水泥压力板免拆模板体系施工工法.docx
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水泥压力板免拆模板体系施工工法
1前言
免拆模板属于装配式建筑范畴,十三五住建部印发了推进装配式建筑的一系列方案、管理办法;地方上也有不同的政策支持,无论是从容积率、用地、税收都证明了装配式建筑的应用前景。
免拆模板主要材料为硅酸钙板(气干强度≥7MPa)见下图,在不改变厚度的前提下抗压、抗折、抵抗渗透性、抗侵蚀性都要优于传统木模板,结构成型之后可以作为保护层提高楼板的工作性能,与传统模板不同的是混凝土养护完成之后模板不用拆除只需要把快拆支撑架体拆除即可。
图1.1硅酸钙板
关键技术审定:
具备设计院出具的准许使用文件,免拆模板体系构成材料均符合现行规范标准并附有力学计算书。
2特点
免拆模板施工按图拼装最大程度的节省了模板的安装工序。
与传统木模板,钢模、塑料模板相比较,最大的优势是模板不用拆除,作为结构的一部分,在支撑架搭设期间就可以进行下料,等模板按图拼装时加工区的下料也完成大半,剩下的小部分在模板安装的过程中平行施工,不会影响模板工期,同样的人员配置经过有条理的组合穿插作业提高了工作效率避免人员太少不够用、太多窝工的情况,另一方面也尽可能加快了施工速度;
支撑体系采用承插式盘扣支撑架,模块化、工具化作业,搭拆快捷,大幅提高施工效率。
3适用范围
可使用范围:
标准墙、柱、梁、板都可以使用,但用在楼板部位是最合适的,其他位置施工难度高,操作不便且费工费料综合考虑决定不予采用。
免拆模板对作业环境要求并不高基本可用于任何施工环境下、工期紧张的大型项目、混凝土结构公共建筑、推荐应用于井字梁形式的项目、报奖项目、紧跟政策要求装配率的项目,但材料整体造价偏高。
4工艺原理
4.1模板体系组成
支撑体系采用承插式盘扣支撑架,由水平杆、立杆、斜杆、可调托撑组成。
免拆模板由衬板、液态界面剂、C型钢、燕尾钉组成,(详见图4.1,4.2);
衬板:
模板是硅酸钙板的升级产品,规格尺寸:
1220mm×2440mm,厚度12mm,六面防水。
液态界面剂:
水泥、乳胶粉、水等混合制成的聚合物胶浆,在衬板接触混凝土一面满刷界面剂。
加工厂已经完成此道工序。
C型钢:
模板龙骨采用热镀锌材质的C型钢,规格为C30×15×6×t1.5mm。
做为免拆模板上龙骨使用,替代垫块保证混凝土保护层厚度;并同时做为钢筋支架与板下层钢筋网焊接,保证整体结构稳定性;
燕尾钉:
镀锌平头燕尾钉加垫片一起使用,规格为M4.2×25mm。
图4.1模板构造图及C型钢详图
图4.2成品模板(左:
板底右:
接触钢筋混凝土一侧)
4.2原理
支撑体系立杆采用套管承插连接,水平杆和斜杆采用杆端楔形接头卡入连接盘,形成结构几何不变体系的钢管支架,计算书见下节
免拆模板在浇筑混凝土完成之后不用拆除,利用界面剂增强了衬板与混凝土的粘结力;通过C型钢与混凝土之间的握裹力再一次增强了模板的粘结性,作为防止模板脱落的第二道保险;免拆模板优异的物理、力学性能可使其融入建筑结构体系中作为楼板中的一部分,计算书见下节。
4.3计算书
4.3.1支撑体系力学计算书
4.3.1.1计算依据:
(1)《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162-2008
(2)《建筑施工承插盘扣式钢管支架安全技术规范》JGJ231-2010
(3)《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
(4)《建筑结构荷载规范》GB50009-2012
(5)《钢结构设计标准》GB50017-2017
4.3.1.2荷载设计
表4.1荷载设计
模板及其支架自重标准值G1k(kN/m2)
面板
0.1
面板及小梁
0.3
楼板模板
0.5
混凝土自重标准值G2k(kN/m3)
24
钢筋自重标准值G3k(kN/m3)
1.1
施工人员及设备产生的荷载标准值Q1k(kN/m2)
3
泵送、倾倒混凝土等因素产生的水平荷载标准值Q2k(kN/m2)
1
其他附加水平荷载标准值Q3k(kN/m)
0.55
Q3k作用位置距离支架底的距离h1(m)
3.9
风荷载标准值ωk(kN/m2)
基本风压ω0(kN/m2)
0.3
0.076
地基粗糙程度
D类(有密集建筑群且房屋较高市区)
模板支架顶部距地面高度(m)
9
风压高度变化系数μz
0.51
风荷载体型系数μs
0.5
风荷载作用方向
沿模板支架横向作用
抗倾覆计算中风荷载作用位置距离支架底的距离h2(m)
3.9
4.3.1.3模板体系设计
表4.2模板体系设计
主梁布置方向
平行立杆纵向方向
立杆纵向间距la(mm)
900
立杆横向间距lb(mm)
900
水平拉杆步距h(mm)
1500
顶层水平杆步距hˊ(mm)
1000
支架可调托座支撑点至顶层水平杆中心线的距离a(mm)
450
小梁间距l(mm)
400
小梁最大悬挑长度l1(mm)
150
主梁最大悬挑长度l2(mm)
100
4.3.1.4设计简图如下:
图4.3模板设计平面图
图4.4纵向剖面图
图4.5横向剖面图
4.3.1.5面板验算
表4.3面板参数
面板类型
覆面木胶合板
面板厚度t(mm)
12
面板抗弯强度设计值[f](N/mm2)
15
面板抗剪强度设计值[τ](N/mm2)
1.4
面板弹性模量E(N/mm2)
10000
面板计算方式
简支梁
按简支梁,取1m单位宽度计算。
W=bh2/6=1000×12×12/6=24000mm3,I=bh3/12=1000×12×12×12/12=144000mm4
承载能力极限状态
q1=[1.2×(G1k+(G2k+G3k)×h)+1.4×Q1k]×b=[1.2×(0.1+(24+1.1)×0.12)+1.4×3]×1=7.934kN/m
正常使用极限状态
q=(γG(G1k+(G2k+G3k)×h)+γQ×Q1k)×b=(1×(0.1+(24+1.1)×0.12)+1×3)×1=6.112kN/m
计算简图如下:
(1)强度验算
Mmax=q1l2/8=7.934×0.42/8=0.159kN·m
σ=Mmax/W=0.159×106/24000=6.612N/mm2≤[f]=15N/mm2
满足要求!
(2)挠度验算
νmax=5ql4/(384EI)=5×6.112×4004/(384×10000×144000)=1.415mm
νmax=1.415mm≤min{400/150,10}=2.667mm
满足要求!
4.3.1.6小梁验算
表4.4小梁参数
小梁类型
矩形木楞
小梁截面类型(mm)
60×80
小梁抗弯强度设计值[f](N/mm2)
12.87
小梁抗剪强度设计值[τ](N/mm2)
1.386
小梁截面抵抗矩W(cm3)
64
小梁弹性模量E(N/mm2)
8415
小梁截面惯性矩I(cm4)
256
小梁计算方式
二等跨连续梁
q1=[1.2×(G1k+(G2k+G3k)×h)+1.4×Q1k]×b=[1.2×(0.3+(24+1.1)×0.12)+1.4×3]×0.4=3.27kN/m
因此,q1静=1.2×(G1k+(G2k+G3k)×h)×b=1.2×(0.3+(24+1.1)×0.12)×0.4=1.59kN/m
q1活=1.4×Q1k×b=1.4×3×0.4=1.68kN/m
计算简图如下:
(1)强度验算
M1=0.125q1静L2+0.125q1活L2=0.125×1.59×0.92+0.125×1.68×0.92=0.331kN·m
M2=q1L12/2=3.27×0.152/2=0.037kN·m
Mmax=max[M1,M2]=max[0.331,0.037]=0.331kN·m
σ=Mmax/W=0.331×106/64000=5.173N/mm2≤[f]=12.87N/mm2
满足要求!
(2)抗剪验算
V1=0.625q1静L+0.625q1活L=0.625×1.59×0.9+0.625×1.68×0.9=1.839kN
V2=q1L1=3.27×0.15=0.49kN
Vmax=max[V1,V2]=max[1.839,0.49]=1.839kN
τmax=3Vmax/(2bh0)=3×1.839×1000/(2×60×80)=0.575N/mm2≤[τ]=1.386N/mm2
满足要求!
(3)挠度验算
q=(γG(G1k+(G2k+G3k)×h)+γQ×Q1k)×b=(1×(0.3+(24+1.1)×0.12)+1×3)×0.4=2.525kN/m
挠度,跨中νmax=0.521qL4/(100EI)=0.521×2.525×9004/(100×8415×256×104)=0.401mm≤[ν]=min(L/150,10)=min(900/150,10)=6mm;
悬臂端νmax=ql14/(8EI)=2.525×1504/(8×8415×256×104)=0.007mm≤[ν]=min(2×l1/150,10)=min(2×150/150,10)=2mm
满足要求!
4.3.1.7主梁验算
表4.5主梁参数
主梁类型
钢管
主梁截面类型(mm)
Φ48×3.5
主梁计算截面类型(mm)
Ф48×3
主梁抗弯强度设计值[f](N/mm2)
205
主梁抗剪强度设计值[τ](N/mm2)
125
主梁截面抵抗矩W(cm3)
4.49
主梁弹性模量E(N/mm2)
206000
主梁截面惯性矩I(cm4)
10.78
主梁计算方式
三等跨连续梁
(1)小梁最大支座反力计算
q1=[1.2×(G1k+(G2k+G3k)×h)+1.4×Q1k]×b=[1.2×(0.5+(24+1.1)×0.12)+1.4×3]×0.4=3.366kN/m
q1静=1.2×(G1k+(G2k+G3k)×h)×b=1.2×(0.5+(24+1.1)×0.12)×0.4=1.686kN/m
q1活=1.4×Q1k×b=1.4×3×0.4=1.68kN/m
q2=(γG(G1k+(G2k+G3k)×h)+γQ×Q1k)×b=(1×(0.5+(24+1.1)×0.12)+1×3)×0.4=2.605kN/m
承载能力极限状态
按二等跨连续梁,Rmax=1.25q1L=1.25×3.366×0.9=3.786kN
按二等跨连续梁按悬臂梁,R1=(0.375q1静+0.437q1活)L+q1l1=(0.375×1.686+0.437×1.68)×0.9+3.366×0.15=1.735kN
R=max[Rmax,R1]=3.786kN;
正常使用极限状态
按二等跨连续梁,R'max=1.25q2L=1.25×2.605×0.9=2.93kN
按二等跨连续梁悬臂梁,R'1=0.375q2L+q2l1=0.375×2.605×0.9+2.605×0.15=1.27kN
R'=max[R'max,R'1]=2.93kN;
计算简图如下:
图4.6主梁计算简图一
图4.7主梁计算简图二
(2)抗弯验算
图4.8主梁弯矩图一(kN·m)
图4.9主梁弯矩图二(kN·m)
σ=Mmax/W=0.773×106/4490=172.091N/mm2≤[f]=205N/mm2
满足要求!
(3)抗剪验算
图4.10主梁剪力图一(kN)
图4.11主梁剪力图二(kN)
τmax=2Vmax/A=2×5.905×1000/424=27.855N/mm2≤[τ]=125N/mm2
满足要求!
(4)挠度验算
图4.12主梁变形图一(mm)
图4.13主梁变形图二(mm)
跨中νmax=1.283mm≤[ν]=min{900/150,10}=6mm
悬挑段νmax=0.476mm≤[ν]=min(2×100/150,10)=1.333mm
满足要求!
(5)支座反力计算
承载能力极限状态
图一
支座反力依次为R1=6.75kN,R2=8.777kN,R3=9.308kN,R4=5.453kN
图二
支座反力依次为R1=6.085kN,R2=9.059kN,R3=9.059kN,R4=6.085kN
4.3.1.8可调托座验算
表4.6可调托座
荷载传递至立杆方式
可调托座
可调托座承载力容许值[N](kN)
30
按上节计算可知,可调托座受力N=9.308kN≤[N]=30kN
满足要求!
4.3.1.9立杆验算
表4.7立杆参数
立杆钢管截面类型(mm)
Ф48×3.2
立杆钢管计算截面类型(mm)
Ф48×3
钢材等级
Q345
立杆截面面积A(mm2)
424
立杆截面回转半径i(mm)
15.9
立杆截面抵抗矩W(cm3)
4.49
抗压强度设计值[f](N/mm2)
300
支架自重标准值q(kN/m)
0.15
支架立杆计算长度修正系数η
1.2
悬臂端计算长度折减系数k
0.7
(1)长细比验算
l01=hˊ+2ka=1000+2×0.7×450=1630mm
l0=ηh=1.2×1500=1800mm
λ=max[l01,l0]/i=1800/15.9=113.208≤[λ]=150
满足要求!
(2)立杆稳定性验算
顶部立杆段:
λ1=l01/i=1630.000/15.9=102.516
查表得,φ=0.46
不考虑风荷载:
N1=9.308kN
f=N1/(ΦA)=9307.551/(0.46×424)=47.721N/mm2≤[f]=300N/mm2
满足要求!
非顶部立杆段:
λ=l0/i=1800.000/15.9=113.208
查表得,φ1=0.386
不考虑风荷载:
N=9.308+γG×q×H=9.308+1.2×0.15×4.9=10.19kN
f=N/(φ1A)=10.19×103/(0.386×424)=62.259N/mm2≤[σ]=300N/mm2
满足要求!
4.3.1.10高宽比验算
根据《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规范》JGJ231-2010第6.1.4:
对长条状的独立高支模架,架体总高度与架体的宽度之比不宜大于3。
H/B=4.9/39=0.126≤3
满足要求!
4.3.1.11抗倾覆验算
混凝土浇筑前,倾覆力矩主要由风荷载产生,抗倾覆力矩主要由模板及支架自重产生
MT=ψc×γQ(ωkL1Hh2+Q3kL1h1)=1×1.4×(0.076×39×4.9×3.9+0.55×39×3.9)=196.416kN·mMR=γG(G1k+0.15H/(lalb))L1B12/2=0.9×(0.5+0.15×4.9/(0.9×0.9))×39×392/2=37568.7kN·m
MT=196.416kN·m≤MR=37568.7kN·m
满足要求!
混凝土浇筑时,倾覆力矩主要由泵送、倾倒混凝土等因素产生的水平荷载产生,抗倾覆力矩主要由钢筋、混凝土、模板及支架自重产生
MT=ψc×γQ(Q2kL1H2+Q3kL1h1)=1×1.4×(1×39×4.92+0.55×39×3.9)=1428.063kN·m
MR=γG[(G2k+G3k)×h0+(G1k+0.15H/(lalb))]L1B12/2=0.9×[(24+1.1)×0.12+(0.5+0.15×4.9/(0.9×0.9))]×39×392/2=117969.673kN·m
MT=1428.063kN·m≤MR=117969.673kN·m
满足要求!
4.3.1.12立杆支承面承载力验算
表4.8楼面参数
支撑层楼板厚度h(mm)
120
混凝土强度等级
C40
混凝土的龄期(天)
7
混凝土的实测抗压强度fc(N/mm2)
11.078
混凝土的实测抗拉强度ft(N/mm2)
0.992
立杆垫板长a(mm)
200
立杆垫板宽b(mm)
100
F1=N=10.19kN
(1)受冲切承载力计算
根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第6.5.1条规定,见下表
表4.9受冲击承载力
公式
参数剖析
Fl≤(0.7βhft+0.25σpc,m)ηumh0
F1
局部荷载设计值或集中反力设计值
βh
截面高度影响系数:
当h≤800mm时,取βh=1.0;当h≥2000mm时,取βh=0.9;中间线性插入取用。
ft
混凝土轴心抗拉强度设计值
σpc,m
临界面周长上两个方向混凝土有效预压应力按长度的加权平均值,其值控制在1.0-3.5N/㎜2范围内
um
临界截面周长:
距离局部荷载或集中反力作用面积周边h0/2处板垂直截面的最不利周长。
h0
截面有效高度,取两个配筋方向的截面有效高度的平均值
η=min(η1,η2)η1=0.4+1.2/βs,η2=0.5+as×h0/4Um
η1
局部荷载或集中反力作用面积形状的影响系数
η2
临界截面周长与板截面有效高度之比的影响系数
βs
局部荷载或集中反力作用面积为矩形时的长边与短边尺寸比较,βs不宜大于4:
当βs<2时取βs=2,当面积为圆形时,取βs=2
as
板柱结构类型的影响系数:
对中柱,取as=40,对边柱,取as=30:
对角柱,取as=20
说明
在本工程计算中为了安全和简化计算起见,不考虑上式中σpc,m之值,将其取为0,作为板承载能力安全储备。
可得:
βh=1,ft=0.992N/mm2,η=1,h0=h-20=100mm,
um=2[(a+h0)+(b+h0)]=1000mm
F=(0.7βhft+0.25σpc,m)ηumh0=(0.7×1×0.992+0.25×0)×1×1000×100/1000=69.44kN≥F1=10.19kN
满足要求!
(2)局部受压承载力计算
根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第6.6.1条规定,见下表
表4.10局部受压参数
公式
参数剖析
Fl≤1.35βcβlfcAln
F1
局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值
fc
混凝土轴心抗压强度设计值;可按本规范表4.1.4-1取值
βc
混凝土强度影响系数,按本规范第6.3.1条的规定取用
βl
混凝土局部受压时的强度提高系数
Aln
混凝土局部受压净面积
βl=(Ab/Al)1/2
Al
混凝土局部受压面积
Ab
局部受压的计算底面积,按本规范第6.6.2条确定
可得:
fc=11.078N/mm2,βc=1,
βl=(Ab/Al)1/2=[(a+2b)×(b+2b)/(ab)]1/2=[(400)×(300)/(200×100)]1/2=2.449,Aln=ab=20000mm2
F=1.35βcβlfcAln=1.35×1×2.449×11.078×20000/1000=732.657kN≥F1=10.19kN
满足要求!
4.3.2免拆模板力学计算书
4.3.2.1应用范围:
楼板
4.3.2.2免拆模板系统节点构造:
图4.14免拆模系统节点构造
4.3.2.3免拆模板荷载计算书:
(1)混凝土标准值:
24KN/㎡
(2)钢筋自重标准值:
1.1KN
(3)施工人员及设备荷载标准值:
2.5KN
(4)楼板厚度按120mm算;
(5)荷载标准值:
F=24*0.12+1.1+2.5=6.48KN
4.3.2.4C型钢龙骨间距
(1)新浇筑的混凝土均匀作用在免拆模板上,单位宽度的面板可以视为梁,C型钢龙骨视为梁支点按五跨连续设置,梁宽度取30mm。
(2)板厚按120mm计算,最大弯矩为Mmax=0.12q2I22
(3)最大挠度:
Umax=0.8q2I24/(120EL)
(4)其中线荷载计算值:
q2=8*0.2=1.6N/m。
4.3.2.5免拆模板系统性能指标
(1)荷载力≥7KN/㎡
(2)抗压力≥30KN/㎡
(3)纵横压折比≥58%
(4)抗冲击性≥2.6J/㎡
(5)干燥强度≥10MPa
(6)自攻螺丝钉握钉力≥600N/个
4.3.2.6验算结论
(1)免拆模板系统衬板每平米承载力标准值应≥6.48KN,实际衬板承载力≥7KN,能满足承载力要求。
(2)C型钢按照五步五跨设计,能够满足最大挠度、及线性荷载要求。
(3)自攻螺丝每平米加设16个,单个握钉力为600N,合计握钉力为9.6KN,能够满足混凝土荷载要求。
综上所述:
免拆模板及组成材料部分能够满足混凝土动态及静态荷载要求。
5工艺流程及操作要点:
5.1免拆模板体系施工
主要步骤跟木模板无本质区别:
相比较而言模板的加工由作业层变更为地面加工区,加工完成之后按序号拼装模板;省了最后的模板拆除工作。
图5.1免拆模板体系施工步骤
图5.2安装成品图
5.1.1支撑体系搭设
考虑了施工便捷性通过计算确定承插式盘扣支撑体系满足要求,立杆间距0.9m*0.9m,步距1.5米,搭设高度4.9m,每隔5m设置纵向剪刀撑;楼内作业不需要考虑排水情况。
清理楼面-----铺设立杆下垫板-----搭设立杆并逐根与横杆扣紧-----由此向上继续搭设-----搭设剪刀撑-----满铺脚手板-----挂安全网-----设置可调托撑
5.1.2免拆模板加工制作
龙骨间距400mm,燕尾钉间距150mm,根据建材规范、实验结果及计算书得出的最终数据。
整包模板拆封------双面弹线-----摆放C型钢-----界面剂一侧接触C钢------非界面剂一侧沿墨线打燕尾钉-----板底外漏燕尾钉涂刷防锈漆-----单板加工完成-----根据图纸切割下料-----模板加工完成
模板加工下料要求应注意加工的精细度,不允许有超过1mm的剪切偏差;在模板下料配板过程中,避免出现1/3板;边角位置尺寸标注完整,保证下一步的剪切下料准确可控;剪切下料完成后注意成品保护,吊装时需要加设底座;
下料图示
图5.3下料图示
表5.1材料清单
1号板尺寸详图
2号板尺寸详图
3号板尺寸详图
4号板尺寸详图
5号板尺寸详图
6号板尺寸详图
5.1.3免拆模板安装
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