铝模支撑系统数值模拟与计算

罗雯

（吉首大学张家界学院 湖南张家界 427000）

1 前言

Sp2000与传统的手算计算相比体现在：在输出验算后可以查看位移，内力，应力等变形图，可以科学地分析受力变形部位，形象的变形图与其动态的变形过程。这样数值模拟与实际情况才能吻合。在加载荷载前，一定要罗列好其所受的荷载，并举出受力的最不利荷载组合[1]。

以永清商务综合楼A地A1塔楼项目为例，楼层高度4.7m。根据结构设计特点及铝模板施工工艺，对于梁，板使用梁板支撑杆，采用早拆可调节钢支撑作为梁，板内支撑满堂架。①支撑钢架管：Q235，强度设计值215kN/m2；直径φ48，壁厚3.5mm。墙，柱模板支撑设置背楞，背楞对拉螺杆间距不大于900mm，墙体采用两边对拉且上下呈三角形的支撑系统。②对拉螺杆：墙φ18，轴向受拉承载力设计值28.1kN；柱φ27轴向受拉承载力设计值68.1kN。

2 基于sp2000对铝模支撑系统的数值模拟

2.1 荷载的取值

①竖向考虑混凝土自重、钢筋自重及铝合金模板自重综合取26.5kN/m3，楼板考虑布料机设备4kN/m2，主梁考虑人员及设备2.5kN/m2，混凝土振捣 2kN/m2。②侧向取 min（F1=0.22γct0β1β2V1/2，F2=γcH）。各构件横载侧向压力统计如下：6.5m（5.8m）层高处宽2m（2.4m）的柱子恒载侧向压力：F1=76.2kN/m2（70.6kN/m2）F2=151.2kN/m2（129.6kN/m2）。6.5m（5.8m）层高处宽0.8m（0.8m）的柱子恒载侧向压力：F1=44.6kN/m2（44.6kN/m2）F2=151.2kN/m2（124.8kN/m2）。

2.2 荷载组合

分析工况包括：对于梁处铝合金模板工况采用S=1.35×ΣGik＋1.4×0.7×ΣQik，对于墙处铝合金模板工况采用 S=1.2×ΣGik＋1.4×ΣQik，对于柱处铝合金模板工况采用 S=1.35×ΣGik＋1.4×0.6×ΣQik。

2.3 定义材料和截面

建模准备中的材料包括自定义的铝合金模板、背楞、螺杆钢管等几种材料，材料在选择的时候，材料的材质特性与力学性能的参数必须准确，定义的截面属性包括铝合金模板单元、肋条、钢管48、主龙骨，如遇到特殊情况未能定义的，可以采用截面等效代换的方法重新对截面进行定义，本在在建模的时候铝合金模板厚度取4mm。

2.4 模型的边界条件

在建立模型后，需确定模型的边界条件，以模型的实际情况定义边界条件，进行约束。

2.5 荷载加载

荷载加载是建好模型后的第一步工作，根据施工不同部位加载不同的荷载工况。

2.6 施工中柱的内力分析

施工状态下的荷载工况考虑恒荷载与活荷载的两种组合，对于柱处铝合金模板不考虑竖向活荷载。采用两种方案对5.8m高2.4m宽外框柱支模系统进行验算。方案一：3层叠合变截面梁，Q345，间距200mm紧固件。方案二：2层100×50×3.0方钢管，间距300mm。

方案一内力计算结果如图1～2。

方案二内力计算结果如图3～4。

图1 轴力计算结果图

图2 弯矩计算结果图

图3 轴力计算结果图

图4 弯矩计算结果图

通过以上两种方案分析柱处的应力应变，得到的应力应变线形图，通过图形可以看出在不同的部位产生的内力值是不同的，这些应力值基本分布在中部挠度最大处，而两侧则相对应力较小。我们在施工过程中需要对位移变形最大处引起足够的重视。两种方案计算的最大应力比均为1.04，在5%以内，满足要求。根据应变图形，这些需控制的位移值基本分布在中部弯矩最大处，两侧逐渐变小。第一种方案计算背楞最大挠度5.60mm<6.0mm=1/400挠度限值，第一种方案计算背楞最大挠度5.76mm<6.0mm=1/400挠度限值。

2.7 施工中墙的内力分析

施工状态下的荷载工况考虑恒荷载与活荷载的两种组合，对于墙处铝合金模板不考虑竖向活荷载。对于6.5m高剪力墙支模系统通过受力分析后，这些应力值基本分布在中部挠度最大处，而两侧则相对应力较小。根据应变图形，这些需控制的位移值基本分布在中部弯矩最大处，两侧逐渐变小。背楞最大挠度0.15mm，满足规范要求。

3 总结

墙、柱两个部位通过分别进行了应力和应变计算与分析，有限元模拟的计算结果接近实际所发生的，具有科学性与准确性，其挠度与应变均满足规范要求。Sp2000有限元建模较为精确，计算结果都满足规范要求，符合实际，同时还能看出挠度以及应力应变图，结果更为形象易懂。这也说明了设计方案在结构设计形式上是可行的，而且在实际施工过程中所遇到的难题也是可以确保解决的。

[1]北京金木土软件技术有限公司中国建筑标准设计研究院，编著.sp2000中文版使用指南.人民交通出版社.

[2]中华人民共和国国家标准.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2012）.北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]仇铭华.铝模板技术在北美超高层建筑绿色施工中的运用[J].施工技术，2013，42（14）：66～68，76.