建筑工程中中空塑料模板運(yùn)用設(shè)計(jì)研究

1 工程概況

以深圳科技館（新館）建筑工程施工總承包項(xiàng)目為例，針對(duì)中空塑料模板運(yùn)用設(shè)計(jì)展開(kāi)探討。 案例項(xiàng)目占地面積66 000 m2，建筑總面積128 500 m2，其中地上建筑面積85 000 m2，地下建筑面積43 500 m2，地下2 層，地上6 層，總建筑高度約57 m。該建筑包括鋼筋混凝土框架剪力墻和鋼框架-鋼筋混凝土剪力墻混合兩種結(jié)構(gòu)體系，6 層為鋼框架-鋼桁架結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)總量約23 000 t；由科技展示區(qū)、科技影院區(qū)、創(chuàng)新培育區(qū)、創(chuàng)新交流區(qū)、業(yè)務(wù)管理區(qū)、公眾服務(wù)區(qū)、科技廣場(chǎng)區(qū)7 個(gè)部分組成。 整體模板體設(shè)計(jì)如表1 所示。

表1 模板體設(shè)計(jì)

2 墻模板中空塑料模板設(shè)計(jì)

2.1 方案設(shè)計(jì)

墻模板選用采用18 mm 厚塑料模板， 尺寸為1 830 mm×915 mm。 相鄰面水平拼縫錯(cuò)開(kāi)，對(duì)向相平。 拼縫處采用45 mm×95 mm 木枋條壓實(shí)，防止漏漿。 主要加固體系包括墻體主龍骨（工具式）、陰角件、主龍骨連接件、連接件止鎖、斜拉陽(yáng)角、大卡銷(xiāo)、圓墊片、主龍骨鎖口板、墻體次龍骨以及木方。 對(duì)拉螺栓選用M12 對(duì)拉螺栓，外墻水池等涉及滲水隱患以及人防部位均采用三段式工具對(duì)拉螺桿[1]。

2.2 墻模板荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

結(jié)合工程實(shí)際情況， 在進(jìn)行墻模板荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的過(guò)程中，需要從強(qiáng)度和撓度兩個(gè)方面展開(kāi)。 充分考慮混凝土側(cè)壓力，以及荷載壓力F。 計(jì)算公式如下：

式（1）和式（2）中，γc為混凝土的重力密度，kN/m3；t0為新澆混凝土的初凝時(shí)間，h；V 為混凝土的澆筑速度，m/h；H 為側(cè)壓力計(jì)算位置與新澆混凝土頂面之間的垂直距離，m；β 為混凝土坍落度影響修正系數(shù)。

若混凝土澆筑速度在10 m/h 以上，或坍落度超過(guò)180 mm，則新澆混凝土側(cè)壓力按照式（2）計(jì)算即可。 其他情況下，需計(jì)算兩個(gè)算式并取其中較小值。

經(jīng)計(jì)算新澆混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值為27 kN/m2， 傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為4 kN/m2。

2.3 墻模板面板計(jì)算

墻模板面板為受彎結(jié)構(gòu)，彎矩圖如圖1 所示。

圖1 墻模板面板彎矩圖（單位：kN·m）

面板寬度取值4.85 m，荷載計(jì)算值為199.335 kN/m。 案例工程中， 截面慣性矩I 為235.71 cm4； 截面抵抗矩W 為261.90 cm3。計(jì)算得到面板最大彎矩M=0.449 kN·m，最大變形s=0.064 mm。

面板抗彎強(qiáng)度計(jì)算式為：

計(jì)算得到f=1.71 N/mm2＜允許值[f]，因此，面板抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算符合要求。

截面抗剪強(qiáng)度T=0.308 N/mm2， 截面抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[T]=1.20 N/mm2，T＜允許值[T]，因此，截面抗剪強(qiáng)度符合要求。

2.4 墻模板內(nèi)龍骨計(jì)算

內(nèi)龍均勻分布荷載連續(xù)梁計(jì)算。 經(jīng)過(guò)計(jì)算得到最大彎矩M=0.125 kN·m；最大支座力F=3.054 kN；最大變形s=0.029 mm。案例工程中， 截面慣性矩I 為273.38 cm4； 截面抵抗矩W 為60.75 cm3。

經(jīng)計(jì)算，內(nèi)龍骨抗彎強(qiáng)度為2.06 N/mm2＜17.0 N/mm2，滿足工程需求。

截面抗剪強(qiáng)度為0.576 N/mm2＜[T]=1.70 N/mm2，符合施工要求。

2.5 墻模板外龍骨計(jì)算

外龍骨按照集中荷載下，連續(xù)梁計(jì)算[2]。 經(jīng)過(guò)計(jì)算得到最大彎矩M=0.366 kN·m； 最大支座力F=9.978 kN； 最大變形s=0.017 mm。 外龍骨的截面力學(xué)參數(shù)分別為截面抵抗矩W=25.30 cm3；截面慣性矩I=101.30 cm4。

進(jìn)一步計(jì)算得到外龍骨抗彎強(qiáng)度13.78 N/mm2， 小于215.0 N/mm2，滿足工程設(shè)計(jì)要求。外龍骨最大撓度為0.017 mm，小于450.0/400，滿足要求。

2.6 對(duì)拉螺栓的計(jì)算

對(duì)拉螺栓計(jì)算式為：

式中，N 為對(duì)拉螺栓所受的拉力，N；A 為拉螺栓有效面積，mm2；fls為對(duì)拉螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；[N]為對(duì)拉螺栓拉力允許值。

結(jié)合案例工程實(shí)際情況按照上述工公式進(jìn)行計(jì)算， 對(duì)拉螺栓所受的最大拉力為N=9.978 kN＜[N]=38.250 kN，因此，對(duì)拉螺栓符合要求。

綜上，整體側(cè)模板設(shè)計(jì)符合工程要求。

3 梁側(cè)模板中空塑料模板設(shè)計(jì)

3.1 方案設(shè)計(jì)

梁側(cè)模采用18 mm 厚塑料模板，支撐主龍骨采用50 mm×50 mm×2.5 mm 雙方通， 次龍骨為45 mm×95 mm 木方。 梁高h(yuǎn)≤800mm 的位置，木方放置方向與梁方向平行，間距≤200mm；梁高h(yuǎn)＞800 時(shí)，木方豎直向布置，間距小于或等于200 mm，采用M12 對(duì)拉螺桿對(duì)拉。 詳細(xì)模板搭設(shè)參數(shù)如表2 所示。

表2 梁側(cè)模板搭設(shè)參數(shù)

3.2 面板計(jì)算

結(jié)合案例工程實(shí)際情況， 寬度取1.35 m。 荷載計(jì)算值為55.485 kN/m。 案例工程中，截面抵抗矩W=72.90 cm3；截面慣性矩I=65.61 cm4； 變形的計(jì)算按照規(guī)范要求采用靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值，最大彎矩M=0.346 kN·m；最大變形s=0.490 mm。

按式（3）計(jì)算得到面板抗彎計(jì)算強(qiáng)度f(wàn)=M/W=4.746 N/mm2<[f]，符合要求[3]。

面板最大撓度計(jì)算值0.490 mm，小于250/250，滿足要求。

3.3 內(nèi)龍骨計(jì)算

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，計(jì)算得到內(nèi)龍骨最大彎矩為0.147kN·m；最大支座力F=4.269 kN； 最大變形s=0.022 mm。 梁側(cè)模板截面抵抗矩W=60.75 cm3；截面慣性矩I=273.38 cm4。

按式（3）計(jì)算，內(nèi)龍骨抗彎強(qiáng)度f(wàn)=M/W=2.42 N/mm2，小于17.0 N/mm2，滿足要求。

截面抗剪強(qiáng)度T=0.796 N/mm2＜[T]，設(shè)計(jì)滿足要求。

4 板模板中空塑料模板設(shè)計(jì)

板模板的設(shè)計(jì)需要先結(jié)合施工需求， 進(jìn)行支撐體系的設(shè)計(jì)規(guī)劃，在此過(guò)程中需要注意以下技術(shù)要點(diǎn)：

1）采用盤(pán)扣式可調(diào)節(jié)支撐形式，加強(qiáng)對(duì)于鋼管以及相關(guān)配件的合理運(yùn)用；

2）加強(qiáng)對(duì)于模板超出水平桿懸臂長(zhǎng)度的控制，確保其在650 mm 以內(nèi)；3）最底層水平桿與地面之間的距離應(yīng)控制在550 mm 以下；4）若搭設(shè)高度在8 m 以內(nèi)，需要在支架外部以及橫縱桿之間設(shè)置豎向斜桿，確保整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠；

5）若支架高度在4 節(jié)段立桿以上，則應(yīng)在頂層位置增設(shè)水平斜桿等，以此提高直接結(jié)構(gòu)的剪刀撐；

6）對(duì)于支架高度在8 m 以上的情況，則要求控制好水平桿之間的距離，步距應(yīng)不超過(guò)1.5 m[4]。

根據(jù)案例工程實(shí)際需求，部分板的跨度在4 m 以上，需要進(jìn)行起拱設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)如表3 所示。

表3 板模板搭設(shè)參數(shù)

5 樓梯模板中空塑料模板設(shè)計(jì)

結(jié)合案例工程實(shí)際需求， 樓梯模板的設(shè)計(jì)采用了全封閉模式，能更好地保障樓梯結(jié)構(gòu)的完整性以及工程質(zhì)量。 模板材料為塑料，厚度為18 mm，現(xiàn)場(chǎng)放樣后再進(jìn)行模板配置。 此外，踏步模板采用了木夾板和木枋預(yù)制模板， 并使用高強(qiáng)度對(duì)拉螺栓進(jìn)行加固處理，陽(yáng)角位置則使用角鋼進(jìn)行加固，支撐底部通過(guò)鋼筋焊接的方式加固。 在實(shí)際進(jìn)行樓梯模板設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要注意以下技術(shù)要點(diǎn)：

1）加強(qiáng)對(duì)于梯段側(cè)板內(nèi)側(cè)尺寸的控制；

2）樓梯支撐結(jié)構(gòu)使用可調(diào)節(jié)底座，并預(yù)留人行通道；

3）在梯段板第三級(jí)臺(tái)階位置，以及休息平臺(tái)1/3 位置，分別預(yù)留混凝土施工縫；

4）確保樓梯模板踏步高度相同，設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要將粉刷涂漆影響納入其中，以此保障模板規(guī)格符合工程標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 特殊模板中空塑料模板設(shè)計(jì)

根據(jù)案例工程實(shí)際情況特點(diǎn)，特殊模板主要包括以下4 個(gè)方面，詳細(xì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下。

1）圓弧墻體模板。 此處選用了厚度為18 mm 的中空塑料模板，外橫龍骨選用了鋼筋，并在鋼筋外側(cè)設(shè)置鋼管作為豎龍骨，采用對(duì)拉螺栓固定模板[5]。

2）門(mén)窗洞口模板。 門(mén)窗洞口模板主要包括3 個(gè)部分，其中預(yù)留洞口選用的是定型模板；整體模板為木方；最后，需要在木方表面覆蓋塑料模板，模板厚度為15 mm，并使用角鋼夾固定模板。

7 結(jié)語(yǔ)