摘 要:文章根據工程的特殊性,在超厚墻體模板設計上采取的技術措施滿足工程要求,為同類型工程施工提供了參考。
關鍵詞:超厚混凝土墻,模板三角架支撐
中圖分類號:TU398. 2
蘭州綠源輻照有限責任公司開發建設的“蘭州綠源輻照中心”工程,為一層(局部二層) 生產車間,建筑9. 75 高度米,總建筑面積1817m2 。
在源室設計上采取大體積超厚(源室砼墻體厚度有1m 和2m 兩種,墻凈高為5. 05m ;源室頂板砼厚度為2m) 砼結構,作為輻照源的屏蔽物,不允許在砼結構上(特別在—0. 3m～2m 范圍內) 產生細微裂縫和使用對拉螺桿,并且砼結構幾何尺寸要求非常嚴格,模板支撐體系的設計和施工合理與否也直接影響到該工程的正常使用。
1 模板設計方案的制定
1. 1 模板設計方案依據
該工程是采用“γ”射線輻照裝置對日用產品進行消毒、滅菌、對水果、蔬菜、食品等進行保鮮防腐的原子能技術和平利用項目,在我市為首例,施工無成熟的實踐經驗可借鑒。
(1) 源室墻體砼厚度有1m 和2m 兩種,高度(凈高為) 5. 05m ;
(2) 源室頂板砼厚度為2m ;
(3) 源室墻體在標高- 0. 3m 到2m 的范圍內不得留施工縫;
(4) 模板安裝不允許設置對拉穿墻螺桿;
(5) 砼澆筑成型不允許有貫穿的細微裂縫;
1. 2 混凝土墻模板支撐方案
該工程在源室底板上有內外兩層剪力墻,厚度為1 米和2 米,內外墻間距1. 2 米。考慮工程的特殊性,設計型鋼直角三角架支撐,用型鋼把三角架直角面連接成網架,使其不會失穩;在型鋼三角架支撐與底板間埋設ф20 螺桿,間距1200mm 并用18 # 槽鋼連通,固定三角架直角,使三角架不會產生位移。
在底板上墻位置內預埋ф16 拉環,間距1000mm ,用花籃螺絲調節,固定模板,防止模板變形。這樣的模板支撐即解決了砼澆筑時向外漲模,又解決了模板向內傾斜。在外墻與內墻之間用雙排架支撐內側模板,控制間距。
1. 3 墻體支撐體系計算
(1) 源室剪力墻墻高5. 05m ,采用坍落度為120～140mm 的商品砼, HB T - 60 砼泵送澆筑強度按20m3 / h ,則外墻澆筑速度V = 澆筑強度/ 外墻砼面積= 20/ 70. 42 = 0. 26m/ h ,內墻澆筑速度V = 澆筑強度/ 內墻砼面積= 20/ 52. 6 = 0. 38m/ h ,澆筑入模溫度為20 ℃。
按以下兩式計算,砼作用于模板的最大側壓力及有效壓頭高度。
F = 0. 22γc t0β1β2V1/ 2 F =γc H
F —新澆筑砼的最大側壓力( KN/ m2 )
γc —混凝土的表觀密度
t0 —新澆筑砼的初凝時間
V —砼的澆筑速度(m/ h)
H —砼側壓力計算位置處至新灌筑砼頂面的總高度(m)
β1 —外加劑影響修正系數,取1. 2
β2 —砼坍落影響修正系數,取1. 0外墻側壓力:
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內墻側壓力:
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內= 23. 37 KN/ m2在內、外墻所受的側壓力中取較大值則F = 23.37 KN/ m2有效壓頭高度為:h = F/ 25 = 23. 37/ 25 = 0. 93m計算支承鋼楞,選用2Φ48 ×3. 5 鋼管作內、外鋼楞,內鋼楞橫向布置,間距a 取600mm。根據墻高,內鋼楞的最大跨度按三跨以上連續梁計算。
按抗彎強度計算,內鋼楞的容許跨度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
按撓度計算內鋼楞的容許跨度b :
b = (150[ω] EI/ Pm ×a) 1/ 4= 1276 mm
取較小值1248 mm。
按以上計算,內鋼楞跨度可取600 mm ,外鋼楞采用內鋼楞同一規格,間距為600 mm。
(2) 剪力墻大模板支撐,考慮用型鋼三角架,間距1200mm ,立桿高4800mm ,按立桿與水平桿2 :1的比例,則水平桿為2400mm ; 考慮模板圍檁間距600mm ,為了盡量使桿件彎距減小,1200mm 設置一道拉桿;按懸臂架演算該支撐如下:O 點處預埋螺栓與鋼架連接,視為支座,A 點固定后也視為支座,則該系統受力圖如下:
由上圖用圖解法可求出各桿件受力如下: (“ - ”為拉力“, + ”為壓力)
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
鋼架桿件選擇:
OB 為軸心受拉桿件,不需要演算長細比,所受最大內力為28. 04 KN ,選用L63 ×6 ,A = 729 mm2 ,考慮型鋼焊縫偏差,其容許應力乘以0. 95 的折減系數,則
σ= S/ A = 38. 46N/ mm2 < 0. 95f= 0. 95 ×215 = 204N/ mm2
滿足強度要求。
AB 為軸心受壓桿件,所受最大內力為94. 05KN ,選用
L63 ×8 ,A = 951 mm2 ,i = 1. 90 ,l = 134. 2cm.λ= L/ I = 134. 2/ 1. 90 = 70. 63 < [λ] = 150
由《鋼結構設計規范》附錄四查得ψ= 0. 588 ,考慮型鋼焊縫偏差,其容許應力乘以0. 95 的折減系數,則
σ= S/ ( ψA) = 68. 62 N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215 = 204N/ mm2
此桿件在容許長細比和強度方面均滿足要求。OA 為軸心受拉桿件,不需要演算長細比,所受最大內力為94. 54 KN ,選用L50 ×5 ,A = 480 mm2 ,考慮型鋼焊縫偏差,其容許應力乘以0. 95 的折減系數,則
σ= S/ A = 196. 96N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215= 204N/ mm2
滿足強度要求。
S10 為軸心受拉桿件,不需要演算長細比,所受最大內力為16. 34 KN , 選用φ12 鋼筋, A = 113mm2 ,考慮型鋼焊縫偏差,其容許應力乘以0. 95 的折減系數,則
σ= S/ A = 144. 6N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215 =204N/ mm2
滿足強度要求。
S11 為軸心受壓桿件,所受最大內力為37. 39KN ,選用
L63 ×8 , A = 729 mm2 , i = 1. 93 , l =180cm.
λ= L/ I = 93. 26 < [λ] = 150
ψ= 0. 581 ,
考慮型鋼焊縫偏差,其容許應力乘以0. 95 的折減系數,則
σ= S/ ( ψA) = 88. 28 N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215 = 204N/ mm2
此桿件在容許長細比和強度方面均滿足要求。S12 為軸心受拉桿件,不需要演算長細比,所受最大內力為13. 22 KN , 選用φ12 鋼筋, A = 113mm2 ,考慮型鋼焊縫偏差,其容許應力乘以0. 95 的折減系數,則
σ= S/ A = 116. 99N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215= 204N/ mm2
滿足強度要求。
S13 為軸心受壓桿件,所受最大內力為14. 02KN ,選用L50 ×5 , A = 480 mm2 , i = 1. 53 , l =120cm.λ= L/ I = 78. 43 < [λ] = 150ψ= 0. 655 ,考慮型鋼焊縫偏差,其容許應力乘以0. 95 的折減系數,則σ= S/ (ψA) = 44. 59 N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215 = 204N/ mm2
此桿件在容許長細比和強度方面均滿足要求。S14 為軸心受拉桿件,不需要演算長細比,所受最大內力為31. 35 KN , 選用φ15 鋼筋, A = 154mm2 ,考慮型鋼焊縫偏差,其容許應力乘以0. 95 的折減系數,則
σ= S/ A = 203. 57N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215= 204N/ mm2
滿足強度要求。
S15 為軸心受壓桿件,所受最大內力為28. 04KN ,選用L50 ×5 ,A = 480 mm2 ,i = 1. 53 ,l = 60cm.λ= L/ I = 39. 22 < [λ] = 150ψ= 0. 878 ,考慮型鋼焊縫偏差,其容許應力乘以0. 95 的折減系數,則σ= S/ (ψA) = 66. 53 N/ mm2 < 0. 95f = 0. 95 ×215 = 204N/ mm2
此桿件在容許長細比和強度方面均滿足要求。
(3) 連接板焊縫驗算:
驗算連接中應力最大的構件支點,取O 點的OA 構件做驗算。連接板厚t = 18mm ,承受的軸心力為N = 94.54 KN ,手工焊接,焊條用E43 ,采用三面圍焊。焊縫設計強度f = 160N/ mm2 ,設h = 8mm。Σlw = N/ hef = 10. 5cm故保證構件與連接板的搭接長度為6cm。這樣就可以保證焊縫的長度。
按以上計算結果制作三角鋼架即可滿足模板支撐需要,然后在模板頂部加一道拉桿,在三角鋼架底邊外角處處理好地基使其成為剛性支座,這樣的構造要求可以使支撐體系更穩定。
2 實施效果
按上述模板支撐設計,超厚混凝土墻施工完拆模后,墻體垂直度,平整度均符合施工質量驗收規范要求,未見墻面跑,脹模現象,結構驗收一次通過。工程施工完工后,經檢測各項指標符合設計及相關規范要求,通過竣工驗收。
