摘 要:文章根据工程的特殊性,在超厚墙体模板设计上采取的技术措施满足工程要求,为同类型工程施工提供了参考。
关键词:超厚混凝土墙,模板三角架支撑
中图分类号:TU398. 2
兰州绿源辐照有限责任公司开发建设的“兰州绿源辐照中心”工程,为一层(局部二层) 生产车间,建筑9. 75 高度米,总建筑面积1817m2 。
在源室设计上采取大体积超厚(源室砼墙体厚度有1m 和2m 两种,墙净高为5. 05m ;源室顶板砼厚度为2m) 砼结构,作为辐照源的屏蔽物,不允许在砼结构上(特别在—0. 3m～2m 范围内) 产生细微裂缝和使用对拉螺杆,并且砼结构几何尺寸要求非常严格,模板支撑体系的设计和施工合理与否也直接影响到该工程的正常使用。
1 模板设计方案的制定
1. 1 模板设计方案依据
该工程是采用“γ”射线辐照装置对日用产品进行消毒、灭菌、对水果、蔬菜、食品等进行保鲜防腐的原子能技术和平利用项目,在我市为首例,施工无成熟的实践经验可借鉴。
(1) 源室墙体砼厚度有1m 和2m 两种,高度(净高为) 5. 05m ;
(2) 源室顶板砼厚度为2m ;
(3) 源室墙体在标高- 0. 3m 到2m 的范围内不得留施工缝;
(4) 模板安装不允许设置对拉穿墙螺杆;
(5) 砼浇筑成型不允许有贯穿的细微裂缝;
1. 2 混凝土墙模板支撑方案
该工程在源室底板上有内外两层剪力墙,厚度为1 米和2 米,内外墙间距1. 2 米。考虑工程的特殊性,设计型钢直角三角架支撑,用型钢把三角架直角面连接成网架,使其不会失稳;在型钢三角架支撑与底板间埋设ф20 螺杆,间距1200mm 并用18 # 槽钢连通,固定三角架直角,使三角架不会产生位移。
在底板上墙位置内预埋ф16 拉环,间距1000mm ,用花篮螺丝调节,固定模板,防止模板变形。这样的模板支撑即解决了砼浇筑时向外涨模,又解决了模板向内倾斜。在外墙与内墙之间用双排架支撑内侧模板,控制间距。
1. 3 墙体支撑体系计算
(1) 源室剪力墙墙高5. 05m ,采用坍落度为120～140mm 的商品砼, HB T - 60 砼泵送浇筑强度按20m3 / h ,则外墙浇筑速度V = 浇筑强度/ 外墙砼面积= 20/ 70. 42 = 0. 26m/ h ,内墙浇筑速度V = 浇筑强度/ 内墙砼面积= 20/ 52. 6 = 0. 38m/ h ,浇筑入模温度为20 ℃。
按以下两式计算,砼作用于模板的最大侧压力及有效压头高度。
F = 0. 22γc t0β1β2V1/ 2 F =γc H
F —新浇筑砼的最大侧压力( KN/ m2 )
γc —混凝土的表观密度
t0 —新浇筑砼的初凝时间
V —砼的浇筑速度(m/ h)
H —砼侧压力计算位置处至新灌筑砼顶面的总高度(m)
β1 —外加剂影响修正系数,取1. 2
β2 —砼坍落影响修正系数,取1. 0外墙侧压力:
F = 0. 22γc t0β1β2ν1/ 2= 19. 22 KN/ m2
F =γc H = 25 ×4. 45 = 111. 25 KN/ m2
取二者中最小值,故F外= 19. 22 KN/ m2内墙侧压力:
F = 0. 22γc t0β1β2ν1/ 2= 23. 37 KN/ m2
F =γc H = 111. 25 KN/ m2
取二者中最小值,故F内= 23. 37 KN/ m2在内、外墙所受的侧压力中取较大值则F = 23.37 KN/ m2有效压头高度为:h = F/ 25 = 23. 37/ 25 = 0. 93m计算支承钢楞,选用2Φ48 ×3. 5 钢管作内、外钢楞,内钢楞横向布置,间距a 取600mm。根据墙高,内钢楞的最大跨度按三跨以上连续梁计算。
按抗弯强度计算,内钢楞的容许跨度b ;已知
I= 24. 38 ×104 mm4 ,W = 10. 16 ×103 mm3 , E = 2. 1×105Mpa ,fW = 215MP。
b = (10fw/ Pm ×a) 1/ 2= 1248 mm
按挠度计算内钢楞的容许跨度b :
b = (150[ω] EI/ Pm ×a) 1/ 4= 1276 mm
取较小值1248 mm。
按以上计算,内钢楞跨度可取600 mm ,外钢楞采用内钢楞同一规格,间距为600 mm。
(2) 剪力墙大模板支撑,考虑用型钢三角架,间距1200mm ,立杆高4800mm ,按立杆与水平杆2 :1的比例,则水平杆为2400mm ; 考虑模板围檩间距600mm ,为了尽量使杆件弯距减小,1200mm 设置一道拉杆;按悬臂架演算该支撑如下:O 点处预埋螺栓与钢架连接,视为支座,A 点固定后也视为支座,则该系统受力图如下:
由上图用图解法可求出各杆件受力如下: (“ - ”为拉力“, + ”为压力)
S1 = 0 S2 = 0 KN S3 = - 28. 04 KN
S4 = - 16. 69 KN S5 = 66. 5 KN
S6 = 94. 05 KN S7 = 20. 9 KN S8 = 31.35 KN
S9 = 0 S10 = 36. 34 KN S11 = 37. 39 KN
S12 = - 13. 22 KN
S13 = 14. 02 KN S14 = - 31. 35 KN
S15 = 28. 04 KN
ROH = 94. 54 KN ROV = - 84. 12 KN
RAV = 84. 12 KN
钢架杆件选择:
OB 为轴心受拉杆件,不需要演算长细比,所受最大内力为28. 04 KN ,选用L63 ×6 ,A = 729 mm2 ,考虑型钢焊缝偏差,其容许应力乘以0. 95 的折减系数,则
σ= S/ A = 38. 46N/ mm2 < 0. 95f= 0. 95 ×215 = 204N/ mm2
满足强度要求。
AB 为轴心受压杆件,所受最大内力为94. 05KN ,选用
L63 ×8 ,A = 951 mm2 ,i = 1. 90 ,l = 134. 2cm.λ= L/ I = 134. 2/ 1. 90 = 70. 63 < [λ] = 150
由《钢结构设计规范》附录四查得ψ= 0. 588 ,考虑型钢焊缝偏差,其容许应力乘以0. 95 的折减系数,则
σ= S/ ( ψA) = 68. 62 N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215 = 204N/ mm2
此杆件在容许长细比和强度方面均满足要求。OA 为轴心受拉杆件,不需要演算长细比,所受最大内力为94. 54 KN ,选用L50 ×5 ,A = 480 mm2 ,考虑型钢焊缝偏差,其容许应力乘以0. 95 的折减系数,则
σ= S/ A = 196. 96N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215= 204N/ mm2
满足强度要求。
S10 为轴心受拉杆件,不需要演算长细比,所受最大内力为16. 34 KN , 选用φ12 钢筋, A = 113mm2 ,考虑型钢焊缝偏差,其容许应力乘以0. 95 的折减系数,则
σ= S/ A = 144. 6N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215 =204N/ mm2
满足强度要求。
S11 为轴心受压杆件,所受最大内力为37. 39KN ,选用
L63 ×8 , A = 729 mm2 , i = 1. 93 , l =180cm.
λ= L/ I = 93. 26 < [λ] = 150
ψ= 0. 581 ,
考虑型钢焊缝偏差,其容许应力乘以0. 95 的折减系数,则
σ= S/ ( ψA) = 88. 28 N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215 = 204N/ mm2
此杆件在容许长细比和强度方面均满足要求。S12 为轴心受拉杆件,不需要演算长细比,所受最大内力为13. 22 KN , 选用φ12 钢筋, A = 113mm2 ,考虑型钢焊缝偏差,其容许应力乘以0. 95 的折减系数,则
σ= S/ A = 116. 99N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215= 204N/ mm2
满足强度要求。
S13 为轴心受压杆件,所受最大内力为14. 02KN ,选用L50 ×5 , A = 480 mm2 , i = 1. 53 , l =120cm.λ= L/ I = 78. 43 < [λ] = 150ψ= 0. 655 ,考虑型钢焊缝偏差,其容许应力乘以0. 95 的折减系数,则σ= S/ (ψA) = 44. 59 N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215 = 204N/ mm2
此杆件在容许长细比和强度方面均满足要求。S14 为轴心受拉杆件,不需要演算长细比,所受最大内力为31. 35 KN , 选用φ15 钢筋, A = 154mm2 ,考虑型钢焊缝偏差,其容许应力乘以0. 95 的折减系数,则
σ= S/ A = 203. 57N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215= 204N/ mm2
满足强度要求。
S15 为轴心受压杆件,所受最大内力为28. 04KN ,选用L50 ×5 ,A = 480 mm2 ,i = 1. 53 ,l = 60cm.λ= L/ I = 39. 22 < [λ] = 150ψ= 0. 878 ,考虑型钢焊缝偏差,其容许应力乘以0. 95 的折减系数,则σ= S/ (ψA) = 66. 53 N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215 = 204N/ mm2
此杆件在容许长细比和强度方面均满足要求。
(3) 连接板焊缝验算:
验算连接中应力最大的构件支点,取O 点的OA 构件做验算。连接板厚t = 18mm ,承受的轴心力为N = 94.54 KN ,手工焊接,焊条用E43 ,采用三面围焊。焊缝设计强度f = 160N/ mm2 ,设h = 8mm。Σlw = N/ hef = 10. 5cm故保证构件与连接板的搭接长度为6cm。这样就可以保证焊缝的长度。
按以上计算结果制作三角钢架即可满足模板支撑需要,然后在模板顶部加一道拉杆,在三角钢架底边外角处处理好地基使其成为刚性支座,这样的构造要求可以使支撑体系更稳定。
2 实施效果
按上述模板支撑设计,超厚混凝土墙施工完拆模后,墙体垂直度,平整度均符合施工质量验收规范要求,未见墙面跑,胀模现象,结构验收一次通过。工程施工完工后,经检测各项指标符合设计及相关规范要求,通过竣工验收。
