葉春雷
摘要:本文結(jié)合較多實際案例,分析了普通鋼筋砼方形框架柱模板理論計算與實際施工的差異,供廣大同行參考、指正。
關(guān)鍵詞:柱模板;理論計算;實際施工;差異。
背景:內(nèi)蒙古滿洲里地區(qū)冬季施工,以700×700mm框架柱為例,柱高4m。
1、理論計算(荷載、面板、豎肋、柱箍)
擬定柱模面板采用18mm厚木質(zhì)膠合多層板;豎肋采用50×100mm東北落葉松方木,間距為233mm;柱箍采用2―100×100mm方木,間距為500mm。
1.1、荷載計算
柱子模板計算承載能力時,需考慮參與組合的荷載項為:新澆筑混凝土對模板側(cè)面的壓力和傾倒混凝土時產(chǎn)生的荷載兩項。
例:700×700框架柱
根據(jù)工程施工的實際情況,混凝土重力密度按23KN/m3計算,混凝土初凝時間根據(jù)施工進度計劃、施工地氣候條件以及施工地攪拌站砼供應(yīng)情況,按最不利時取5小時計算,混凝土柱澆注速度按4m/h計算。
新澆筑混凝土對模板側(cè)面的壓力:
F=0.22γct0β1β2v1/2=58.19KN/m2
傾倒混凝土時產(chǎn)生的荷載標準值取5 KN/m2(偏安全)
則荷載設(shè)計值為:
p=58.19×1.2+5×1.4=76.83 KN/m2
1.2、面板計算
方柱砼側(cè)壓力:F=76.83 KN/m2=0.076N/mm2
面板采用18mm厚木質(zhì)膠合多層板
取1 mm寬的多層板板帶進行計算, 其幾何特性和物理特性為:
截面慣性矩:Ix=bh3/12=486mm4
截面最小抵抗矩:Wx=bh2/6=54mm3
彈性模量取:E=7.5×103N/ mm2
抗彎強度f?。?5N/mm2
面板按三等跨連續(xù)梁計算,荷載為:q1=F×1mm=0.078 N/mm
Mmax=0.101 q1 l2 = 0.101×0.076×2332=416.72N.mm
強度驗算: σmax= Mmax/Wx=416.72/54=7.72N/mm2 所以:滿足強度要求 撓度驗算: ωmax=kwql4/(100EI) =0.61mm 所以:滿足撓度要求 1.3、豎肋計算 豎肋采用50×100mm方木, 其幾何特性和物理特性為: 截面慣性矩: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 彈性模量?。篍=7.5×103N/ mm2 抗彎強度f取:15N/mm2 q1=F×L=0.076×233=17.71 N/mm 柱箍間距分別按500mm間距布置,起始間距為250mm。 豎肋按三等跨連續(xù)梁計算,彎矩為: Mmax=0.101 q1l2 = 0.101×17.71×5002=447177 N.mm 強度驗算:σmax= Mmax/Wx=447177/(8.3×104)=5.39N/mm2 滿足強度要求 撓度計算: ωmax=0.677q1×L4/100EIx=0.24mm 滿足撓度要求 1.4、柱箍計算 柱箍采用2―100×100mm方木,間距為50cm, 其幾何特性和物理特性為: 截面最小抵抗矩:Wx = 2bh2/6= 1/6×100×1002×2=3.333×105 mm3 截面慣性矩:Ix = 2bh3/12=1/12×100×1003×2=1.666×107 mm4 彈性模量:E =7.5×103N/ mm2 抗彎強度f =15N/mm2 q1=F×L=0.076×500=38N/mm 柱箍按單跨簡支梁近似計算: Mmax=38×9002/8=3847500N.mm 強度驗算:σmax =Mmax/Wx=11.54N/mm2≤f=15N/mm2 滿足強度要求 撓度計算:ωmax=5×q1×L4/384EI= 5×38×9004/384×7500×1.666×107=2.59mm 理論計算顯然不滿足撓度要求,需采用其他材料柱箍,或調(diào)整柱箍間距。 2、理論計算與實際施工的差異 2.1、新澆筑混凝土對模板側(cè)面的壓力 通過現(xiàn)場澆筑混凝土對模板側(cè)壓力的實際檢測得出:采用泵送混凝土方式傾倒混凝土時產(chǎn)生的荷載最大值約為1.86 KN/m2;框架柱混凝土澆筑到設(shè)計標高后,在約2.75m處平均側(cè)壓力最大,側(cè)壓力約為32.19KN/m2。 由此得出:實際測出的混凝土側(cè)壓力僅為理論計算76.83 KN/m2的41.9%。 2.2、面板的選擇 根據(jù)以往在北京地區(qū)施工的案例及經(jīng)驗,考慮到滿洲里地區(qū)的冬季氣候條件以及當?shù)厣唐坊炷翑嚢枵净炷凉?yīng)等因素,為保險起見,框架柱模板選擇了14mm厚木質(zhì)膠合多層板,拆模后混凝土表面平整度符合規(guī)范要求。 根據(jù)現(xiàn)場實際測出的混凝土最大側(cè)壓力35.19KN/m2,如采用12mm厚木質(zhì)膠合多層板,可計算得出: 強度驗算: σmax= Mmax/Wx=175.46/12=14.6N/mm2 亦滿足強度要求 撓度驗算: ωmax=kwql4/(100EI) =0.25mm 亦滿足撓度要求 所以可得出結(jié)論:在施工條件相類似的情況下,該框架柱采用12mm厚多層板做為面板依然能夠滿足施工需求。 2.3、豎肋的選擇 根據(jù)根據(jù)較多的施工案例及經(jīng)驗,豎肋采用50×100mm方木,間距為233mm,在柱700mm寬截面范圍內(nèi)設(shè)置為四條三跨。理論計算滿足要求的情況下不宜更改。 2.4、柱箍的選擇 考慮多種客觀因素,結(jié)合當?shù)仄渌こ痰膶嶋H經(jīng)驗,現(xiàn)場實際采用了2―100×100mm方木做為柱箍,間距為500mm。 根據(jù)現(xiàn)場實際測出的混凝土最大側(cè)壓力35.19KN/m2,如采用2―100×100mm方木,間距為500mm,可計算得出: 強度驗算:σmax =Mmax/Wx=4.86N/mm2≤f=15N/mm2 滿足強度要求 撓度計算:ωmax=5×q1×L4/384EI=5×16×9004/384×7500×1.666×107= 1.09mm 顯然即便是按照實際最大側(cè)壓力35.19KN/m2進行計算依然不滿足撓度要求,但根據(jù)現(xiàn)場拆模后的實際測量,混凝土表面的平整度誤差平均為+0.1mm左右,完全滿足《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB5024-2002的要求。 所以可得出結(jié)論:在施工條件相類似的情況下,該框架柱采用2―100×100mm方木做為柱箍,間距為500mm完全能夠滿足施工需求。此外,根據(jù)大量的施工案例及經(jīng)驗,筆者認為,方形及矩形框架柱最大邊長≤800mm時,使用2―48*3.5鋼管做為柱箍完全可以承受混凝土自身及澆筑時產(chǎn)生的側(cè)壓力,滿足施工需求。 3、結(jié)語 根據(jù)較多的施工案例以及同行類似施工經(jīng)驗,普通鋼筋砼方形框架柱模板理論計算與實際施工的存在較大的差異,理論計算均為按照受力桿件進行的相近似計算,且計算過程中參數(shù)的選擇均留有較大的安全系數(shù)。那么,如何在保證施工質(zhì)量和安全的前提下使方案的選擇更加經(jīng)濟、合理,是廣大同行值得研究的課題。 混凝土自身及澆筑時對模板產(chǎn)生的側(cè)壓力荷載,與施工地水文氣候條件、結(jié)構(gòu)形式、混凝土攪拌站供應(yīng)情況、混凝土自身質(zhì)量、澆筑方式、工人施工水平等多種因素均有相互關(guān)系。筆者認為,模板設(shè)計時,在理論計算的基礎(chǔ)上進行必要的經(jīng)驗分析、相同構(gòu)件試驗等亦是非常重要的,最終模板方案的選定對工程的成本節(jié)約起著重要作用。