液压自爬模架体及模板受力计算书计算书

液压自动爬升模板ACSX50计算书山东新港国际模板工程技术有限公司编制计算书遵守的规范和规程《液压爬升模板工程技术规程》（JGJ195-2010）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2010）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）《建筑施工计算手册》第二版《建筑工程模板施工手册》第二版《建筑施工手册》第四版爬模组成爬模由预埋件、附墙装置、导轨、支架、模板及液压动力装置组成，各系统组成如表1所示，结构及连接示意图如图1所示。表1爬模各系统组成序号名称部件材料规格型号备注1模板系统面板桦木板δ212木工字梁H20200×803背楞Q235，槽钢双14#4后移系统后移装置方管与钢件组合80×80×δ16钢板5后移横梁Q235，槽钢双12#6主背楞Q235，槽钢双14#7主背楞斜撑Q235，圆管组合Φ×与Φ60×8上平台系统平台立杆Q235，槽钢双14#9平台横杆Q235，方管60×60×10平台斜撑圆管组合Φ×与Φ60×11下平台系统三角架横梁Q235，槽钢双18#12三角架立杆Q235，槽钢双22#13三角架斜撑圆管组合Φ160×10与Φ90×1214吊平台立杆Q235，槽钢12#15吊平台横杆Q235，槽钢12#16液压系统集中泵站一拖八17液压油缸额定推力150KN18换向盒钢板焊接件19高压油管20埋件系统埋件板铸造件不计入总重21爬锥45#M42/不计入总重22高强螺杆45#不计入总重23受力螺栓40CrM42不计入总重24附墙挂座钢板焊接件双埋件不计入总重25附墙撑丝杆组合件T42×626导轨Q235，槽钢双20#27主平台横梁Q235，槽钢25#28其它平台横梁Q235，槽钢20#29平台跳板木脚手板δ5030连接插销45#直径见连接示意图31对拉螺杆45#D20不计入总重架体示意图计算参数液压自爬模各操作平台的设计施工荷载为：浇筑、钢筋绑扎操作平台①最大允许承载Fk1m2（爬升时m2）模板安装操作平台②③最大允许承载Fk2m2（爬升时0KN/m2）模板后移及主操作平台④最大允许承载Fk3m2（爬升时m2）爬升装置工作平台⑤最大允许承载Fk4m2（爬升时m2）拆卸爬锥工作平台⑥最大允许承载Fk5m2（爬升时0KN/m2）除与结构连接的关键部件外，其它钢结构剪力设计值为：FV=125KN；拉力设计值为：F=215KN；爬模的每件液压缸的推力为150KN；爬模爬升时，结构砼抗压强度不低于15MPa；架体系统：架体支承跨度：≤5米（相邻埋件点之间距离，特殊情况除外）；架体高度：米；架体宽度：主平台④=，上平台①=，模板平台②③=，液压操作平台⑤=，吊平台⑥=；电控液压升降系统：额定压力：25Mpa；油缸行程：400mm；额定推力：150KN；双缸同步误差：≤20mm；依据设计图纸，各项计算取值：本工程实际单元最大跨度米；本工程每单元设置六榀爬升机位；本工程每单元设置十个后移模板支架；本工程模板实际高度为米。油缸顶升力验算根据上述可知，爬模最大单元跨度米，六榀机位，十个后移模板支架，模板高度米，架体各构件自重如表2所示。根据规范JGJ195-2010中5.3.3规定，各荷载分项系数如表3所示。架体自重设计值及荷载设计值如表4所示。表2架体各构件自重架体组成材料数量单重总重(KN)备注承重三角架组合件6依据设计图纸上桁架双[1412依据设计图纸吊平台[1212依据设计图纸主平台横梁双[25m按3道横梁计算其他平台横梁[16m按12道横梁计算平台跳板5mm厚木板23026kg/m2按6层平台计算后移系统组合件10依据设计图纸模板系统组合件10555kg/m2按米高计算液压系统集中泵站1依据设计图纸维护系统Φ48钢管100m依据施工图纸合计最大单元重量表3荷载标准值及荷载分项系数表4单元荷载设计值荷载类别荷载标准值荷载分项系数数量总重(KN)爬模自重1平台①m2平台②m20平台③m20平台④m2平台⑤m2平台⑥m20爬升时摩擦系数合计油缸最大实际顶升力为，小于两个油缸推力之和900KN，满足使用要求。架体及构件施工工况验算施工工况说明本工程存在俯爬和直爬两种工况，由于俯爬工况各构件受力小于直爬工况，因此，只验算直爬工况。直爬施工工况取混凝土浇筑完成后，模板后移600mm时，钢筋绑扎平台与主平台同时承载，承受七级风荷载。本工况计算中，将各单元荷载平均分配到两榀机位上，即单榀机位跨度米。荷载计算架体自重架体及各构件自重参见表5。表5架体各构件自重设计值架体组成单重分项系数荷载类型施加位置转换后设计值承重三角架均布荷载三角架横梁KN/m上桁架集中荷载三角架横梁KN吊平台均布荷载三角架横梁KN/m平台①横梁m均布荷载平台①横杆KN/m平台②横梁m均布荷载平台②横杆KN/m平台③横梁m均布荷载平台③横杆KN/m平台④横梁m均布荷载三角架横梁KN/m平台⑤横梁m均布荷载平台⑤横杆KN/m平台⑥横梁m均布荷载平台⑥横杆KN/m平台①跳板26kg/m2均布荷载平台①横杆KN/m平台②跳板26kg/m2均布荷载平台②横杆KN/m平台③跳板26kg/m2均布荷载平台③横杆KN/m平台④跳板26kg/m2均布荷载平台④横杆KN/m平台⑤跳板26kg/m2均布荷载平台⑤横杆KN/m平台⑥跳板26kg/m2均布荷载平台⑥横杆KN/m后移系统均布荷载三角架横梁KN/m模板系统55kg/m2集中荷载三角架横梁KN液压系统集中荷载下平台横杆KN维护系统m集中荷载三角架横梁KN各平台施工荷载各平台施工荷载值如表6所示，施加位置为各平台横杆。表6施工工况各平台荷载值平台编号荷载标准值分项系数平台宽度（m）平台长度（m）线荷载(KN/m)平台①m2平台②m2平台③m2平台④m2平台⑤m2平台⑥m2风荷载根据JGJ195-2010附录A.0.4规定，风荷载标准值为：其中，βgz、μs和μz按GB50009-2012中表7.5.1、表和表取值；（KN/m2）则七级风荷载标准值为：=×××=m2其中，查GB50009-2012中表7.5.1、表和表，分别取βgz=、μs=和μz=(B类地区，按150米高度取值)；查JGJ195-2010中表，取v0=s。查表3得风荷载分项系数为，则七级风荷载设计值为：WK7’=m2转化为竖直方向线荷载为：qk7=m，施加位置为桁架立杆和吊平台立杆。架体受力计算计算模型将架体模型简化为计算模型，如图2所示。架体模型（左-计算模型，右-荷载施加示意图）模型中，各杆件号及节点号相应构件及材质如表7所示。表7施工工况杆件及节点相应构件序号杆件号节点号相应构件材质型号验算类型125-30,36-40桁架立杆Q235双槽钢14#强度、稳定性246-49上平台横杆Q235方管60×60×强度、刚度341-45木工字梁杉木200×80×40×27强度、刚度452-55主背楞Q235双槽钢14#强度、刚度557-60背楞Q235双槽钢14#强度、刚度622,50,51,56斜撑Q235Φ×强度78-13,14-17三角架横梁Q235双槽钢18#强度、刚度82-4,21,23吊平台立杆Q235槽钢12#强度、刚度91,18-20,下平台横杆Q235方管60×60×强度、刚度105,6三角架立杆Q235双槽钢22#强度1131三角架斜撑Q235Φ160×10强度1232横梁钩头Q235钢板δ20强度1333附墙撑丝杆Q235圆钢T42×6强度147,24,34,35平台支撑座Q235钢板δ16强度1511承重插销45#圆钢Φ40强度施加荷载将荷载施加至相应位置，确定材料性质，如图2所示。用力学求解器对架体进行受力分析架体模型（左-轴力图N，中-剪力图N，右-弯矩图N•mm）架体受力计算各杆件轴力、剪力、弯矩见表8。表8施工工况各杆件荷载值序号杆件号构件轴力KN剪力KN弯矩KN•m14吊平台立杆25三角架立杆36三角架立杆47平台支撑座511三角架横梁631三角架斜撑732横梁钩头833附墙撑丝杆940桁架立杆1048上平台横杆1150斜撑以上构件同种类型，取受力最不利杆件，如果其满足要求，则其它杆件均满足要求；其中受拉杆件均满足要求，仅需验算受压杆件。受压杆件验算见表9（受压杆件即图中蓝色杆件，轴力为负值杆件）。表9受压杆件验算受压杆件满足要求。架体及构件爬升工况验算爬升工况说明本工程只存在直爬一种工况，因此，只验算直爬工况。直爬爬升工况取混凝土浇筑完成后，模板后移600mm时，架体爬升至导轨1/2处，承受七级风荷载。本工况计算中，将各单元荷载平均分配到一榀机位上，即单榀机位跨度米。荷载计算架体自重架体及各构件自重参见表5。各平台施工荷载各平台施工荷载值如表10所示，施加位置为各平台横杆。表10爬升工况各平台荷载值平台编号荷载标准值分项系数平台宽度（m）平台长度（m）线荷载(KN/m)平台①m2平台②m20平台③m20平台④m2平台⑤m2平台⑥m20风荷载风荷载计算参见本计算书5.2.3。架体受力计算计算模型将架体模型简化为计算模型，如图4所示。架体模型（左-计算模型，右-荷载施加示意图）模型中，各杆件号及节点号相应构件及材质如表11所示。表11爬升工况杆件及节点相应构件序号杆件号节点号相应构件材质型号验算类型125-30,36-40桁架立杆Q235双槽钢14#强度、稳定性246-49上平台横杆Q235方管60×60×强度、刚度341-45木工字梁杉木200×80×40×27强度、刚度452-55主背楞Q235双槽钢14#强度、刚度557-60背楞Q235双槽钢14#强度、刚度622,50,51,56斜撑Q235Φ×强度78-13,14-17三角架横梁Q235双槽钢18#强度、刚度82-4,21,23吊平台立杆Q235槽钢12#强度、刚度91,18-20,下平台横杆Q235方管60×60×强度、刚度105,6三角架立杆Q235双槽钢22#强度1131三角架斜撑Q235Φ160×10强度1232横梁钩头Q235钢板δ20强度1333附墙撑丝杆Q235圆钢T42×6强度147,24,34,35平台支撑座Q235钢板δ16强度1546导轨梯档Q235钢板δ20焊缝强度施加荷载将荷载施加至相应位置，确定材料性质，如图4所示。用力学求解器对架体进行受力分析架体模型（左-轴力图N，中-剪力图N，右-弯矩图N•mm）架体受力计算各杆件轴力、剪力、弯矩见表12。表12爬升工况各杆件荷载值序号杆件号构件轴力KN剪力KN弯矩KN•m14吊平台立杆25三角架立杆36三角架立杆435平台支撑座511三角架横梁631三角架斜撑732横梁钩头833附墙撑丝杆936桁架立杆1047上平台横杆1151斜撑以上构件同种类型，取受力最不利杆件，如果其满足要求，则其它杆件均满足要求；其中受拉杆件均满足要求，仅需验算受压杆件。将上述杆件荷载值与施工工况比较，均小于施工工况荷载值，故不需重新验算。架体及构件停工工况验算停工工况说明本工程存在俯爬和直爬两种工况，由于俯爬工况各构件受力小于直爬工况，因此，只验算直爬工况。直爬停工工况取混凝土浇筑完成后，模板不后移，并利用对拉螺杆紧贴固定在建筑结构上，各平台连接为一体，对架体进行加固，承受九级风荷载。本工况计算中，将各单元荷载平均分配到两榀机位上，即单榀机位跨度米。荷载计算架体自重架体及各构件自重参见表5。各平台施工荷载根据JGJ195-2010中5.3.5规定，各平台无施工荷载。风荷载根据JGJ195-2010附录A.0.4规定，风荷载标准值为：其中，βgz、μs和μz按GB50009-2012中表7.5.1、表和表取值；（KN/m2）根据JGJ195-2010中5.3.5规定，停工工况承受九级风荷载，九级风荷载标准值为：=×××=KN/m2其中，查GB50009-2012中表7.5.1、表和表，分别取βgz=、μs=和μz=(B类地区，按150米高度取值)；查JGJ195-2010中表，取v0=s。查表3得风荷载分项系数为，则九级风荷载设计值为：WK9’=KN/m2转化为竖直方向线荷载为：qk9=m，施加位置为桁架立杆和吊平台立杆。架体受力计算计算模型将架体模型简化为计算模型，如图6所示。架体模型（左-计算模型，右-荷载施加示意图）模型中，各杆件号及节点号相应构件及材质如表7所示。施加荷载将荷载施加至相应位置，确定材料性质，如图6所示。用力学求解器对架体进行受力分析架体模型（左-轴力图N，中-剪力图N，右-弯矩图N•mm）架体受力计算各杆件轴力、剪力、弯矩见表13。表13停工工况各杆件荷载值序号杆件号构件轴力KN剪力KN弯矩KN•m123吊平台立杆25三角架立杆36三角架立杆47平台支撑座517三角架横梁631三角架斜撑732横梁钩头833附墙撑丝杆937桁架立杆1047上平台横杆1150斜撑以上构件同种类型，取受力最不利杆件，如果其满足要求，则其它杆件均满足要求；其中受拉杆件均满足要求，仅需验算受压杆件。将上述杆件荷载值与施工工况比较，均小于施工工况荷载值，故不需重新验算。重要构件验算主背楞斜撑计算由施工工况计算结果可知，螺杆承受最大压力F=，螺杆螺纹为T60×6，大径d=60mm，中径d2=57mm，小径d3=53mm，螺距为P=6mm，基本牙型高度H1==3mm，旋合圈数n=H/P=，螺杆和螺母材料均为Q235。螺纹抗剪验算当螺杆和螺母材料相同时，只校核螺杆螺纹强度。由于螺纹为梯形螺纹，则其牙根宽度b==，基本牙型高度H1==3mm，螺纹小径则其剪切强度：N/mm2<=mm2（由于螺纹牙材质为Q235，其许用剪应力，取mm2），满足要求。螺杆强度验算N/mm2<=85N/mm2（螺纹牙许用弯曲应力，取85N/mm2），满足要求。螺杆的稳定性验算由于螺杆会受到压力，故需进行稳定性计算。螺杆最大工作长度=500mm，按照一端固定一端铰支可得长度系数=，螺杆危险截面的惯性半径=，故<（Q235的=61），不作压杆稳定性验算。埋件系统计算单个埋件的拔力设计值为200KN，剪力设计值为100KN。混凝土抗拔验算埋件系统结构如图8所示。埋件系统结构示意图根据《建筑施工计算手册》，按锚板锚固锥体破坏计算埋件的锚固强度如下：假定埋件距高度方向混凝土边缘有足够的距离，锚板螺栓在轴向力F作用下，螺栓及其周围的混凝土以圆锥台形从混凝土中拔出破坏（见图9）。锚固抗拔示意图分析可知,沿破裂面作用有切向应力τs和法向应力δs,由力系平衡条件可得：使；,由试验得：当b/h在～时，α=45°，δF=fc,代入式中得：式中fc—混凝土抗压强度设计值（选择C30混凝土，fc=mm2）;h—破坏锥体高度（通常与锚固深度相同）（400mm）;b—锚板边长（100mm）.所以混凝土的抗拔力为F=KN>200KN,故满足要求。混凝土局部承压验算根据《混凝土结构设计规范》局部受压承载力计算：式中FL—局部受压面上的作用的局部荷载或局部压力设计值；（KN）fc—混凝土轴心抗压强度设计值；（mm2）βC—混凝土强度影响系数；（查值为）βl—混凝土局部受压时的强度提高系数；（2）Al—混凝土局部受压面积；（mm2）Aln—混凝土局部受压净面积；Ab—局部受压计算底面积；（mm2）1）埋件板处混凝土局部受压净面积满足要求。2）爬锥处爬锥剖面示意图爬锥（L=150mm）受到受力螺栓传来的剪切力V：由几何条件有竖向受力平衡对剪力作用点处取矩由相似三角形可得计算可得：,，<（C30砼抗压设计值），满足要求。受力螺栓的抗剪力和抗拉力验算单个机位为双埋件，根据上述计算结果可以假设单个受力螺栓的设计剪力为：FV=100KN；设计拉力为：F=200KN；受力螺栓尺寸示意图受力螺栓为M42，级，抗压、抗拉、抗弯强度查表可知：抗拉屈服强度f=600N/mm2，抗剪强度为：fV=420N/mm2.有效面积为：1）受力螺栓抗剪：,满足要求。2）受力螺栓抗拉：满足要求。3）折算应力：满足要求。高强螺杆验算：对埋件中外露与砼直接接触的高强螺杆，L=350mm)按照带肋的普通钢筋进行考虑。高强螺杆（45#）的设计强度取其屈服强度355N/mm2，设混凝土对锚固长度为la的高强螺杆的握裹力为f，f应与高强螺杆的锚固长度成正比，则会有一个临界状态，使高强螺杆的设计强度充分发挥。1）高强螺杆抗拉根据混凝土规范的普通钢筋锚固计算公式:la=α×d×fy/ft式中la—受拉钢筋的锚固长度—锚固长度修正系数α—钢筋的外形系数（这里按照带肋钢筋，取）d—钢筋的公称直径（这里为螺杆，取）fy—钢筋的抗拉强度设计值（这里取355N/mm2）ft—砼轴心抗拉强度设计值（这里为C30，取mm2）通过计算得到la≈70mm，而实际锚固长度为175mm，故高强螺杆拉应力未达到其抗拉设计值，满足要求。2）高强螺杆螺纹的承压高强螺杆螺纹承压长度按照60mm计算，其有效承压面积At=1590mm2，按照上面高强螺杆抗拉计算看出，其拉应力未达到335N/mm2的设计强度，这里姑且按照设计强度进行计算，即高强螺杆的承压力约为：F=335××π/4≈则承压应力σ=F/At=mm2<335N/mm2（45#钢屈服强度）,满足要求。承重插销计算非爬升状态时是承重插销受力，由施工工况计算结果可知：R=＜280KN（承重插销的设计承载力，由计算而得）所以，承重插销满足要求。导轨计算导轨主要承受架体爬升时，换向盒传递给其的荷载。爬升工况计算中，与导轨接触的三个支点反力，如表14和图12所示。表14爬升工况支点反力值节点号构件水平方向KN竖直方向KN合力方向（°）46下换向盒与导轨接触点9附墙撑与导轨接触点11上换向盒与导轨接触点爬升工况反力图（N）将荷载施加到导轨上，如图13所示。导轨受力简图导轨轴力、剪力、弯矩图导轨强度验算1）抗弯验算，，截面塑性发展系数2）抗压验算,长细比小于允许长细比[λ]=150，满足要求。查表，稳定系数为，则满足受力要求。3）挠度验算根据JGJ195-2010中5.3.8规定，导轨跨中变形值按下式规定计算：则导轨变形值为：导轨挠度验算导轨梯档的焊缝计算根据图纸，单个梯档的侧焊缝长度为120mm，端焊缝长度为92mm，焊高hf=10mm，则由端焊缝所承担的力N1=βf××lw×fw式中，βf—系数，对间接承受动荷载的情况，βf=；lw—焊缝总长度；fw—角焊缝的设计强度，查计算手册可知：材料Q235钢的焊缝抗剪强度为125N/mm2则N1=××10×92×125＝.由侧焊缝所承担的力N2=×lw×fw=×10×120×125=105KNN1+N2=+105=>150KN(单个油缸的推力)，所以导轨梯挡焊缝强度满足要求。模板及受力构件的验算混凝土侧压力计算混凝土作用于模板的侧压力，根据测定，随混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即位新浇筑混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头。通过理论和实践，可按下列二式计算，并取其最小值：式中F------新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（KN/m2）γc------混凝土的重力密度（kN/m3）取kN/m3t0------新浇混凝土的初凝时间（h）,可按实测确定。当缺乏实验资料时，可采用t=200/(T+15)计算；t0=200/+15)=V------混凝土的浇灌速度（m/h）;取2m/hH------混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度（m）;取6mβ1------外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1；β2------混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于30mm时，取；50—90mm时，取1；110—150mm时，取。=x21/2=m2=25x6=150kN/m2取二者中的较小值，F=m2作为模板侧压力的标准值，并考虑倾倒和捣震混凝土产生的水平载荷标准值kN/m2，分别取荷载分项系数和，则作用于模板的总荷载设计值为：Q=m2模板计算基本参数模板高度为，浇筑高度为6m，面板采用21mm厚板；竖向背楞采用木工字梁截面尺寸为80x200，间距为280mm；水平背楞采用双14号槽钢背楞，最大间距为1200mm；拉杆系统为D20拉杆，材质为45#钢，拉杆水平间距为1200mm，竖向间距为1200mm。其中：-木材抗弯强度设计值，取13N/mm2，-木材抗剪强度设计值，取N/mm2E-弹性模量，木材取N/mm2，钢材取N/mm2面板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,按支撑在竖楞上的三跨连续梁计算。所以将面板视为支撑在木工字梁上的三跨连续梁计算，面板长度取板长2440mm，板宽度b=1000mm。面板计算简图1）抗弯强度验算作用在面板上的线荷载为：==mm面板最大弯矩：=/10=•mm面板的截面系数：=x1000x212=应力：==mm2<=13N/mm2故满足要求2）抗剪强度验算计算公式如下：面板的最大剪力：V=××=；截面抗剪强度必须满足：（安全系数取）其中，τ--面板截面的最大受剪应力(N/mm2)；V--面板计算最大剪力(N)：V=；b--构件的截面宽度(mm)：b=1000mm；hn--面板厚度(mm)：hn=；fv--面板抗剪强度设计值(N/mm2)：fv=N/mm2；面板截面的最大受剪应力计算值:T=3××103/(2×1000×21)=mm2；面板截面抗剪强度设计值:[fv]=mm2；面板截面的最大受剪应力计算值T=mm2小于面板截面抗剪强度设计值[T]=mm2，满足要求。3）挠度验算根据《建筑施工计算手册》，挠度验算采用标准荷载，同时不考虑振动荷载的作用，则线荷载为：面板挠度由式=故满足要求。面板截面惯性矩：I=bh3/12=1000X213/12=木工字梁验算木工字梁作为竖肋支承在横向背楞上，可作为支承在横向背楞上的连续梁计算，其跨距等于横向背楞的间距最大为L=1200mm。木梁计算简图木工字梁上的线荷载为：=混凝土的侧压力-木工字梁之间的水平距离1）抗弯强度验算最大弯矩=x12002=•mm木工字梁截面系数：应力：<=13N/mm2满足要求木工字梁截面惯性矩：2）抗剪强度验算计算公式如下：