3.3.3 模板的設計

模板及其支架的設計應根據工程結構形式、荷載大小、地基土類別、施工設備和材料等條件進行。

1．模板設計要求及內容

（1）模板設計所需遵循的原則：

1）實用性原則：模板要保證構件形狀尺寸和相互位置正確，且結構簡單，支拆方便，表面平整，接縫嚴密不漏漿等；

2）安全性原則：要有足夠的強度、剛度和穩定性，保證施工中不變形，不破壞，不倒塌；

3）經濟性原則：在確保工期、質量安全的前提下，盡量減少一次性投入，增加模板周轉，減少支拆用工，實現文明施工。

（2）模板及其支架的設計應符合下列規定：

1）具有足夠的承載能力、剛度和穩定性，應能可靠地承受新澆混凝土的自重、側壓力和施工過程中所產生的荷載；

2）構造應簡單，裝拆方便，便于鋼筋的綁扎、安裝和混凝土的澆筑、養護等；

3）混凝土梁的施工應采用從跨中向兩端對稱進行分層澆筑，每層厚度不得大于400mm；

4）當驗算模板及其支架在自重和風荷載作用下的抗傾覆穩定性時，應符合相應材質結構設計規范的規定。

（3）模板設計應包括下列內容：

1）根據混凝土的施工工藝和季節性施工措施，確定其構造和所承受的荷載；

2）繪制配板設計圖、支撐設計布置圖、細部構造和異型模板大樣圖；

3）按模板承受荷載的最不利組合對模板進行驗算；

4）制定模板安裝及拆除的程序和方法；

5）編制模板及配件的規格、數量匯總表和周轉使用計劃；

6）編制模板施工安全、防火技術措施及設計、施工說明書。

（4）設計步驟：

1）劃分施工段，確定流水作業順序和流水工期，明確配置模板的數量；

2）確定模板的組裝方法及支架搭設方法；

3）按配模數量進行模板組配設計；

4）進行夾箍和支撐件的設計計算和選配工作；

5）明確支撐系統的布置、連接和固定方法；

6）確定預埋件、管線的固定及埋設方法，預留孔洞的處理方法；

7）將所需模板、連接件、支撐及架設工具等統計列表，以便于備料。

2．模板設計荷載及其組合

在設計和驗算模板及支架時應考慮下列荷載：

（1）模板及支架自重標準值：可按圖紙或實物計算確定，或參考表3-14計算。

（2）新澆筑混凝土的自重標準值：普通混凝土可采用24 kN／m3，其他混凝土按實際重力密度確定。

（3）鋼筋自重標準值：樓板的每立方米混凝土為1.1kN；梁的每立方米混凝土為1.5kN。

（4）施工人員及設備荷載標準值：計算模板及小楞時，均布活荷載為2.5kN／m2，另以集中荷載2.5kN驗算，取兩者中較大值；計算支撐小楞的構件時，均布活荷載為1.5kN／m2；計算支架立柱等構件時，均布活荷載為1.0kN／m2。對大型澆筑設備（上料平臺等）、混凝土泵等，按實際情況計算。如混凝土堆積料的高度超過100mm時，則按實際情況計算。

（5）振搗混凝土時產生的荷載標準值：水平面模板為2.0kN／m2；垂直面模板為4.0kN／m2（作用范圍在有效壓頭高度之內）。

（6）新澆筑混凝土對模板側面的壓力標準值：當采用內部振動器時，新澆筑的混凝土作用于模板的最大側壓力，按式（3-8）和式（3-9）計算，并取兩者中的較小值。混凝土側壓力計算分布圖如圖3-19所示。

式中：F ——新澆筑混凝土對模板的最大側壓力（kN／m2）；

γc ——混凝土的重力密度（kN／m3）；

t0——新澆筑混凝土的初凝時間（h），可按實測確定，當缺乏試驗資料時，可采用t0＝200／（T＋15）計算［T為混凝土的溫度（℃）］；

V ——混凝土的澆筑速度（m／h）；

H ——混凝土側壓力計算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度（m）；

β1——外加劑影響修正系數，不摻外加劑時取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時取1.2；

β2 ——混凝土坍落度影響修正系數，當坍落度小于30 m m時取0.85，當坍落度為50～90mm時取1.0，當坍落度為110～150mm時取1.15。

（7）傾倒混凝土時產生的荷載標準值：傾倒混凝土時對垂直面模板產生的水平荷載標準值如表3-15所示。

除上述7項荷載外，當水平模板支撐結構的上部繼續澆筑混凝土時，還應考慮由上部傳遞下來的荷載。

荷載設計值：計算模板及支架時，應將上述7項荷載標準值乘以相應的荷載分項系數以求得荷載設計值，荷載分項系數如表3-16所示。

荷載組合：對不同結構的模板及支架進行計算時，應分別取不同的荷載效應組合，荷載組合的規定如表3-17所示。

計算鋼、木模板及支架時可以參照相應的設計規范。考慮到是臨時結構，對于鋼模板及支架，其荷載設計值可按0.85折減；對于木模板及支架（木材含水率小于25%時），其荷載設計值可按0.9折減。

驗算模板及其支架的剛度時，其最大變形值不得超過下列允許值：對結構表面外露的模板，為模板構件計算跨度的1／400；對結構表面隱蔽的模板，為模板構件計算跨度的1／250；對支架的壓縮變形值或彈性撓度，為相應的結構計算跨度的1／1000。

支架的立柱或桁架應保持穩定，并用撐拉桿件固定。驗算模板及其支架在自重和風荷載作用下的抗傾倒穩定性時，應符合有關的專門規定。

【例3-1】某工程墻體模板采用組合鋼模板組拼，墻高3m，厚200mm，如圖3-20所示。鋼模板采用P6015（1500mm×600mm）和P1015（1500mm×100mm）組拼，分兩行豎排拼成。內鋼楞采用2根φ48×3.5鋼管，間距為600mm，外鋼楞采用同一規格鋼管，間距為700mm，對拉螺栓采用M16（600mm×700mm）。

混凝土自重為24kN／m3，強度等級為C30，坍落度為160mm，采用泵送混凝土澆筑，澆筑速度為1.5m／h，混凝土溫度為20℃，用插入式振搗器振搗。

鋼材抗拉強度設計值：Q235鋼為215N／mm2，普通螺栓為170N／mm2。鋼模板的允許撓度：面板為1.5mm，鋼楞為L／500mm。

已知：鋼模板（δ＝2.5mm）截面特征，Ixj＝54.30×104mm4,Wxj＝11.98×103mm3。

試驗算：鋼模板、鋼楞和對拉螺栓是否滿足設計要求。

解

（1）設計荷載及荷載組合

①新澆筑的混凝土對模板側壓力標準值G4k

混凝土側壓力標準值：

F1＝0.22γct0β1β2V1／2＝0.22×24×5.71×1.2×1.15×1.51／2＝50.95（kN／m2）

F2＝γcH＝24×3＝72（kN／m2）

取兩者中的較小值，即F1＝50.95（kN／m2）。

②振搗混凝土時產生的水平荷載標準值Q2k：垂直于模板為4kN／m2。

荷載組合：

F′＝γ0Gik＋γQiQik＝0.9×1.2×50.95＋1.4×4＝60.07（kN／m2）

使用組合鋼模板應乘以折減系數0.95。

F′＝60.07×0.95＝57.07（kN／m2）

（2）鋼模板驗算

①計算簡圖如圖3-21所示：

化為線均布荷載：

q1＝＝34.24（N／mm）（用于計算承載力）；

q2＝＝30.57（N／mm）（用于驗算撓度）。

②抗彎強度驗算：

經過連續梁的計算得到：

最大彎矩：Mmax＝1.54×106N·mm

抗彎計算強度：σ＝-＝128.5（N／mm2）＜f＝215N／mm2（滿足要求）

③撓度驗算：

經過連續梁的計算得到

最大變形vmax＝0.60mm＜[ω]＝1.5mm

（3）內鋼楞驗算

2根φ48×3.5mm鋼管的截面特征（計算時按鋼管壁厚3.0mm計算），I＝2×10.78×104mm4,W＝2×4.49×103mm3。

①計算簡圖如圖3-22所示：

化為線均布荷載：

q1＝＝34.24（N／mm2）（用于計算承載力）；

q2＝＝30.57（N／mm2）（用于驗算撓度）。

②抗彎強度驗算：按近似三跨連續梁計算。

M＝0.10q1l2＝0.10×34.24×7002＝168×104（N·mm）（滿意要求）

σ＝-＝187.1（N／m m2）＜f＝215（N／m m2）

③撓度驗算：

④主楞計算

主、次楞交叉點上均有對拉螺栓，主楞可不計算。

（4）對拉螺栓驗算

M U16螺栓凈截面面積A＝144mm2

①對拉螺栓的拉力：

N＝50.95×0.6×0.7＝21.39（kN）

②對拉螺栓的應力：

σ＝＝148.5（N／mm2）＜170N／mm2（滿足要求）