其中,σ ——内楞弯曲应力计算值(N/mm2); M ——内楞的最大弯距(N.mm); W ——内楞的净截面抵抗矩; [f] ——内楞的强度设计值(N/mm2)。 按以下公式计算内楞跨中弯矩:
其中,作用在内楞的荷载
q=(1.2×28.0×0.90+1.4×2.0×0.90)×0.30=9.828kN/m; 内楞计算跨度(外楞间距):l = 500mm;
内楞的最大弯距: M=0.1×9.828×500.02= 2.457×105N.mm; 内楞的最大受弯应力计算值σ =2.457×105/2.133×104=11.5N/mm2; 内楞的抗弯强度设计值: [f] = 13.0N/mm2; ∴ σ< [f],内楞抗弯强度满足要求。 (2).内楞的挠度验算
其中 E ——木材的弹性模量:E =9500.0N/mm2;
q——作用在模板上的侧压力线荷载标准值:q=1.2×28.0×0.3=10.08 KN/m; l ——计算跨度(外楞间距):l = 500.0mm;
I ——内楞的截面惯性矩:I =4.267×105N/mm2; 内楞的最大挠度计算值:ω=0.677×10.08×500.04/(100×9500×4.267×105)=1.052mm;
内楞的最大容许挠度值: [ω] = 2.000mm; ∴ ω< [ω],内楞挠度满足要求。 2.外楞计算
外楞承受内楞传递的荷载,按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算。
本工程中,外龙骨采用木楞,截面宽度80mm,截面高度40mm,截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W =80×402/6 = 21.33cm3; I=80×403/12 = 42.67cm4;
外楞计算简图
(1).外楞抗弯强度验算
其中 σ ——外楞受弯应力计算值(N/mm2) M ——外楞的最大弯距(N.mm); W ——外楞的净截面抵抗矩; [f] ——外楞的强度设计值(N/mm2)。 最大弯矩M按下式计算:
其中,作用在外楞的荷载: P = (1.2×28.0×0.90+1.4×2.0×0.90)×0.50×0.30=4.914kN;
外楞计算跨度(对拉螺栓竖向间距): l = 300mm;
外楞的最大弯距:M = 0.175×4.914×103×300.0 = 2.58×105N.mm 外楞的受弯应力计算值: σ = 2.58×105/2.133×104 = 12.1N/mm2; 外楞的抗弯强度设计值:[f] = 13.0N/mm2; ∴ σ< [f],内楞抗弯强度满足要求。 (2).外楞的挠度验算
其中 E ——外楞的弹性模量,其值为9500.0N/mm2;
P ——作用在模板上的侧压力线荷载标准值:p=28.0×0.5×0.3=4.2 KN; l ——计算跨度(对拉螺栓间距):l = 300.00mm;
I ——面板的截面惯性矩:I = 4.267×105mm4; 外楞的最大挠度计算值: ω = 1.146×4.2×103×300.03/(100×9500.0×4.267×105) = 0.32mm;
外楞的最大容许挠度值: [ω] = 1.20mm; ∴ ω< [ω],满足要求。 梁底模板计算
面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和挠度。计算的原则是按照模板底支撑的间距和模板面的大小,按支撑在底撑上的三跨连续梁计算。
强度验算要考虑模板结构自重荷载、新浇混凝土自重荷载、钢筋自重荷载和振捣混凝土时产生的荷载;挠度验算只考虑模板结构自重、新浇混凝土自重、钢筋自重荷载。
本算例中,面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
W =250.0×18.02/6 = 1.35×104mm3; I = 250.0×18.03/12 = 1.215×105mm4;
1.抗弯强度验算
按以下公式进行面板抗弯强度验算:
其中,σ ——梁底模板的弯曲应力计算值(N/mm2); M ——计算的最大弯矩 (kN.m);
L ——计算跨度(梁底支撑间距): l =250.00mm; Q ——作用在梁底模板的均布荷载设计值(kN/m); 新浇混凝土及钢筋荷载设计值:
q1:1.2×28.0×0.40×1.0×0.90=12.1kN/m; 模板结构自重荷载:
q2:1.2×0.35×0.40×0.90=0.15kN/m; 振捣混凝土时产生的荷载设计值: q3:1.4×2.0×0.40×0.90=1.0kN/m; q = q1 + q2 + q3=12.1+0.15+1.0=13.25kN/m; 跨中弯矩计算公式如下:
Mmax = 0.10×13.25×0.252=0.083kN.m; σ =0.083×106/1.35×104=6.148N/mm2; ∴ σ< [f]=13.0,满足要求。 2.挠度验算
根据《建筑施工计算手册》刚度验算采用标准荷载,同时不考虑振动荷载作用。 最大挠度计算公式如下:
其中,q ——作用在模板上的压力线荷载:
q =[(24.0+4.0)×1.0+0.35]×0.40=11.34N/mm; l ——计算跨度(梁底支撑间距): l =250.0mm;
E ——面板的弹性模量: E = 9500.0N/mm2; 面板的最大允许挠度值:[ω] =250.0/250 = 1.0mm;
面板的最大挠度计算值:ω=0.677×11.34×250.04/(100×9500.0×1.215×105)=0.26mm;
∴ ω<[ω],满足要求。 梁底支撑钢管的计算
在原满堂架的基础上在梁底再加一排立杆,间距1.0m,作用于支撑钢管的荷载包括梁与模板自重荷载,施工活荷载等,通过方木的集中荷载传递。 1.支撑钢管的抗弯强度计算:
按照集中荷载作用下的简支梁计算
集中荷载P传递力,P =[ 1.2(q1 + q2 )+ 1.4p1 ]×2/3=2.735 kN; 计算简图如下:
支撑钢管按照简支梁的计算公式
其中 n=1.0/0.250=4 经过简支梁的计算得到:
钢管支座反力 RA = RB=(4-1)/2×2.735+2.735=6.838kN;
钢管最大弯矩 Mmax=PL/4=0.342kN.m; 支撑钢管的最大应力计算值σ= Mmax /W=0.342×106/4732.0=72.274N/mm2
支撑钢管的抗弯强度的其设计值 [T]=205.0 N/mm2; ∴σ<[T],满足要求 扣件抗滑移的计算:
双扣件承载力设计值取16.00kN,按照扣件抗滑承载力系数0.80,该工程实际的旋转双扣件承载力取值为12.80kN 。
纵向或横向水平杆与立杆连接时,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12.80 kN;
R ——纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值; 计算中R取最大支座反力,根据前面计算结果得到 R=6.838N; ∴ R< Rc,双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求! 立杆的稳定性计算: 立杆的稳定性计算公式
其中 N ——立杆的轴心压力设计值,它包括: 横杆的最大支座反力: N1 =6.838kN ;
脚手架钢管的自重: N2 = 1.2×0.132×8.5=1.346kN; N =6.838+1.346=8.184 kN;
φ——轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 lo/i 查表得到; i ——计算立杆的截面回转半径 (cm):i = 1.58; A ——立杆净截面面积 (cm2): A = 4.502; W ——立杆净截面抵抗矩(cm3):W = 4.732; σ ——钢管立杆轴心受压应力计算值 ( N/mm2); [f] ——钢管立杆抗压强度设计值:[f] =205.0 N/mm2; lo ——计算长度 (m);
参照《扣件式规范》考虑到高支撑架的安全因素,适宜由下列公式计算 l0 = k1k2(h+2a)
k2—计算长度附加系数,h+2a=1.70,k2按照表2取值为1.020; lo/i =2.024×103/ 15.80 =128.1;
由长细比 lo/i 的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.406; 钢管立杆受压应力计算值
σ=8.184×103/(0.406×450.2)=44.775N/mm2<[f] 钢管立杆稳定性满足要求!
模板承重架应尽量利用柱子作为连接连墙件,否则存在安全隐患。 表1 模板支架计算长度附加系数 k1 步距h(m) k1 (见下页)
h≤0.9 1.243 0.9 H(m) h+2a(m) 1.35 1.44 1.53 1.62 1.80 1.92 2.04 2.25 2.70 4 6 8 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40 1.0 1.014 1.023 1.039 1.042 1.054 1.061 1.081 1.092 1.113 1.137 1.155 1.173 1.0 1.012 1.022 1.031 1.039 1.047 1.056 1.064 1.072 1.092 1.111 1.129 1.149 1.0 1.007 1.015 1.024 1.031 1.039 1.047 1.055 1.062 1.079 1.097 1.114 1.132 1.0 1.007 1.014 1.021 1.029 1.036 1.043 1.051 1.056 1.074 1.090 1.106 1.123 1.0 1.007 1.014 1.020 1.026 1.033 1.040 1.046 1.052 1.067 1.081 1.096 1.111 1.0 1.007 1.012 1.018 1.024 1.030 1.035 1.042 1.048 1.062 1.076 1.090 1.104 1.0 1.007 1.012 1.018 1.022 1.029 1.035 1.039 1.044 1.060 1.073 1.087 1.101 1.0 1.007 1.010 1.016 1.020 1.027 1.032 1.037 1.042 1.057 1.070 1.081 1.094 1.0 1.007 1.010 1.016 1.020 1.027 1.032 1.037 1.042 1.053 1.066 1.078 1.091 以上表参照:《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》