山东新港国际模板工程技术有限公司

1.编制计算书遵守的规范和规程

《液压爬升模板工程技术规程》         （JGJ 195-2010）

《建筑结构荷载规范》                 （GB 50009-2012）

《钢结构设计规范》                   （GB 50017-2003）

《混凝土结构设计规范》               （GB 50010-2010）

《混凝土结构工程施工质量验收规范》   （GB 50204-2010）

《钢结构工程施工质量验收规范》       （GB 50205-2001）

《建筑施工计算手册》                  第二版

《建筑工程模板施工手册》              第二版

《建筑施工手册》                      第四版

2.爬模组成

爬模由预埋件、附墙装置、导轨、支架、模板及液压动力装置组成，各系统组成如表1所示，结构及连接示意图如图1所示。 

表1 爬模各系统组成

图1　架体示意图

3.计算参数

    1) 液压自爬模各操作平台的设计施工荷载为：

浇筑、钢筋绑扎操作平台①最大允许承载Fk1        4.0KN/m2（爬升时1.0KN/m2）

模板安装操作平台②③最大允许承载Fk2            0.75KN/m2（爬升时0KN/m2）

模板后移及主操作平台④最大允许承载Fk3          1.5KN/m2（爬升时0.5KN/m2）

爬升装置工作平台⑤最大允许承载Fk4              1.0KN/m2（爬升时1.0KN/m2）

拆卸爬锥工作平台⑥最大允许承载Fk5              1.0KN/m2（爬升时0KN/m2）

    2) 除与结构连接的关键部件外，其它钢结构剪力设计值为：FV=125KN；拉力设计值为：F=215KN；

    3) 爬模的每件液压缸的推力为150KN；

    4) 爬模爬升时，结构砼抗压强度不低于15MPa；

    5) 架体系统：

架体支承跨度：≤5米（相邻埋件点之间距离，特殊情况除外）；

架体高度：    17.3米；

架体宽度：    主平台④=2.9m，上平台①=2.4m，模板平台②③=1.2m，液压操作平台⑤=2.6m，吊平台⑥=1.7m；

    6) 电控液压升降系统：

额定压力：      25Mpa；

油缸行程：      400mm；

额定推力：      150KN；

双缸同步误差：  ≤20mm；

    7) 依据设计图纸，各项计算取值：

本工程实际单元最大跨度24.2米；

本工程每单元设置六榀爬升机位；

本工程每单元设置十个后移模板支架；

本工程模板实际高度为6.15米。

4.油缸顶升力验算

根据上述可知，爬模最大单元跨度24.2米，六榀机位，十个后移模板支架，模板高度6.15米，架体各构件自重如表2所示。

根据规范JGJ195-2010中5.3.3规定，各荷载分项系数如表3所示。

架体自重设计值及荷载设计值如表4所示。

表2 架体各构件自重

表4 单元荷载设计值

5.架体及构件施工工况验算

5.1施工工况说明

本工程存在俯爬和直爬两种工况，由于俯爬工况各构件受力小于直爬工况，因此，只验算直爬工况。直爬施工工况取混凝土浇筑完成后，模板后移600mm时，钢筋绑扎平台与主平台同时承载，承受七级风荷载。本工况计算中，将各单元荷载平均分配到两榀机位上，即单榀机位跨度3.5米。

5.2荷载计算

5.2.1架体自重

架体及各构件自重参见表5。

表5 架体各构件自重设计值

各平台施工荷载值如表6所示，施加位置为各平台横杆。

表6 施工工况各平台荷载值

根据JGJ195-2010附录A.0.4规定，风荷载标准值为：

其中，βgz、μs和μz按GB50009-2012中表7.5.1、表7.3.1和表7.2.1取值；

（KN/m2）

则七级风荷载标准值为：

=1.78×1.0×2.38×=0.774KN/m2

其中，查GB50009-2012中表7.5.1、表7.3.1和表7.2.1，分别取βgz=1.78、μs=1.0和μz=2.38(B类地区，按150米高度取值)；查JGJ195-2010中表A.0.4，取v0=17.1m/s。

查表3得风荷载分项系数为1.4，则七级风荷载设计值为：WK7’=1.083KN/m2

转化为竖直方向线荷载为：qk7=3.79KN/m，施加位置为桁架立杆和吊平台立杆。

5.3架体受力计算

5.3.1计算模型

将架体模型简化为计算模型，如图2所示。

图2　架体模型（左-计算模型，右-荷载施加示意图）

模型中，各杆件号及节点号相应构件及材质如表7所示。

表7 施工工况杆件及节点相应构件

将荷载施加至相应位置，确定材料性质，如图2所示。

5.3.3用力学求解器对架体进行受力分析

图3　架体模型（左-轴力图N，中-剪力图N，右-弯矩图N•mm）

5.4架体受力计算

5.4.1各杆件轴力、剪力、弯矩见表8。

表8 施工工况各杆件荷载值

5.4.2受压杆件验算见表9（受压杆件即图中蓝色杆件，轴力为负值杆件）。

表9 受压杆件验算

    受压杆件满足要求。

6.架体及构件爬升工况验算

6.1爬升工况说明

本工程只存在直爬一种工况，因此，只验算直爬工况。直爬爬升工况取混凝土浇筑完成后，模板后移600mm时，架体爬升至导轨1/2处，承受七级风荷载。本工况计算中，将各单元荷载平均分配到一榀机位上，即单榀机位跨度4.03米。

6.2荷载计算

6.2.1架体自重

架体及各构件自重参见表5。

6.2.2各平台施工荷载

各平台施工荷载值如表10所示，施加位置为各平台横杆。

表10 爬升工况各平台荷载值

风荷载计算参见本计算书5.2.3。

6.3架体受力计算

6.3.1计算模型

将架体模型简化为计算模型，如图4所示。

图4　架体模型（左-计算模型，右-荷载施加示意图）

模型中，各杆件号及节点号相应构件及材质如表11所示。

表11 爬升工况杆件及节点相应构件

将荷载施加至相应位置，确定材料性质，如图4所示。

6.3.3用力学求解器对架体进行受力分析

图5　架体模型（左-轴力图N，中-剪力图N，右-弯矩图N•mm）

6.4架体受力计算

6.4.1各杆件轴力、剪力、弯矩见表12。

表12 爬升工况各杆件荷载值

将上述杆件荷载值与施工工况比较，均小于施工工况荷载值，故不需重新验算。

7.架体及构件停工工况验算

7.1停工工况说明

本工程存在俯爬和直爬两种工况，由于俯爬工况各构件受力小于直爬工况，因此，只验算直爬工况。直爬停工工况取混凝土浇筑完成后，模板不后移，并利用对拉螺杆紧贴固定在建筑结构上，各平台连接为一体，对架体进行加固，承受九级风荷载。本工况计算中，将各单元荷载平均分配到两榀机位上，即单榀机位跨度3.5米。

7.2荷载计算

7.2.1架体自重

架体及各构件自重参见表5。

7.2.2各平台施工荷载

根据JGJ195-2010中5.3.5规定，各平台无施工荷载。

7.2.3风荷载

根据JGJ195-2010附录A.0.4规定，风荷载标准值为：

其中，βgz、μs和μz按GB50009-2012中表7.5.1、表7.3.1和表7.2.1取值；

（KN/m2）

根据JGJ195-2010中5.3.5规定，停工工况承受九级风荷载，九级风荷载标准值为：

=1.78×1.0×2.38×=1.576 KN/m2

其中，查GB50009-2012中表7.5.1、表7.3.1和表7.2.1，分别取βgz=1.78、μs=1.0和μz=2.38(B类地区，按150米高度取值)；查JGJ195-2010中表A.0.4，取v0=24.4m/s。

查表3得风荷载分项系数为1.4，则九级风荷载设计值为：WK9’=2.206 KN/m2

转化为竖直方向线荷载为：qk9=7.72KN/m，施加位置为桁架立杆和吊平台立杆。

7.3架体受力计算

7.3.1计算模型

将架体模型简化为计算模型，如图6所示。

图6　架体模型（左-计算模型，右-荷载施加示意图）

模型中，各杆件号及节点号相应构件及材质如表7所示。

7.3.2施加荷载

将荷载施加至相应位置，确定材料性质，如图6所示。

7.3.3用力学求解器对架体进行受力分析

图7　架体模型（左-轴力图N，中-剪力图N，右-弯矩图N•mm）

7.4架体受力计算

7.4.1各杆件轴力、剪力、弯矩见表13。

表13 停工工况各杆件荷载值

将上述杆件荷载值与施工工况比较，均小于施工工况荷载值，故不需重新验算。

8.重要构件验算

8.1主背楞斜撑计算

由施工工况计算结果可知，螺杆承受最大压力F=76.21KN，螺杆螺纹为T60×6，大径d=60mm，中径d2=57mm，小径d3=53mm，螺距为P=6mm，基本牙型高度H1=0.5P=3mm，旋合圈数n=H/P=8.3，螺杆和螺母材料均为Q235。

8.1.1螺纹抗剪验算

当螺杆和螺母材料相同时，只校核螺杆螺纹强度。

由于螺纹为梯形螺纹，则其牙根宽度b=0.65P=3.9mm，基本牙型高度H1=0.5P=3mm，螺纹小径

则其剪切强度：N/mm2<=46.8N/mm2

（由于螺纹牙材质为Q235，其许用剪应力，取46.8N/mm2），满足要求。

8.1.2螺杆强度验算

N/mm2<=85N/mm2

（螺纹牙许用弯曲应力，取85N/mm2），满足要求。

8.1.3螺杆的稳定性验算

由于螺杆会受到压力，故需进行稳定性计算。

螺杆最大工作长度=500mm，按照一端固定一端铰支可得长度系数=0.7，螺杆危险截面的惯性半径=13.25mm，故<（Q235的=61），不作压杆稳定性验算。

8.2埋件系统计算

单个埋件的拔力设计值为200KN，剪力设计值为100KN。

8.2.1混凝土抗拔验算

埋件系统结构如图8所示。

图8　埋件系统结构示意图

根据《建筑施工计算手册》，按锚板锚固锥体破坏计算埋件的锚固强度如下：

假定埋件距高度方向混凝土边缘有足够的距离，锚板螺栓在轴向力F作用下，螺栓及其周围的混凝土以圆锥台形从混凝土中拔出破坏（见图9）。

图9　锚固抗拔示意图

分析可知,沿破裂面作用有切向应力τs和法向应力δs,由力系平衡条件可得：

使；,由试验得：当b/h在0.19～1.9时，α=45°，δF=0.0203 fc, 代入式中得：

式中  fc—混凝土抗压强度设计值（选择C30混凝土，fc=14.3N/mm2）; 

      h—破坏锥体高度（通常与锚固深度相同）（400mm）;

b—锚板边长（100mm）.

所以

混凝土的抗拔力为F=263.12 KN >200 KN, 故满足要求。

8.2.2混凝土局部承压验算

根据《混凝土结构设计规范》局部受压承载力计算：

式中 FL—局部受压面上的作用的局部荷载或局部压力设计值；（KN）

fc—混凝土轴心抗压强度设计值；（14.3N/mm2）

βC—混凝土强度影响系数；（查值为0.94）

βl—混凝土局部受压时的强度提高系数；（2）

Al—混凝土局部受压面积；（mm2）

Aln—混凝土局部受压净面积；

Ab—局部受压计算底面积；（mm2）

1） 埋件板处

混凝土局部受压净面积                      

满足要求。

2）爬锥处

图10　爬锥剖面示意图

爬锥（L=150mm）受到受力螺栓传来的剪切力V：

由几何条件有              

竖向受力平衡              

对剪力作用点处取矩        

由相似三角形可得          

计算可得：,，<14.3KN（C30砼抗压设计值），满足要求。

8.2.3受力螺栓的抗剪力和抗拉力验算

单个机位为双埋件，根据上述计算结果可以假设单个受力螺栓的设计剪力为：FV=100KN；设计拉力为：F=200KN；

图11　受力螺栓尺寸示意图

受力螺栓为M42，10.9级，抗压、抗拉、抗弯强度查表可知：抗拉屈服强度f=600N/mm2，抗剪强度为：fV=420 N/mm2.有效面积为：

1）受力螺栓抗剪：

     ,

满足要求。

2）受力螺栓抗拉：

满足要求。

3）折算应力：

满足要求。

8.2.4高强螺杆验算：

对埋件中外露与砼直接接触的高强螺杆(D26.5，L=350mm)按照带肋的普通钢筋进行考虑。

高强螺杆（45#）的设计强度取其屈服强度355 N/mm2，设混凝土对锚固长度为la的高强螺杆的握裹力为f，f应与高强螺杆的锚固长度成正比，则会有一个临界状态，使高强螺杆的设计强度充分发挥。

1）高强螺杆抗拉

根据混凝土规范的普通钢筋锚固计算公式:

la=1.1α×d×fy/ft

式中la—受拉钢筋的锚固长度

1.1—锚固长度修正系数

α—钢筋的外形系数（这里按照带肋钢筋，取0.14）

d—钢筋的公称直径（这里为D26.5螺杆，取26.5mm）

fy—钢筋的抗拉强度设计值（这里取355N/mm2）

ft—砼轴心抗拉强度设计值（这里为C30，取14.3N/mm2）

通过计算得到la≈70mm，而实际锚固长度为175mm，故高强螺杆拉应力未达到其抗拉设计值，满足要求。

2）高强螺杆螺纹的承压

高强螺杆(D26.5)螺纹承压长度按照60mm计算，其有效承压面积At=1590mm2，

按照上面高强螺杆抗拉计算看出，其拉应力未达到335 N/mm2的设计强度，这里姑且按照设计强度进行计算，即高强螺杆的承压力约为：

F=335×26.52×π/4≈105.19KN

则承压应力σ=F/At=87.66N/mm2<335N/mm2（45#钢屈服强度）,满足要求。

8.2.5承重插销计算

非爬升状态时是承重插销受力，由施工工况计算结果可知：

R=115.82KN＜280KN（承重插销的设计承载力，由计算而得）

所以，承重插销满足要求。

8.3导轨计算

导轨主要承受架体爬升时，换向盒传递给其的荷载。爬升工况计算中，与导轨接触的三个支点反力，如表14和图12所示。

表14 爬升工况支点反力值

图12　爬升工况反力图（N）

将荷载施加到导轨上，如图13所示。

图13　导轨受力简图

图14　导轨轴力、剪力、弯矩图

8.3.1导轨强度验算

1）抗弯验算

，，截面塑性发展系数

2）抗压验算

,

长细比 

小于允许长细比[λ]=150，满足要求。

查表，稳定系数为0.601，则

满足受力要求。

3）挠度验算

根据JGJ195-2010中5.3.8规定，导轨跨中变形值按下式规定计算：

则导轨变形值为：

8.3.2导轨挠度验算

8.3.3导轨梯档的焊缝计算

根据图纸，单个梯档的侧焊缝长度为120mm，端焊缝长度为92mm，焊高hf =10mm，则由端焊缝所承担的力N1=βf×0.7hf×lw×fw

式中，βf—系数，对间接承受动荷载的情况，βf=1.22；

      lw—焊缝总长度；

  fw—角焊缝的设计强度，查计算手册可知：材料Q235钢的焊缝抗剪强度为125N/mm2

则N1=1.22×0.7×10×92×125＝98.21KN.

由侧焊缝所承担的力N2= 0.7hf×lw×fw

=0.7×10×120×125

=105KN

N1+ N2=98.21+105=203.21KN>150KN(单个油缸的推力)，所以导轨梯挡焊缝强度满足要求。

9.模板及受力构件的验算

9.1混凝土侧压力计算

混凝土作用于模板的侧压力，根据测定，随混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即位新浇筑混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头。通过理论和实践，可按下列二式计算，并取其最小值：

式中  F------新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（KN/m2）

      γc------混凝土的重力密度（kN/m3）取24.8 kN/m3

 t0------新浇混凝土的初凝时间（h）,可按实测确定。当缺乏实验资料时，可采用t=200/(T+15)计算；t0=200/(23.5+15)=5.17

V------混凝土的浇灌速度（m/h）;取2m/h

H------混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度（m）;取6m

β1------外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1； 

β2------混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于30mm时，取0.85；50—90mm时，取1；110—150mm时，取1.15。

    =0.22x25x5.17x1x1.15 x21/2

=45.9kN/m2

     =25x6=150kN/ m2

取二者中的较小值，F=46.5kN/ m2作为模板侧压力的标准值，并考虑倾倒和捣震混凝土产生的水平载荷标准值6.0 kN/ m2，分别取荷载分项系数1.2和1.4，则作用于模板的总荷载设计值为：

Q=45.9x1.2+6.0x1.4=63.5kN/ m2                                         

9.2模板计算

9.2.1基本参数

模板高度为6.15m，浇筑高度为6m，面板采用21mm厚板；竖向背楞采用木工字梁截面尺寸为80x200，间距为280mm；水平背楞采用双14号槽钢背楞，最大间距为1200mm；拉杆系统为D20拉杆 ，材质为45#钢，拉杆水平间距为1200mm，竖向间距为1200mm。

其中：-木材抗弯强度设计值，取13 N/mm2，-木材抗剪强度设计值，取1.5 N/mm2

E-弹性模量，木材取8.5x103 N/mm2，钢材取2.1x105 N/mm2

9.2.2面板验算

面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。根据《建筑施工手册》，强度验算要考虑新浇混凝土侧压力和倾倒混凝土时产生的荷载；挠度验算只考虑新浇混凝土侧压力。 计算的原则是按照龙骨的间距和模板面的大小,按支撑在竖楞上的三跨连续梁计算。所以将面板视为支撑在木工字梁上的三跨连续梁计算，面板长度取板长2440mm，板宽度b=1000mm。

图15　面板计算简图

1）抗弯强度验算

作用在面板上的线荷载为： =63.5x1=63.5N/mm

面板最大弯矩：=(63.5x280x280)/10=0.50x106N•mm

面板的截面系数：=x1000x212=7.35x104mm3

应力：=0.50x106/7.35x104=6.8N/mm2<=13 N/mm2  

     故满足要求

2）抗剪强度验算

计算公式如下：            

面板的最大剪力：V = 0.6×63.5×0.28 = 10.67KN；

截面抗剪强度必须满足： （安全系数取1.5）

其中， τ--面板截面的最大受剪应力(N/mm2)；

       V--面板计算最大剪力(N)：V = 10.67KN；

       b--构件的截面宽度(mm)：b = 1000mm ；

       hn--面板厚度(mm)：hn = 21.0mm ；

       fv--面板抗剪强度设计值(N/mm2)：fv = 1.5 N/mm2；

面板截面的最大受剪应力计算值: T =3×10.67×103/(2×1000×21)=0.76N/mm2；

面板截面抗剪强度设计值: [fv]=1.5N/mm2；

面板截面的最大受剪应力计算值 T=0.76N/mm2 小于 面板截面抗剪强度设计值 [T]=1.5N/mm2，满足要求。

3）挠度验算

根据《建筑施工计算手册》，挠度验算采用标准荷载，同时不考虑振动荷载的作用，则线荷载为：

面板挠度由式

=48.5x2804/(150x8.5x1000x77.2x104)

=0.3mm<[ω]=280/400=0.7mm

故满足要求。

面板截面惯性矩：I=bh3/12=1000X213/12=77.2X104mm4

9.2.3木工字梁验算

木工字梁作为竖肋支承在横向背楞上，可作为支承在横向背楞上的连续梁计算，其跨距等于横向背楞的间距最大为L=1200mm。

图16　木梁计算简图

木工字梁上的线荷载为： =63.5x0.28=17.78N/mm

F-混凝土的侧压力

-木工字梁之间的水平距离

1）抗弯强度验算

最大弯矩=0.1x17.78 x12002=2.56x106N•mm

木工字梁截面系数：

应力：<=13N/mm2 满足要求

木工字梁截面惯性矩：

2）抗剪强度验算

计算公式如下：            

木梁的最大剪力：V = 0.6×17.78×1.2 = 12.8KN；

截面抗剪强度必须满足： （安全系数取1）

其中， τ-木梁截面的最大受剪应力(N/mm2)；

       V--木梁计算最大剪力(N)：V = 12.8KN；

       A--木梁截面面积(mm2)：A = 90mm2 ；

       fv—木材抗剪强度设计值(N/mm2)：fv = 1.5 N/mm2；

最大受剪应力计算值: T =12.8×103/(90)=1.33N/mm2；

最大受剪应力计算值 T=1.33N/mm2 小于 木梁截面抗剪强度设计值 [T]=1.5N/mm2，满足要求。

2）挠度验算

根据《建筑施工计算手册》，挠度验算采用标准荷载，同时不考虑振动荷载的作用，则线荷载为：

木梁挠度由式

=13.58x12004/(150x8.5x103x46.1x106)

=0.48mm<[ω]=1200/400=3mm

故满足要求。

9.2.4槽钢背楞验算

槽钢承受内楞传递的荷载，按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算。槽钢作为主背楞支承在对拉螺杆上，可作为支承在拉杆上的连续梁计算，其跨距等于对拉螺栓的间距最大为L1=1200mm。

图17　背楞计算简图

1）抗弯强度验算

木梁作用在槽钢上的集中荷载为：

最大弯矩=0.175x21.34x103x1200=4.48x106N•mm

双14槽钢截面系数：W=80.5x2=161x103mm3

应力：<=215N/mm2 

满足要求。

双14槽钢截面惯性矩：I=1128x104mm4

2）抗剪强度验算

计算公式如下：            

背楞的最大剪力：V = 0.6×21.34 = 12.8KN；

截面抗剪强度必须满足： （安全系数取2）

其中， τ-木梁截面的最大受剪应力(N/mm2)；

       V--木梁计算最大剪力(N)：V = 12.8KN；

       A—型钢截面面积(mm2)：A = 3704mm2 ；      

       fv—钢材抗剪强度设计值(N/mm2)：fv = 125 N/mm2；

最大受剪应力计算值: T =2×12.8×103/3074=8.33N/mm2；

最大受剪应力计算值 T=8.33N/mm2 小于钢材抗剪强度设计值 [T]=125N/mm2，满足要求。

3）挠度验算

根据《建筑施工计算手册》，挠度验算采用标准荷载，同时不考虑振动荷载的作用，则木梁作用在槽钢上的集中荷载为：

背楞挠度由式S

=1.146x16.3x103x12003/(100x2.1x105x11.28x106)

=0.14mm<[ω]=1200/400=3mm

故满足要求。

面板、木梁、槽钢背楞的组合挠度为：

w=0.3+0.48+0.14=0.92mm<3mm

满足施工对模板质量的要求。

9.3对拉螺栓计算

对拉螺栓采用D20螺杆；纵向间距为1200mm，横向间距为1200mm。

对拉螺栓经验公式如下：

             N---对拉螺栓所承受的拉力的设计值。一般为混凝土的侧压力

             A---对拉螺栓净截面面积（mm2）A=314mm2

             --对拉螺栓抗拉强度设计值（45#钢）（N/mm2）

            KN=91440N

            N>91440N

满足要求。下载本文