浅谈框架柱木模板理论计算与实际施工差异

叶春雷

摘要：本文结合较多实际案例，分析了普通钢筋砼方形框架柱模板理论计算与实际施工的差异，供广大同行参考、指正。

关键词：柱模板；理论计算；实际施工；差异。

背景：内蒙古满洲里地区冬季施工，以700×700mm框架柱为例，柱高4m。

1、理论计算（荷载、面板、竖肋、柱箍）

拟定柱模面板采用18mm厚木质胶合多层板；竖肋采用50×100mm东北落叶松方木，间距为233mm；柱箍采用2―100×100mm方木，间距为500mm。

1.1、荷载计算

柱子模板计算承载能力时，需考虑参与组合的荷载项为：新浇筑混凝土对模板侧面的压力和倾倒混凝土时产生的荷载两项。

例：700×700框架柱

根据工程施工的实际情况，混凝土重力密度按23KN/m3计算，混凝土初凝时间根据施工进度计划、施工地气候条件以及施工地搅拌站砼供应情况，按最不利时取5小时计算，混凝土柱浇注速度按4m/h计算。

新浇筑混凝土对模板侧面的压力：

F=0.22γct0β1β2v1/2=58.19KN/m2

倾倒混凝土时产生的荷载标准值取5 KN/m2（偏安全）

则荷载设计值为：

p=58.19×1.2＋5×1.4=76.83 KN/m2

1.2、面板计算

方柱砼侧压力：F=76.83 KN/m2=0.076N/mm2

面板采用18mm厚木质胶合多层板

取1 mm宽的多层板板带进行计算， 其几何特性和物理特性为：

截面惯性矩：Ix=bh3/12=486mm4

截面最小抵抗矩：Wx=bh2/6=54mm3

弹性模量取：E=7.5×103N/ mm2

抗弯强度f取：15N/mm2

面板按三等跨连续梁计算，荷载为：q1=F×1mm=0.078 N/mm

Mmax=0.101 q1 l2 = 0.101×0.076×2332＝416.72N.mm

强度验算： σmax= Mmax/Wx＝416.72/54=7.72N/mm2

所以：滿足强度要求

挠度验算： ωmax=kwql4/(100EI) =0.61mm

所以：满足挠度要求

1.3、竖肋计算

竖肋采用50×100mm方木， 其几何特性和物理特性为：

截面惯性矩：Ix=bh3/12=1/12×50×1003=4.1666×106 mm4

截面最小抵抗矩：Wx=bh2/6=1/6×50×1002=8.3×104 mm3

弹性模量取：E=7.5×103N/ mm2

抗弯强度f取：15N/mm2

q1=F×L=0.076×233=17.71 N/mm

柱箍间距分别按500mm间距布置，起始间距为250mm。

竖肋按三等跨连续梁计算，弯矩为：

Mmax=0.101 q1l2 = 0.101×17.71×5002=447177 N.mm

强度验算：σmax= Mmax/Wx=447177/（8.3×104）=5.39N/mm2

满足强度要求

挠度计算： ωmax=0.677q1×L4/100EIx=0.24mm

满足挠度要求

1.4、柱箍计算

柱箍采用2―100×100mm方木，间距为50cm， 其几何特性和物理特性为：

截面最小抵抗矩：Wx = 2bh2/6= 1/6×100×1002×2=3.333×105 mm3

截面惯性矩：Ix = 2bh3/12=1/12×100×1003×2=1.666×107 mm4

弹性模量：E =7.5×103N/ mm2

抗弯强度f =15N/mm2

q1=F×L=0.076×500=38N/mm

柱箍按单跨简支梁近似计算：

Mmax=38×9002/8=3847500N.mm

强度验算：σmax =Mmax/Wx=11.54N/mm2≤f=15N/mm2

满足强度要求

挠度计算：ωmax=5×q1×L4/384EI= 5×38×9004/384×7500×1.666×107=2.59mm

理论计算显然不满足挠度要求，需采用其他材料柱箍，或调整柱箍间距。

2、理论计算与实际施工的差异

2.1、新浇筑混凝土对模板侧面的压力

通过现场浇筑混凝土对模板侧压力的实际检测得出：采用泵送混凝土方式倾倒混凝土时产生的荷载最大值约为1.86 KN/m2；框架柱混凝土浇筑到设计标高后，在约2.75m处平均侧压力最大，侧压力约为32.19KN/m2。

由此得出：实际测出的混凝土侧压力仅为理论计算76.83 KN/m2的41.9%。

2.2、面板的选择

根据以往在北京地区施工的案例及经验，考虑到满洲里地区的冬季气候条件以及当地商品混凝土搅拌站混凝土供应等因素，为保险起见，框架柱模板选择了14mm厚木质胶合多层板，拆模后混凝土表面平整度符合规范要求。

根据现场实际测出的混凝土最大侧压力35.19KN/m2，如采用12mm厚木质胶合多层板，可计算得出：

强度验算： σmax= Mmax/Wx＝175.46/12=14.6N/mm2

亦满足强度要求

挠度验算： ωmax=kwql4/(100EI) =0.25mm

亦满足挠度要求

所以可得出结论：在施工条件相类似的情况下，该框架柱采用12mm厚多层板做为面板依然能够满足施工需求。

2.3、竖肋的选择

根据根据较多的施工案例及经验，竖肋采用50×100mm方木，间距为233mm，在柱700mm宽截面范围内设置为四条三跨。理论计算满足要求的情况下不宜更改。

2.4、柱箍的选择

考虑多种客观因素，结合当地其他工程的实际经验，现场实际采用了2―100×100mm方木做为柱箍，间距为500mm。

根据现场实际测出的混凝土最大侧压力35.19KN/m2，如采用2―100×100mm方木，间距为500mm，可计算得出：

强度验算：σmax =Mmax/Wx=4.86N/mm2≤f=15N/mm2

满足强度要求

挠度计算：ωmax=5×q1×L4/384EI=5×16×9004/384×7500×1.666×107= 1.09mm

显然即便是按照实际最大侧压力35.19KN/m2进行计算依然不满足挠度要求，但根据现场拆模后的实际测量，混凝土表面的平整度误差平均为+0.1mm左右，完全满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB5024-2002的要求。

所以可得出结论：在施工条件相类似的情况下，该框架柱采用2―100×100mm方木做为柱箍，间距为500mm完全能够满足施工需求。此外，根据大量的施工案例及经验，笔者认为，方形及矩形框架柱最大边长≤800mm时，使用2―48*3.5钢管做为柱箍完全可以承受混凝土自身及浇筑时产生的侧压力，满足施工需求。

3、结语

根据较多的施工案例以及同行类似施工经验，普通钢筋砼方形框架柱模板理论计算与实际施工的存在较大的差异，理论计算均为按照受力杆件进行的相近似计算，且计算过程中参数的选择均留有较大的安全系数。那么，如何在保证施工质量和安全的前提下使方案的选择更加经济、合理，是广大同行值得研究的课题。

混凝土自身及浇筑时对模板产生的侧压力荷载，与施工地水文气候条件、结构形式、混凝土搅拌站供应情况、混凝土自身质量、浇筑方式、工人施工水平等多种因素均有相互关系。笔者认为，模板设计时，在理论计算的基础上进行必要的经验分析、相同构件试验等亦是非常重要的，最终模板方案的选定对工程的成本节约起着重要作用。