653.541.130.5515.580.5510.250.21611.1280.84.317.80.555.4410.5040.250.09350.394壁厚2.75的钢管的W(cm3)4.180.374.677.0130.551.0080.1790.250.184.851.764方木截面方木抗弯能力(KNm)0.6244580*11方木的f(N/mm2)131.AJl双击上面的表格，便可回到Excel中。点击单元格，便可在编辑栏看到计算公式。对表格Excel逐项说明如下：按规范4.2.4条，对拉

10、螺栓的荷载设计值乘以折减系数0.95；方木、胶合板及钢管的荷载设计值都不乘折减系数。单元格C3为底部侧压力设计值141.426在单元格C3内输入=A3*B3*24*1.35这是底部侧压力设计值D3内输入=2*0.7*1.4*A3这是顶部侧压力设计值输入不同的墙高，Excel表上立即会显示相应的侧压力设计值E列数值是对拉螺杆垂直距离h,根据经验设定。根据设定数值进行验算，发现不合适(对拉螺杆受力、胶合板弯矩、方木弯矩及钢管弯矩是否超过允许值)再调整E列数值。F列数值是对拉螺杆离地面距离X。由E列数值计算：F3单元格内输入=E3F4单元格内输入=F3+E4F列下面的数值由F4单元格的填充柄往下拖得

11、出。F列最大数值为4.30，也就是剪力墙模板有9行对拉螺杆。最后的4.67已到板底。那里并没有对拉螺杆。最后的037m看作是悬臂结构。F列最大高度应比模板高度低一段距离，例如3040cm。1.764G列数值是x处的侧压力设计值F：F=141.426(x0.06)F=4.85-Xx141.426+1.764(x0.06)单位：KN/m24.85141.426侧压力设计值上面的数学式“翻译”成Excel公式：在G3单元格中输入=IF(F3=0.06,$C$3,($B$3-F3)/$B$3*$C$3+$D$3)G3单元格以下的数值由G3单元格的填充柄往下拖得出。H列数值是对拉螺杆水平距离。这列数值取

12、统一数值。本例取0.55m。这是由试算得出的。当加大这列数值时，可以明显看到，对拉螺杆受力超出允许值(24.5KN);减少这列数值，对拉螺杆受力减少，比允许值低很多，对拉螺杆承载力没有充分利用。I列数值是计算的对拉螺杆受的拉力：单元格内输入=G3*(E3+0.5*E4)*H3*$c$4这个计算式的意思是将最下面的0.15m范围及相邻的0.35的一半范围内的侧压力产生的拉力都由最下一排对拉螺杆承担。对拉螺栓受力都乘以设计荷载折减系数0.95.单元格内输入=G4*(E4+E5)/2*H4*$c$4这个计算式的意思是将第二行对拉螺杆上下各一半范围内侧压力产生的拉力都由第二行螺杆承担。同样，对拉螺栓受

13、力都乘以荷载折减系数0.95.I4单元格以下各单元格的数值是由I4的填充柄往下拖得出的。计算公式的意思与I4单元格相同。可以看到14列的数值都接近16对拉螺杆的允许值：245KN。这说明对拉螺杆充分发挥了作用。16对拉螺杆的允许值：24.5KN是查规范35面表523得到的。J列数值是计算方木受的弯矩。为此首先在K列定出方木的间距：0.25m。J3单元格内输入=0.5*K3*G3*POWER(E3-0.03,2)这个计算式的意思是最下面对拉螺杆以下的方木看做是悬臂杆(悬臂长0.2m),承担悬臂范围内水平荷载产生的弯矩。按净跨计算。J4单元格内输入=0.125*K4*(G4+G3)/2*POWER

14、(E4-0.06,2)这个计算式的意思是下面一二行对拉螺杆间的方木看做是简支梁，承担方木间距范围内水平荷载产生的弯矩。按净跨计算。J4单元格以下各单元格的数值是由J4单元格的填充柄往下拖得出的。J12单元格的弯矩是将037m看做悬臂(净跨)构件计算的弯矩。J12单元格输入=05*Gl1*K1l*P0WER(E12-0.03,2)计算值显然偏大。这种计算方木弯矩的方法，当然不十分“精确”。一个连续受弯构件在梯形分布荷载作用下的最大弯矩并不在跨中。但这种近似，从实用角度讲，是可以的。可以看到，J列数值都接近45x80方木的抗弯能力：0.624KNm而且我们是按简支(净跨)计算的。实际方木是连续受弯

15、构件。计算的弯矩偏大。45x80方木的抗弯能力计算如下：w=45x802x13x10-6/6=0.624KNm式中13N/mm2是方木的抗弯强度设计值。见规范80面表A.3.1-3。比较好的方法是方木取样做试验得出真实的方木抗弯强度设计值。L列是计算胶合板受的弯矩。L3单元格内输入=0.125*G3*POWER(K3,2)是将方木间胶合板看做简支构件计算的每米宽(沿高度方向)胶合板的弯矩。L4单元格内输入=0.125*(G4+G3)/2*POWER(K4-$A$1510八3,2)也是将方木间胶合板看做简支构件按净跨计算的每米宽(沿高度方向)胶合板的弯矩。L4单元格以下的数值是由L4单元格的填充

16、柄往下拉得出的。从L列数值，可以看到胶合板弯矩都没有超过允许值:045KNm。并且都低于0.45KNm。从胶合板来说，可以加大方木间距。但加大方木间距，方木产生的弯矩会增大，方木的弯矩会超过允许值。厚木胶合板每米宽能承受的弯矩0.45KNm计算如下：1000 x152x12x10-6/6=0.45KNm式中，12N/mm2是木胶合板抗弯强度设计值。见规范83面表A.5.2取值。当然最好取样做试验得出胶合板的真实抗弯强度设计值。N列数值是水平钢管受的弯矩。水平钢管受的是方木传来的集中荷载。近似按简支梁受均布荷载计算。按均布荷载计算，弯矩偏小；但实际水平钢管一般都是5跨以上的连梁(水平钢管一般长度

17、都大于3m,即大于五跨)，5跨连梁的弯矩比简支梁的弯矩小。N3单元格输入=0.125*G3*(E3+0.5*E4)*POWER(H3,2)这个计算式的意思是最下面水平钢管以下范围0.15m及最下面两根钢管间距离(035m)的一半范围内的水平荷载产生的弯矩由最下面水平钢管承担。N4单元格输入=0.125*G4*(E4+E5)/2*POWER(H4,2)这个计算式的意思是下面第二根钢管承担相邻两根钢管间一半范围内水平荷载产生的弯矩。N4单元格以下的数值是由N4单元格的填充柄往下拉得出的。计算公式的意思与N4单元格相同。从N列计算结果看，钢管承受的弯矩都小于或略超过壁厚2.75mm的两根钢管的抗弯能

18、力。钢管是安全的。从钢管考虑，对拉螺杆的间距可以加大，但加大对拉螺杆间距后，对拉螺杆受力增大，会超过螺杆的允许承载力。对拉螺杆的直径也不可能再加大；18的螺杆可能穿不过3形扣件的孔眼。两根壁厚2.75mm的钢管的抗弯承载力计算如下：2x205x4.18x10-3=1.714KNm式中，4.18cm3是壁厚2.75mm钢管的截面抵抗矩。205N/mm2是钢管的抗弯设计强度，见规范77面表A.2.1-1规范规定钢管壁厚是35mm。实际壁厚可能没有3.5mm。这里按比较不利的情况计算。横向钢管挠度以最下面钢管为例计算如下：此时只考虑恒载标准值。钢管按均布荷载简支受弯构件计算(实际是连续受弯构件受集中

19、荷载)：线荷载q=(015+0.35x0.5)x116.4=3783KN/m=37.83N/mm(荷载取值偏大)ku5q135x37.83x500311=k=1384EI384x2.06x105x2x4.18x2.4x1046711400这里1/400是允许变形值，见规范4.4.1条；2.06xWN/mim是钢管的弹性模量，见规范77面A.1.3表；4.18x2.4是壁厚2.75mm钢管的惯性矩，可以计算，也可以查表。用Excel表计算，模板方案的修改、调试很方便。先根据经验定出有关参数：对拉螺杆垂直方向及水平方向距离、方木间距。在相应的单元格中输入内力和侧压力计算公式。将上述参数填入Exce

20、l表，相应的四项内力值：对拉螺杆拉力、方木弯矩、胶合板弯矩、钢管弯矩立即显示出来。将计算结果与允许值对比，可以看到定的参数是否合理。不合理，再修改参数。要设计另外情况的剪力墙模板，只要填入有关的数据：墙高、方木截面、胶合板种类及厚度、钢管壁厚，计算出水平荷载设计值和标准值、方木的抗弯能力、胶合板的抗弯能力及钢管的抗弯能力，便可以很快用Excel表得到结果。计算结果，画出剪力墙模板施工图如下：45X80方木中距W250”-1.20015厚木胶合板H80铮dl6对拉螺栓卷方木必须到底剪力墙模板图我们考虑另外一种设计方法。在计算公式适用的混凝土上升速度范围（6m/h）内，选定一个混凝土上升速度,例如

21、V=3m/m;并选定混凝土坍落度为110150mm。混凝土初凝时间为6小时.按公式f二0.22ytppV2计算侧压力标准值，有c012F=0.22*24*6*1.2*1.15*3=75.72KN/m2方木的f(N/mm2)13Jl.24*r剪力墙模板施工图如下：45X80方木-1.200中距W250.8015厚木胶合板肯ei6对拉螺栓*两根钢管方木必须到底0/0407006oooGOOooooooQz剪力墙模板图（楼层和前面的模板施工图比较，这里的模板施工图少用一行对拉螺栓。但这里要遵守一些限制条件：混凝土上升速度；初凝时间；坍落度的限制。要做到混凝土上升速度3m/h,可以通过混凝土均匀下料来实现。例如一罐车10m3混凝土，如在半小时内浇筑完毕，可以控制混凝土半小时内在剪力墙模板内上升的高度15m,这时混凝土的上升速度V3m/h。这点不难做到。只要适当移动混凝土下料管和振捣混凝土就可以了。还可以这样做：先定义一个“界限高度”：H=F/y=75.72/24=3155m。这个数值与混c凝土有效压头头高度3.155m相等。但与有效压头高度3155m意