昆明某医院加速器室2.6m厚顶板模板高支撑设计

张玏

摘要：顶板厚2.5m，层高6.9m的加速器室，施工中模板支撑系统存在荷载大、支撑高度高的特点，按照高支架的要求进行设计和施工，保证施工顺利完成。

关键词：厚板 高支撑 模板

Abstract: the roof thick 2.5 m, 6.9 m high accelerator room, in the construction of the formwork support system is big, the supporting height high load, the characteristics of high stents in accordance with the requirements of design and construction to ensure construction successfully completed.

Keywords: thick plate high support template

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号

昆明某医院医学影像诊断楼，总建筑面积8663.18 m2，地下一层，地上六层。地下层为候诊厅、排烟机房、模拟CT室、模拟定位室、控制室加速器机房候梯厅空调水冷室、稳压器室。地下室部分层高层高-6.9m，－2.15m层为夹层。上部设计有候诊室、TPS室、模室、铅室、工作室站机房、磁体室、分机房、存片室、X光机室、西门子培训室、PACS室、数字X光室、存片室、CRI室、读片室。

本工程地下室加速器室等层高为6.9m超过4.0m，顶板厚1.0m～2.6m，属高支撑模板系统。

高支撑架的计算依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002、《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)等规范编制。

因本工程梁支架高度大于4米，根据有关文献建议，如果仅按规范计算，架体安全性仍不能得到完全保证。

一、参数信息

1.模板支架参数

横向间距或排距(m):0.50；纵距(m):0.50；步距(m):1.50；

立杆上端伸出至模板支撑点长度(m):0.30；模板支架搭设高度(m):4.30；

采用的钢管(mm):Φ48×3.2 ；板底支撑连接方式:方木支撑；

立杆承重连接方式:可调托座；

加速器平面图：

高支撑剖面图见下：

2.荷载参数

模板与木板自重(kN/m2):0.350；混凝土与钢筋自重(kN/m3):25.000；

施工均布荷载标准值(kN/m2):2.500；

4.材料参数

面板采用胶合面板，厚度为12mm；板底支撑采用方木；

面板弹性模量E(N/mm2):9500；面板抗弯强度设计值(N/mm2):13；

木方抗剪强度设计值(N/mm2):1.400；木方的间隔距离(mm):150.000；

木方弹性模量E(N/mm2):9500.000；木方抗弯强度设计值(N/mm2):13.000；

木方的截面宽度(mm):50.00；木方的截面高度(mm):80.00；

托梁材料为：钢管(双钢管) :Φ48 × 3.2；

5.楼板参数

钢筋级别:二级钢HRB 335(20MnSi)；楼板混凝土强度等级:C30；

每层标准施工天数:12；每平米楼板截面的钢筋面积(mm2):654.500；

楼板的计算长度(m):4.50；施工平均温度(℃):25.000；

楼板的计算宽度(m):4.00；

楼板的计算厚度(mm):2600.00；

图2楼板支撑架荷载计算单元

二、模板面板计算

面板为受弯构件,需要验算其抗弯强度和刚度，取单位宽度1m的面板作为计算单元

面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：

W = 100×1.22/6 = 24 cm3；

I = 100×1.23/12 = 14.4 cm4；

模板面板的按照三跨连续梁计算。

面板计算简图

1、荷载计算

(1)静荷载为钢筋混凝土楼板和模板面板的自重(kN/m)：

q1 = 25×2.6×1+0.35×1 = 65.35 kN/m；

(2)活荷载为施工人员及设备荷载(kN/m)：

q2 = 2.5×1= 2.5 kN/m；

2、强度计算

最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式如下:

其中：q=1.2×65.35+1.4×2.5= 81.92kN/m

最大弯矩M=0.1×81.92×0.152=0.184 kN•m；

面板最大应力计算值σ= 184320/24000 = 7.68 N/mm2；

面板的抗弯强度设计值[f]=13 N/mm2；

面板的最大应力计算值为 7.68 N/mm2 小于面板的抗弯强度设计值 13 N/mm2,满足要求!

3、挠度计算

挠度计算公式为

其中q = 65.35kN/m

面板最大挠度计算值 v = 0.677×65.35×1504/(100×9500×14.4×104)=0.164 mm；

面板最大允许挠度[V]=150/ 250=0.6 mm；

面板的最大挠度计算值 0.164 mm 小于 面板的最大允许挠度 0.6 mm,满足要求!

三、模板支撑方木的计算

方木按照两跨连续梁计算，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:

W=5×8×8/6 = 53.33 cm3；

I=5×8×8×8/12 = 213.33 cm4；

方木楞计算简图

1.荷载的计算：

(1)钢筋混凝土板自重(kN/m)：

q1= 25×0.15×2.6 = 9.75 kN/m；

(2)模板的自重线荷载(kN/m):

q2= 0.35×0.15 = 0.052 kN/m ；

(3)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN/m)：

p1 = 2.5×0.15 = 0.375 kN/m；

2.强度验算:

最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式如下:

均布荷载 q =1.2 × (q1 +q2)+ 1.4 ×p1 = 1.2×(9.75 + 0.052)+1.4×0.375 = 12.288 kN/m；

最大弯矩 M = 0.125ql2 = 0.125×12.288×0.52 = 0.384 kN•m；

方木最大应力计算值σ= M /W = 0.384×106/53333.33 = 7.2 N/mm2；

方木的抗弯强度设计值[f]=13.000 N/mm2；

方木的最大应力计算值为 7.2 N/mm2 小于方木的抗弯强度设计值 13 N/mm2,满足要求!

3.抗剪验算：

截面抗剪强度必须满足:

τ = 3V/2bhn < [τ]

其中最大剪力: V = 0.625×12.288×0.5 = 3.84 kN；

方木受剪应力计算值 τ = 3 ×3.84×103/(2 ×50×80) = 1.44 N/mm2；

方木抗剪强度设计值 [τ] = 1.4 N/mm2；

方木的受剪应力计算值 1.40 N/mm2 大于 方木的抗剪强度设计值 1.40 N/mm2，满足要求!

建议减少立杆"纵距"或"横距"，或增大方木截面。

4.挠度验算:

最大挠度考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的挠度和，计算公式如下:

均布荷载 q = q1 + q2 = 9.802 kN/m；

最大挠度计算值 ν= 0.521×9.802×5004 /(100×9500×2133333.333)= 0.157 mm；

最大允许挠度[V]=500/ 250=2 mm；

方木的最大挠度计算值 0.157 mm 小于 方木的最大允许挠度 2 mm,满足要求!

四、托梁材料计算

托梁按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算；

托梁采用：钢管(双钢管) :Φ48 × 3.2；

W=9.46 cm3；

I=22.72 cm4；

集中荷载P取纵向板底支撑传递力，P = 7.68 kN；

托梁计算简图

托梁计算弯矩图(kN•m)

托梁计算变形图(mm)

托梁计算剪力图(kN)

最大弯矩 Mmax = 1.293 kN•m ；

最大变形 Vmax = 0.437 mm ；

最大支座力 Qmax = 27.932 kN ；

最大应力 σ= 1292748.8/9460 = 136.654 N/mm2；

托梁的抗压强度设计值 [f]=205 N/mm2；

托梁的最大应力计算值 136.654 N/mm2 小于 托梁的抗压强度设计值 205 N/mm2,满足要求!

托梁的最大挠度为 0.437mm 小于 500/150与10 mm,满足要求!

五、模板支架立杆荷载标准值

作用于模板支架的荷载包括静荷载和活荷载。

1.静荷载标准值包括以下内容：

(1)脚手架的自重(kN)：

NG1 = 0.138×4.3 = 0.595 kN；

钢管的自重计算参照《扣件式规范》附录A。

(2)模板的自重(kN)：

NG2 = 0.35×0.5×0.5 = 0.087 kN；

(3)钢筋混凝土楼板自重(kN)：

NG3 = 25×2.6×0.5×0.5 = 16.25 kN；

经计算得到，静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3 = 16.933 kN；

2.活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载。

经计算得到，活荷载标准值 NQ = (2.5+2 ) ×0.5×0.5 = 1.125 kN；

3.不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算

N = 1.2NG + 1.4NQ = 21.894 kN；

六、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(kN) ：N = 21.894 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 = 1.59 cm；

A ---- 立杆净截面面积(cm2)：A = 4.5 cm2；

W ---- 立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=4.73 cm3；

σ-------- 钢管立杆最大应力计算值 (N/mm2)；

[f]---- 钢管立杆抗压强度设计值 ：[f] =205 N/mm2；

L0---- 计算长度 (m)；

如果完全参照《扣件式规范》，按下式计算

l0 = h+2a

k1---- 计算长度附加系数，取值为1.155；

u ---- 计算长度系数，参照《扣件式规范》表5.3.3；u = 1.7；

a ---- 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a = 0.3 m；

上式的计算结果：

立杆计算长度 L0 = h+2a = 1.5+0.3×2 = 2.1 m；

L0/i = 2100 / 15.9 = 132 ；

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= 0.386 ；

钢管立杆的最大应力计算值 ；σ=21894.144/（0.386×450） = 126.046 N/mm2；

钢管立杆的最大应力计算值 σ= 126.046 N/mm2 小于 钢管立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求！

如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由下式计算

l0 = k1k2(h+2a)

k1 -- 计算长度附加系数按照表1取值1.243；

k2 -- 计算长度附加系数，h+2a = 2.1 按照表2取值1.001 ；

上式的计算结果：

立杆计算长度 Lo = k1k2(h+2a) = 1.243×1.001×(1.5+0.3×2) = 2.613 m；

Lo/i = 2612.91 / 15.9 = 164 ；

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= 0.262 ；

钢管立杆的最大应力计算值 ；σ=21894.144/（0.262×450） = 185.701 N/mm2；

钢管立杆的最大应力计算值 σ= 185.701 N/mm2 小于 钢管立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求！

模板承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件，否则存在安全隐患。

以上表参照《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》。

七、梁板模板高支撑构造要求

除了要遵守《扣件架规范》的相关要求外，还要考虑以下内容

1.模板支架的构造要求：

a.梁板模板高支撑架可以根据设计荷载采用单立杆或双立杆；

b.立杆之间必须按步距满设双向水平杆，确保两方向足够的设计刚度；

c.梁和楼板荷载相差较大时，可以采用不同的立杆间距，但只宜在一个方向变距、而另一个方向不变。

2.立杆步距的设计：

a.当架体构造荷载在立杆不同高度轴力变化不大时，可以采用等步距设置；

b.当中部有加强层或支架很高，轴力沿高度分布变化较大，可采用下小上大的变步距设置，但变化不要过多；

c.高支撑架步距以0.9--1.5m为宜，不宜超过1.5m。

3.整体性构造层的设计：

a.当支撑架高度≥20m或横向高宽比≥6时，需要设置整体性单或双水平加强层；

b.单水平加强层可以每4--6米沿水平结构层设置水平斜杆或剪刀撑，且须与立杆连接，设置斜杆层数要大于水平框格总数的1/3；

c.双水平加强层在支撑架的顶部和中部每隔10--15m设置，四周和中部每10--15m设竖向斜杆，使其具有较大刚度和变形约束的空间结构层；

d.在任何情况下，高支撑架的顶部和底部（扫地杆的设置层）必须设水平加强层。

4.剪刀撑的设计：

a.沿支架四周外立面应满足立面满设剪刀撑；

b.中部可根据需要并依构架框格的大小，每隔10--15m设置。

5.顶部支撑点的设计：

a.最好在立杆顶部设置支托板，其距离支架顶层横杆的高度不宜大于400mm；

b.顶部支撑点位于顶层横杆时，应靠近立杆，且不宜大于200mm；

c.支撑横杆与立杆的连接扣件应进行抗滑验算，当设计荷载N≤12kN时，可用双扣件；大于12kN时应用顶托方式。

6.支撑架搭设的要求：

a.严格按照设计尺寸搭设，立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置；

b.确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于《扣件架规范》的要求；

c.确保每个扣件和钢管的质量是满足要求的，每个扣件的拧紧力矩都要控制在45-60N.m，钢管不能选用已经长期使用发生变形的；

d.地基支座的设计要满足承载力的要求。

7.施工使用的要求：

a.精心设计混凝土浇筑方案，确保模板支架施工过程中均衡受载，最好采用由中部向两边扩展的浇筑方式；

b.严格控制实际施工荷载不超过设计荷载，对出现的超过最大荷载要有相应的控制措施，钢筋等材料不能在支架上方堆放；

c.浇筑过程中，派人检查支架和支承情况，发现下沉、松动和变形情况及时解决。

八、结论

本方案严格按照设计确定的支撑架步距、立杆间距、内外楞间距等参数进行施工，对高支撑架设置了竖向、水平向剪刀撑，整个施工过程均顺利完成。本加速器室厚重顶板模板高支撑架体系设计安全可靠。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。