建筑工程中中空塑料模板运用设计研究

1 工程概况

以深圳科技馆（新馆）建筑工程施工总承包项目为例，针对中空塑料模板运用设计展开探讨。 案例项目占地面积66 000 m2，建筑总面积128 500 m2，其中地上建筑面积85 000 m2，地下建筑面积43 500 m2，地下2 层，地上6 层，总建筑高度约57 m。该建筑包括钢筋混凝土框架剪力墙和钢框架-钢筋混凝土剪力墙混合两种结构体系，6 层为钢框架-钢桁架结构体系，钢结构总量约23 000 t；由科技展示区、科技影院区、创新培育区、创新交流区、业务管理区、公众服务区、科技广场区7 个部分组成。 整体模板体设计如表1 所示。

表1 模板体设计

2 墙模板中空塑料模板设计

2.1 方案设计

墙模板选用采用18 mm 厚塑料模板， 尺寸为1 830 mm×915 mm。 相邻面水平拼缝错开，对向相平。 拼缝处采用45 mm×95 mm 木枋条压实，防止漏浆。 主要加固体系包括墙体主龙骨（工具式）、阴角件、主龙骨连接件、连接件止锁、斜拉阳角、大卡销、圆垫片、主龙骨锁口板、墙体次龙骨以及木方。 对拉螺栓选用M12 对拉螺栓，外墙水池等涉及渗水隐患以及人防部位均采用三段式工具对拉螺杆[1]。

2.2 墙模板荷载标准值计算

结合工程实际情况， 在进行墙模板荷载标准值计算的过程中，需要从强度和挠度两个方面展开。 充分考虑混凝土侧压力，以及荷载压力F。 计算公式如下：

式（1）和式（2）中，γc为混凝土的重力密度，kN/m3；t0为新浇混凝土的初凝时间，h；V 为混凝土的浇筑速度，m/h；H 为侧压力计算位置与新浇混凝土顶面之间的垂直距离，m；β 为混凝土坍落度影响修正系数。

若混凝土浇筑速度在10 m/h 以上，或坍落度超过180 mm，则新浇混凝土侧压力按照式（2）计算即可。 其他情况下，需计算两个算式并取其中较小值。

经计算新浇混凝土侧压力标准值为27 kN/m2， 倾倒混凝土时产生的荷载标准值为4 kN/m2。

2.3 墙模板面板计算

墙模板面板为受弯结构，弯矩图如图1 所示。

图1 墙模板面板弯矩图（单位：kN·m）

面板宽度取值4.85 m，荷载计算值为199.335 kN/m。 案例工程中， 截面惯性矩I 为235.71 cm4； 截面抵抗矩W 为261.90 cm3。计算得到面板最大弯矩M=0.449 kN·m，最大变形s=0.064 mm。

面板抗弯强度计算式为：

计算得到f=1.71 N/mm2＜允许值[f]，因此，面板抗弯强度验算符合要求。

截面抗剪强度T=0.308 N/mm2， 截面抗剪强度设计值[T]=1.20 N/mm2，T＜允许值[T]，因此，截面抗剪强度符合要求。

2.4 墙模板内龙骨计算

内龙均匀分布荷载连续梁计算。 经过计算得到最大弯矩M=0.125 kN·m；最大支座力F=3.054 kN；最大变形s=0.029 mm。案例工程中， 截面惯性矩I 为273.38 cm4； 截面抵抗矩W 为60.75 cm3。

经计算，内龙骨抗弯强度为2.06 N/mm2＜17.0 N/mm2，满足工程需求。

截面抗剪强度为0.576 N/mm2＜[T]=1.70 N/mm2，符合施工要求。

2.5 墙模板外龙骨计算

外龙骨按照集中荷载下，连续梁计算[2]。 经过计算得到最大弯矩M=0.366 kN·m； 最大支座力F=9.978 kN； 最大变形s=0.017 mm。 外龙骨的截面力学参数分别为截面抵抗矩W=25.30 cm3；截面惯性矩I=101.30 cm4。

进一步计算得到外龙骨抗弯强度13.78 N/mm2， 小于215.0 N/mm2，满足工程设计要求。外龙骨最大挠度为0.017 mm，小于450.0/400，满足要求。

2.6 对拉螺栓的计算

对拉螺栓计算式为：

式中，N 为对拉螺栓所受的拉力，N；A 为拉螺栓有效面积，mm2；fls为对拉螺栓的抗拉强度设计值，N/mm2；[N]为对拉螺栓拉力允许值。

结合案例工程实际情况按照上述工公式进行计算， 对拉螺栓所受的最大拉力为N=9.978 kN＜[N]=38.250 kN，因此，对拉螺栓符合要求。

综上，整体侧模板设计符合工程要求。

3 梁侧模板中空塑料模板设计

3.1 方案设计

梁侧模采用18 mm 厚塑料模板，支撑主龙骨采用50 mm×50 mm×2.5 mm 双方通， 次龙骨为45 mm×95 mm 木方。 梁高h≤800mm 的位置，木方放置方向与梁方向平行，间距≤200mm；梁高h＞800 时，木方竖直向布置，间距小于或等于200 mm，采用M12 对拉螺杆对拉。 详细模板搭设参数如表2 所示。

表2 梁侧模板搭设参数

3.2 面板计算

结合案例工程实际情况， 宽度取1.35 m。 荷载计算值为55.485 kN/m。 案例工程中，截面抵抗矩W=72.90 cm3；截面惯性矩I=65.61 cm4； 变形的计算按照规范要求采用静荷载标准值，最大弯矩M=0.346 kN·m；最大变形s=0.490 mm。

按式（3）计算得到面板抗弯计算强度f=M/W=4.746 N/mm2<[f]，符合要求[3]。

面板最大挠度计算值0.490 mm，小于250/250，满足要求。

3.3 内龙骨计算

根据相关标准要求，计算得到内龙骨最大弯矩为0.147kN·m；最大支座力F=4.269 kN； 最大变形s=0.022 mm。 梁侧模板截面抵抗矩W=60.75 cm3；截面惯性矩I=273.38 cm4。

按式（3）计算，内龙骨抗弯强度f=M/W=2.42 N/mm2，小于17.0 N/mm2，满足要求。

截面抗剪强度T=0.796 N/mm2＜[T]，设计满足要求。

4 板模板中空塑料模板设计

板模板的设计需要先结合施工需求， 进行支撑体系的设计规划，在此过程中需要注意以下技术要点：

1）采用盘扣式可调节支撑形式，加强对于钢管以及相关配件的合理运用；

2）加强对于模板超出水平杆悬臂长度的控制，确保其在650 mm 以内；3）最底层水平杆与地面之间的距离应控制在550 mm 以下；4）若搭设高度在8 m 以内，需要在支架外部以及横纵杆之间设置竖向斜杆，确保整体结构稳定、可靠；

5）若支架高度在4 节段立杆以上，则应在顶层位置增设水平斜杆等，以此提高直接结构的剪刀撑；

6）对于支架高度在8 m 以上的情况，则要求控制好水平杆之间的距离，步距应不超过1.5 m[4]。

根据案例工程实际需求，部分板的跨度在4 m 以上，需要进行起拱设计，详细设计参数如表3 所示。

表3 板模板搭设参数

5 楼梯模板中空塑料模板设计

结合案例工程实际需求， 楼梯模板的设计采用了全封闭模式，能更好地保障楼梯结构的完整性以及工程质量。 模板材料为塑料，厚度为18 mm，现场放样后再进行模板配置。 此外，踏步模板采用了木夹板和木枋预制模板， 并使用高强度对拉螺栓进行加固处理，阳角位置则使用角钢进行加固，支撑底部通过钢筋焊接的方式加固。 在实际进行楼梯模板设计的过程中，需要注意以下技术要点：

1）加强对于梯段侧板内侧尺寸的控制；

2）楼梯支撑结构使用可调节底座，并预留人行通道；

3）在梯段板第三级台阶位置，以及休息平台1/3 位置，分别预留混凝土施工缝；

4）确保楼梯模板踏步高度相同，设计过程中，还需要将粉刷涂漆影响纳入其中，以此保障模板规格符合工程标准要求。

6 特殊模板中空塑料模板设计

根据案例工程实际情况特点，特殊模板主要包括以下4 个方面，详细设计要点如下。

1）圆弧墙体模板。 此处选用了厚度为18 mm 的中空塑料模板，外横龙骨选用了钢筋，并在钢筋外侧设置钢管作为竖龙骨，采用对拉螺栓固定模板[5]。

2）门窗洞口模板。 门窗洞口模板主要包括3 个部分，其中预留洞口选用的是定型模板；整体模板为木方；最后，需要在木方表面覆盖塑料模板，模板厚度为15 mm，并使用角钢夹固定模板。

7 结语