模板结构设计

出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《建筑工程施工实用技术手册》第240页（5892字）

在建筑工程施工过程中，常用的木拼模板和定型组合钢模板，在其经验适用范围内一般不需要再进行设计验算；对于重要结构的模板、特殊形式的模板或超出经验适用范围的一般模板，应进行设计或验算，以确保工程质量和施工安全，并防止产生浪费。

模板结构的设计包括模板结构形式以及模板材料的选择、模板及支承系统各部件规格尺寸的确定以及节点设计等。模板系统是一种特殊的工程结构，模板及其支承应根据工程结构形式、荷载大小、地基土类别、施工设备、材料供应和技术水平等条件进行设计。

(一)模板结构的设计步骤

模板结构设计，一般可按如下步骤进行：

(1)根据工程结构的实际情况，确定模板设计的荷载组合，为进行模板设计打下基础。

(2)进行配板设计，主要进行绘制配板图和支承系统布置图工作。

(3)根据确定的荷载组合和配板设计，验算模板设计是否符合要求。

(4)编制模板及配件的规格数量汇总表、周转计划，制定模板安装、拆除的程序与方法，编制施工说明书等。

(二)模板结构的设计荷载

作用于模板系统的荷载有水平荷载和垂直荷载，在这些荷载中又有恒荷载和活荷载之分。在进行一般模板系统设计计算时，应根据规范的规定进行选用和组合。对于特殊模板系统，应根据施工过程中的实际情况选用设计荷载值和进行荷载组合。

1．模板荷载的标准值

在建筑工程混凝土浇筑中，模板所受到的荷载有：(1)模板系统的自重；(2)新浇混凝土自重；(3)钢筋自重；(4)施工人员及设备的自重；(5)振捣混凝土时产生的荷载；(6)新浇筑混凝土对模板侧面压力；(7)倾倒混凝土时产生的荷载。以上所列的各种荷载，(1)、(2)、(3)项为恒荷载标准值，(4)、(5)、(6)、(7)项为活荷载标准值。

(1)模板系统的自重标准值

模板系统的自重标准值，主要包括模板、支撑体系的自重，有的模板还包括安全防护体系，如护栏、安全网等的自重荷载。自重标准值应根据模板设计图纸确定，一般肋形楼板及无梁楼板的模板及其支架自重标准值见表5－8。

表5－8 模板及其支架自重标准值

(2)新浇混凝土自重标准值

新浇混凝土自重标准值，对于普通水泥混凝土可采用24kN／m³，其他混凝土根据其实际重力密度确定。

(3)钢筋自重标准值

钢筋自重标准值可根据施工图纸进行确定，对一般梁板结构每立方米钢筋混凝土的钢筋自重标准值为：楼板为1．1kN，梁为1．5kN。

(4)施工人员及设备的自重标准值

施工人员及设备的自重标准值，在计算模板及直接支撑模板的小楞时，均布荷载取2．5kN／m²，另应以集中荷载2．5kN进行验算，比较两者的弯矩值，按其中较大者采用；在计算直接支撑小楞结构构件时，均布荷载取1．5kN／m²²；计算支撑体系立柱及其他支撑体系构件时，均布荷载取1．0kN／m²。

大型浇筑设备(如上料台、混凝土输送泵等)，应按实际情况进行计算；混凝土堆集料高度超过100mm以上者，按实际堆集高度进行计算；当模板单块宽度小于150mm时，集中荷载可分布在相邻的两块板上。

(5)振捣混凝土时产生的荷载标准值

振捣混凝土时产生的荷载标准值，应分不同情况考虑。对于水平面模板产生荷载，可取2．0kN／m²；对于垂直面模板，在新浇混凝土侧压力有效压头高度之内，可取4．0kN／m²；有效高度以外不予考虑。

(6)新浇筑混凝土对模板侧面压力标准值

影响新浇筑混凝土对模板侧面压力标准值的因素很多，如施工气温、混凝土密度、凝结时间、浇筑速度、混凝土坍落度、集料种类、掺外加剂种类等。当采用内部振捣器时，新浇混凝土作用于模板的最大侧压力，可按下列两式计算，并取两式计算结果的较小值，即

式中 F——新浇混凝土对模板的最大侧压力(kN／m²)；

γ_c——混凝土的重力密度(kN／m³)；

t₀——新浇混凝土的初凝时间(h)，可以按照实测数据确定，当缺乏试验资料时，可采用t=200／(T+15)进行计算，T为混凝土的温度(℃)；

β₁——混凝土外加剂影响修正系数，当不掺外加剂时取1．0，掺具有缓凝作用的外加剂时取1．2；

β₂——混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30mm时，取0．85；当坍落度为50～90mm时，取1．0；当坍落度为110～150mm时，取1．15；

v——混凝土的浇筑速度(m／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)。

新浇混凝土侧压力的计算分布如图5－24所示，其中h为有效压头高度。

图5－24 混凝土侧压力的计算分布图形

(7)倾倒混凝土时产生的荷载标准值

在倾倒混凝土时，对垂直面产生的水平荷载标准值，见表5－9。

表5－9 倾倒混凝土时产生的水平荷载标准值

2．荷载分项系数与调整系数

在计算模板及其支撑时的荷载设计值，应当用荷载标准值乘以相应的分项系数与调整系数求得。

(1)荷载分项系数

①恒荷载分项系数。当其效应对结构不利时取1．2；当其效应对结构有利时取1．0；但对抗倾覆有利时取0．9。

②活荷载分项系数。一般情况下取1．4；模板的操作平台结构，当活荷载标准值不小于4．0kN／m时，取1．3。

(2)荷载调整系数

①对于一般钢模板结构，其设计荷载值可乘以0．85的调整系数；但对冷弯薄壁型钢模板结构，其设计荷载值的调整系数为1．0。

②对于木模板结构，当木材含水率小于25%时，其设计荷载值可乘以0．90的调整系数，但是考虑到一般混凝土工程施工时都要湿润模板和浇水养护，含水率难以控制，因此一般均不乘以调整系数，以保证结构安全。

③为防止模板结构在风荷载作用下产生倾倒，应从构造上采取有效措施。当验算模板结构的自重和风荷载作用下的抗倾覆稳定性时，风荷载按《建筑结构荷载规范》(GB 50009－2001)中的规定采用，其中基本风压值应乘以调整系数0．80。

3．模板设计的荷载组合

计算模板及其支架时的荷载组合，如表5－10所示。

表5－10 计算模板及其支架时的荷载组合

4．模板结构的刚度要求

在建筑工程实践中，因模板刚度不足而变形造成的混凝土质量事故很多，因此模板结构除必须有足够的承载能力外，还应保证具有足够的刚度。在验算模板及支架结构时，其最大变形值应符合下列要求：

(1)对结构表面不做装修的外露模板，其最大变形值为模板构件计算跨度的1／400。

(2)对结构表面进行装修的隐蔽模板，其最大变形值为模板构件计算跨度的1／250。

(3)支架体系的压缩变形或弹性挠度，应小于相应结构跨度的1／1000。

当梁板跨度等于或大于4m时，模板应根据设计要求进行起拱；当设计中无具体要求时，起拱高度宜为全长跨度的1／1000～3／1000。钢模板可取偏小值，即1／1000～2／1000；木模板可取偏大值，即1．5／1000～3／1000。

5．模板系统结构计算

木模板系统与组合钢模板系统，是建筑工程上最常用的模板系统，下面仅介绍这两种模板系统的结构计算基本原则。

(1)模板面板的计算

模板的面板通常采用木板、木胶合板、组合钢模板等，这类模板的面板为受弯构件，主要验算其抗弯强度及刚度。一般木模板面板、木(竹)胶合板面板的验算，根据其龙骨(楞)间的间距和模板面的大小，按单向简支板或连续板进行计算。

(2)支撑龙骨的计算

用组合钢模板组装现浇楼板和墙体模板时，一般用钢龙骨(楞)来支撑钢模板。钢龙骨一般分为两层，直接支撑钢模板的钢楞称为次龙骨(次钢楞)；用来支撑次龙骨的钢楞称为主龙骨(主钢楞)。通过次龙骨和主龙骨将组合钢模板连成一个整体。

在组装楼板时，主龙骨支撑在立柱上，立柱作为主龙骨的支点。当组合墙体模板时，通过拉杆将墙体两片侧模板拉结，每个拉杆成为主龙骨的支点，如图5－25所示。

图5－25 墙体组合钢模板组装示意图

1)次龙骨的计算原则

①次龙骨直接承受钢模板传递来的荷载，为简化计算通常按均布荷载计算。

②次龙骨的计算跨度取为主龙骨的间距，一般为两跨以上的连续钢楞；当主龙骨的间距不等时，应按不等跨连续梁计算。

③当钢楞带有悬臂时，应同时验算悬臂端的抗弯强度和挠度。

2)主龙骨的计算原则

①主龙骨承受次龙骨传递来的集中荷载，当楼板模板计算主龙骨时，施工荷载应取1．5kN／m²。

②主龙骨的计算跨度取为楼板模板立柱的间距或墙模板主钢楞拉杆的间距，根据实际情况可按连续梁、简支梁或悬臂梁分别进行抗弯强度与挠度的验算。

(3)对拉螺栓的计算

对拉螺栓用于墙体模板内侧、外侧模板之间的拉结，用以承受混凝土的侧压力和其他荷载，以确保内侧、外侧模板的间距能满足设计要求，同时也是模板及其支撑构件的支点。因此，对拉螺栓的布置，对于模板结构的整体性、刚度和强度均有较大的影响。

模板对拉螺栓的计算公式为

式中 N——对拉螺栓所承受拉力的设计值，由负荷面积范围内混凝土的侧压力引起(kN／m²)；

A_n——对拉螺栓的净截面面积(mm²)；

f——对拉螺栓的抗拉强度设计值(穿墙螺栓为170N／mm²，用扁钢带为215N／mm²)。

(4)柱子钢箍的计算

柱子钢箍是柱模板的横向支撑构件，不仅直接关系到柱模板的整体性，而且关系到柱子的尺寸准确性。作为柱模板的横向支撑，同时将整个柱模板箍为一个整体，通常为拉弯构件，应按拉弯构件进行计算。

(5)模板支柱的计算

模板支柱主要是承受模板构件的垂直荷载，一般按两端铰接的轴心受压杆件计算。工具式钢支柱，由于插管与套管之间有一定的间隙，应按偏心受压杆件计算。当模板支柱之间不设置水平拉杆支撑时，其计算长度等于支柱的长度；当模板支柱之间设置水平拉杆支撑时，其计算长度应选支柱长度被水平支撑分成若干段长度中最长的一段。