大板鋼模設(shè)計及加工

1、大板鋼模設(shè)計及加工 摘要：在科學(xué)技術(shù)和審美觀念高速發(fā)展的現(xiàn)今時代，常規(guī)大板鋼模越來越不能適應(yīng)日益多樣 化、復(fù)雜化的 混凝土 結(jié)構(gòu)的 施工 。如何優(yōu)化大板鋼模體系的結(jié)構(gòu)、合理選材，降低自重、增 強其靈活性通用將是本文的重點。關(guān)鍵詞：大板鋼模 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 設(shè)計計算一 選題理由 大板鋼模由于其強度高、剛度好，表面平整光滑及經(jīng)久耐用的特點而在我國混凝土結(jié)構(gòu)施工中已廣泛使用 二、三十年。在這二、三十年中，大板鋼模在結(jié)構(gòu)、選材等方面均未有較大的改進，設(shè)計粗糙、結(jié)構(gòu)既單 一又笨重、維修及更改困難、靈活通用性差等缺點導(dǎo)致其越來越不能適應(yīng)日益多樣化、復(fù)雜化的混凝土結(jié) 構(gòu)的施工。雖然目前新型模板 材料 層出不窮，特

2、別是膠合板的使用，克服了大板鋼模存在的缺點，易于現(xiàn) 場制作和修改、保溫性能好、表面光潔，但在強度和剛度方面始終與大板鋼模相比，存在很多缺陷，而且 國內(nèi)新型模板材料價格昂貴且質(zhì)量極不穩(wěn)定，這些因素使其終究無法完全替代大板鋼模。因此，優(yōu)化大板 鋼模的結(jié)構(gòu)、改善大板鋼模的性能將勢在必行。二、設(shè)計總體要求 模板體系在各種混凝土結(jié)構(gòu)施工中占有舉足輕重的地位，往往左右施工質(zhì)量、速度和成本；同時，模板體 系的施工又同混凝土結(jié)構(gòu)施工的其他工序相互關(guān)聯(lián)，密不可分。因此，模板體系設(shè)計的首要點就是從大局 出發(fā)，了解結(jié)構(gòu)設(shè)計及整體施工組織和方案，明確其它工序的施工對模板體系的影響和要求，確定模板施 工方案。在混凝土結(jié)

3、構(gòu)的施工質(zhì)量和進度要求越來越高的同時， 工程 造價卻越來越低。 因此，在模板體系設(shè)計 時，一方面要確保模板的強度和剛度，模板板面平整光滑且?guī)缀纬叽缯`差??；而另一方面又要求模板體系 結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，靈活通用性強，模板支撐數(shù)量少、裝拆方便快捷且用工量少。三、大板鋼模的結(jié)構(gòu)及選材 大板鋼模體系通常包含板面及板面加勁肋、模板支撐、施工腳手架、模板裝拆體系等諸多部分，施工腳手 架、模板裝拆體系及其他專用輔助設(shè)施的結(jié)構(gòu)種類繁多且在許多資料中亦有專論， 本文在此就不加以討論， 而僅述及板面及板面加勁肋、模板支撐這三部分。長期以來，國內(nèi)建筑業(yè)所使用的大板鋼模的結(jié)構(gòu)幾乎千遍一侓：（）、板面加勁肋雙向（即沿板面

4、 的縱橫向）設(shè)置；加勁肋一般分大、小肋，大肋基本上全部采用角鋼制作，而小肋既有采用角鋼又有采用 扁鋼的；加勁肋與板面采用電焊聯(lián)接成一個整體。模板結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度和加工量大，一般僅適合于專 業(yè)化工廠制作且因電焊熱量和焊縫收縮的影響， 整塊模板存在不易校正的變形； 不能充分發(fā)揮材料的性能， 既浪費了材料又增加了模板的重量；靈活通用性差。（）、采用設(shè)置有眼孔的角鋼作為板面邊框，板面 與板面之間的連接通過板面邊框采用螺栓或鋼銷連接。角鋼眼孔的孔徑和位置精度要求高，加工難度大， 且多次裝拆極易使眼孔變形，板面與板面之間的裝配位置精度難以保證。（）、模板支撐剛度差、數(shù)量 多。特別是墻或柱模板支撐基本上都

5、采用槽鋼或工字鋼作為背杠并設(shè)置大量的穿墻拉桿（對拉桿），裝拆 速度慢、用工多，模板支撐重量大，且由于大量的穿墻拉桿而導(dǎo)致混凝土表面質(zhì)量差且修補工作量大。機械加工的普及和粘接技術(shù)的發(fā)展， 為優(yōu)化大板鋼模結(jié)構(gòu)提供了有利條件， 使大板鋼模各構(gòu)件之間 全部采用可拆機械聯(lián)接和粘接而替代電焊聯(lián)接成為可能；另外，空心薄壁型鋼的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)能力的提 高，也利于大板鋼模用材向大剛度、低重量的趨勢發(fā)展。根據(jù)這些情況，大板鋼模的結(jié)構(gòu)完全可以作出以 下優(yōu)化： （）、板面加勁肋采用矩形薄壁鋼管或內(nèi)卷邊槽鋼且單向設(shè)置。加勁肋與板面之間用沉頭螺釘和專用卡 具聯(lián)接。從而在增大模板剛度的同時，又使模板結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，制作方

6、便且容易保證加工精度，并使 模板靈活通用。板面沉孔的成型主要依靠專用成型刃具，所用機具可為配有專用支座的手電鉆，也可為小 型磁力電鉆，在施工現(xiàn)場即可進行沉孔制作；而且沉孔精度容易保證，不會對板面平整度和光潔度造成很 大的影響。如需增加板面與加勁肋之間的抗滑移力，還可將板面與加勁肋進行局部粘接。但單向加勁肋設(shè) 置時應(yīng)充分考慮模板吊裝和組拼的強度及剛度，必要時需加設(shè)輔助加勁肋。（）、板面邊框采用設(shè)置有加勁肋和眼孔的厚壁角鋼。在邊框角鋼的接觸面上用刨床或銑床加工出具有 定位作用的槽口并配置專用定位件，而邊框角鋼上的眼孔僅起緊固作用，從而在降低角鋼眼孔加工精度的 同時又可依靠專用定位槽口和定位件來確保

7、模板之間的裝配精度；另外，還可在邊框角鋼之間的接觸面上 粘接密封橡膠條以改善板縫的密封性能。邊框與板面之間采用沉頭螺釘和粘接進行復(fù)合聯(lián)接。（）、盡可能使用鋼桁架作為模板支撐。一方面，鋼桁架重量輕、剛度大，能在很大程度上減少穿墻拉 桿或支撐鋼桁架的構(gòu)件的數(shù)量并節(jié)約材料，加快模板裝拆速度，減少模板施工用工量，確?；炷帘砻尜|(zhì) 量而且易于保證模板安裝精度；另一方面，在高層建筑中還可采用鋼桁架兼作施工腳手架，使高層建筑用 施工腳手架的搭設(shè)問題迎刃而解。在 四川 省攀枝花市炳草崗金沙江大橋高達(dá) 180m 索塔塔柱施工中，就成 功地采用了鋼桁架作為模板支撐和施工腳手架：在該模板體系中，鋼桁架寬0.5m 、

8、每米僅重 16.2kg ；對拉桿直徑為 30mm ，水平設(shè)置間距為 3.2m ，垂向平均設(shè)置間距為 1.2m ，且對拉桿采用外拉及預(yù)留孔洞法 進行設(shè)置從而能多次倒用； 整套模板體系包括施工腳手架在內(nèi)重僅 83kg/m2 ，而模板承載力為 50kPa 且模 板變形量極小。附： 大板鋼模常用材料序號名稱推薦規(guī)格主要性能重量備注1冷軋鋼板 =2.54mm20 鋼、強度高板面2熱 熱軋鋼板 =35mm鋼板面360402.5Ix=21.88,Wx=7.293.59kg/m板面4矩形鋼管80402.0Ix=37.13,Wx=9.283.55kg/m加勁510050 3.Ix=112.12,Wx=22.46

9、.18kg/m肋650506Ix=13.05,Wx=3.684.465kg/m板面7等邊角鋼63638Ix=34.46,Wx=7.757.469kg/m邊框四、大板鋼模的加工、 材料的采購 大板鋼模的所有構(gòu)件基本上是直接利用原材料而不需大范 圍的再次 加工，其質(zhì)量的好壞在很大程度上直接取決于原材料的質(zhì)量；而國內(nèi)鋼材市場又良莠不齊， 許多廠家和商家所提供的型鋼大部分為次品甚至為不合格產(chǎn)品； 部分材料采購員又缺乏相關(guān) 的專業(yè)經(jīng)驗。因此，進行原材料的采購，一方面應(yīng)指派專業(yè)技術(shù)人員進行材料的質(zhì)量鑒定； 而另一方面， 又決不能因小失大， 僅僅因為價格便宜就購買不合格材料而影響模板質(zhì)量甚則 影響混凝土結(jié)構(gòu)

10、施工。 一般來說， 小批量材料的采購主要是從型鋼的外觀質(zhì)量和幾何尺寸誤 差上加以質(zhì)量的鑒定，幾何尺寸誤差必須符合國標(biāo)要求。、 板面的裁剪 采用剪板機進行機械剪切或采用火焰氧氣切割是鋼板下料的常用方法。剪板機下料的 質(zhì)量主要受剪切刃具間隙、 刃口磨損、 鋼板定位精度及夾持力四個因素的影響。 一般情況下， 只要上述四個因素能得到很好的控制，就能使鋼板切口齊整、變形小、 毛刺及飛邊少， 鋼板的下料精度容易得到保證?；鹧嫜鯕馇懈罘椒ň哂斜阌渺`活方便， 設(shè)備投入少的特點， 使用相當(dāng)普遍， 但火焰切割 容易造成割口間隙不一且不齊整， 割口甚至整塊鋼板受切割熱量的影響而產(chǎn)生彎曲、 翹曲等 變形， 并伴隨鋼材

11、力學(xué)性能的變化。 要提高火焰切割質(zhì)量。 一方面要采用半自動氣割機或自 行設(shè)計運載割矩的走行小車和導(dǎo)軌， 來確保切割速度均勻、方向穩(wěn)定， 從而使割口整齊、平 順，而另一方面又要采用在割口周圍加設(shè)浸水棉紗等方法， 減小熱影響區(qū)并有效防止割口變 形和力學(xué)性能下降。在鋼板裁剪前，按設(shè)計尺寸并預(yù)留加工佘量進行裁剪線的劃定是一必不可少的工作。鋼板的劃線需在專用平臺上進行。 由于很多鋼板出廠時其相鄰邊并不垂直， 因此， 劃線時應(yīng)先在鋼板面上設(shè)置精確的直角坐標(biāo)，然后根據(jù)尺寸要求劃定裁剪線， 最后還需對邊、 角之間的所有相互關(guān)系進行仔細(xì)復(fù)核。3、鉆孔鉆床各部位之間的配合間隙大，主軸長且細(xì)， 剛度差， 鉆頭刃磨不

12、易保證質(zhì)量等因素導(dǎo)致無法依靠鉆床自身來確保鉆孔精度，因此，在工件上設(shè)置鉆頭導(dǎo)向和定位夾具是保證鉆孔精度的主要方法， 刃具及刃磨參數(shù)的選擇、 刃磨質(zhì)量、鉆頭的轉(zhuǎn)速和進給速度也或多或少地影響定位夾具的使用壽命和孔徑的精度。、聯(lián)接模板各構(gòu)件之間的聯(lián)接是在專用拼裝平臺上進行的，在聯(lián)接時， 首先要確保相互聯(lián)接的還按粘接工藝要求對被聯(lián)接件接觸面構(gòu)件之間位置正確且密貼完好， 在采用粘接劑聯(lián)接時， 進行預(yù)先處理。螺栓聯(lián)接必須加設(shè)彈簧墊圈。對需經(jīng)常裝拆的螺栓，可在安裝時涂抹黃油， 以便保護螺栓并便于拆 ，而板面與加勁肋的聯(lián)接螺栓則需涂抹密封膠以防螺栓松動并保證 板面的密封性。 構(gòu)件粘接前還需進行粘接 試驗 ，以

13、完全掌握粘接工藝并測定粘接強度， 而粘 接時一定要嚴(yán)格按照工藝要求進行操作。附：大板鋼模制作允許偏差項次項目名稱允許偏差（ mm）檢查方法1板面平整度用 2m 直靠尺及塞尺檢查2模板高度-5 用鋼尺檢查3模板寬度-10用鋼尺檢查4板面對角線長5用鋼尺檢查5模板邊平整度3拉線用直鋼尺檢查6模板翹曲L/1000檢查平臺7孔眼位置2用鋼尺檢查五、設(shè)計計算模板設(shè)計計算的主要目的是在選定材料后，根據(jù)砼施工條件和要求，模板構(gòu)件的剛度和強度要求確定板面加縱肋、模板支撐的設(shè)置間距和數(shù)量，由于模板支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類繁多，有時還需要單獨對模板 支撐進行設(shè)計和計算。這里我們僅以單向加勁肋設(shè)置且加勁肋與板面采用可拆機

14、械聯(lián)接的墻模板的計算為例， 來說明模板設(shè)計 計算的方法。鑒于模板背杠結(jié)構(gòu)計算較復(fù)雜且在許多資料中可查，此例中就不加以計算。已知條件：板面厚 mm、高 3m、寬 4m，加勁肋為 的矩形鋼管且水平設(shè)置，混凝 土坍落度 cm，初凝時間 h，澆注速度 V1m/h 。計算目的：根據(jù)施工條件和材料確定加勁肋設(shè)置間距 a 及加勁肋橫向支撐高度 y1、y2 。、 模板荷載計算 墻模板的荷載主要為新澆混凝土側(cè)壓力和灌注及搗固混凝土?xí)r所產(chǎn)生的附加壓力，精確計算和測定墻模板 的荷載比較困難，目前還無可應(yīng)用于這方面精確計算的理論公式。在此擬采用以下經(jīng)驗公式： p=pmax=4.0+1500K 1/3/(T+30)H

15、h0p=(H0- H) +P0h0 H H0 混凝土初凝時間、外加劑、坍落度等對側(cè)壓力影響的修正系數(shù)。此處取 1.5 新澆混凝土的溫度，此處取 T=20C0 ?；炷帘戎兀话闳?KN m3P0 灌注和搗振混凝土?xí)r產(chǎn)生的附加側(cè)壓力，此處取P0 kPaH0 混凝土澆注終了高度，此處 H0 3.0mh0 H0( pmax P0)根據(jù)計算，得出模板荷載豎向分布規(guī)律：H1.36m,p=49 kPa1.36m H 3.0m, p=(83-25H) kPa、 板面加勁肋設(shè)置間距的確定 板面加勁肋的設(shè)置間距主要根據(jù)板面的剛度和強度要求確定。板面的剛度和強度可按均布靜載等跨 連續(xù)梁進行計算；由于板面邊框緊鄰加

16、勁肋，在計算時可不考慮其受力及變形。()、 剛度條件： f=kf(12 Pmaxa4/E 4)/100fkf-撓度系數(shù)，可取 kf=0.7 ；E-鋼材彈性模量 ,一般 E=200Gpa ；-鋼板厚度；根據(jù)混凝土表面質(zhì) 量要求 , 一般可取板面容許撓度 f=2.0mm 。a=(100fE 3/12kfpmax)1/4=100 2.0 0.2 43/(12 0.7 49103)1/4=0.28m()、 抗彎強度條件： =6kmpmaxa2/ 2 km- 彎矩系數(shù) , 常取 km=0.125根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 , A3 鋼的容許應(yīng)力 =182MPaa( (26/kmpmax ) )1/2=182 4

17、2/(6 0.125 49 103)1/2=0.28m根據(jù)剛度和強度條件，板面加勁肋設(shè)置間距為 0.28m, 整塊模板需設(shè)置 15 根加勁肋。 、加勁肋橫向支撐設(shè)置位置1 根據(jù)加勁肋設(shè)置間距和板面荷載分布規(guī)律可知每根加勁肋的荷載分布：ql=Pmax a=13.72kn/m H=1.36mql=P a= ( 23.24-7H )kN/m 1.26 m H 3.0m荷載合力 F=Pmax ah0+(Pmax+P0)(H0-h0)/2=31.75Kn合力中心 y0=Pmaxah02/2+ a(H0 +P0)(H02 -h02)/2-a(H03- h03)P/3/F=1.217m2 加勁肋橫向支撐設(shè)置兩道，根據(jù)支撐受力相同及板面加勁肋在支撐點和跨中彎矩相等的原則，確定支撐設(shè)置位置 y1 及 y2 ，支撐的跨中點，設(shè)在加勁肋荷載合力中心 y0 ，即： y1+y2=2y0 根據(jù)彎矩相等的原則， y1 = y0/(1+21/2)=0.5my2=2y0- y1=2.0m (由 1.934m 圓整而得)3 加勁肋彎曲強度校核： =1/2Pmax a y1 2/Wx=1/2 13.72 1030.52/(9.28 10-6)=184.8MPa安全 儲備，同時薄壁 A3 鋼材的由于模板