|研究探索Research& Probe模板的優(yōu)化設(shè)計8010100110101N101010101010李潤保羅志強(洪宇建設(shè)集團公司)[摘要]模板是. -種多級傳力的臨時結(jié)構(gòu),傳力路線一般是:荷載.→模板面板_→內(nèi)楞→外楞.→立柱(或?qū)菟?,當模板的用料確定后,模板的構(gòu)造有多種可能的組合。本文應用優(yōu)選法，用PKPM軟件作為計算的工具,對模板設(shè)計進行優(yōu)化,最后提出可供施工使用的板、梁、墻構(gòu)件的模板最佳配置。.[關(guān)鍵詞]模板模板計算模板優(yōu)化設(shè)計Optimize Design of FormworksLI Run -bao LUO Zhi-qiang(Hongyu Constructin Group Company)Abstract Formwork is a kind of temporary str ucture of multilevel force transfer, the force transfer route is usually asfollow: load- form- +inner nidgc- +outer ridge-→post (or bolt), after fixing the material of formwork, there are manifold possiblecompages of formation of formworks. The optimum seeking method Which the famous mathematician Hua Luogeng sparkplugs isapplied in this paper, the PKPM software is chose as computational tool, the design of formworks is optimized, fnally a bestformwork compage of members such as slab, girder and wall is put forward.Keywords formwork, formwork calculation，optimum formwork design模板是一種多級傳力的臨時結(jié)構(gòu)，傳力路線一求解也不是 -件容易的事。 本文應用著名數(shù)學家華般是:荷載- +模板面板-→內(nèi)楞-→外楞- +立柱(或?qū)_庚倡導的優(yōu)選法，用中國建筑科學研究院建筑工螺栓)。當模板的用料確定后,模板的構(gòu)造有多種可程軟件研究所提供的PKPM軟件作為計算工具,對能的組合,其中任何一種構(gòu)件布局的變化,都將引起模板設(shè)計進行優(yōu)化,最后提出供施工使用的板、梁、其他構(gòu)件布局或受力狀況的變化。目前普遍的做法墻的模板最佳配置方案。是:先按經(jīng)驗確定模板的構(gòu)造,然后用有關(guān)的公式進1基本條件行驗算,保證模板系統(tǒng)是安全的就可以了;但這樣設(shè)(1 )模板結(jié)構(gòu)用料及其力學性能計的模板系統(tǒng)并不是最佳的結(jié)果。如果用......①模板:木膠合板，18mm厚,抗彎強度設(shè)計值為分別代表每種構(gòu)件的布局特征，則模板的最佳構(gòu)造15N/mm2,抗剪強度設(shè)計值為1.4N/mm?;T將是變量a......的函數(shù)，即中國煤化工抗彎設(shè)計強度為13T=. f.......N/md1/mm2 ;如何求函數(shù)T的極值，是一個很有實用價值的YHCNMHG彎設(shè)計強度為205課題,但函數(shù)表達式很難寫出來;或者即使寫出來，N/mm2 ;48(總504)工程質(zhì)量t 2007.No.8(A)丘靉④對拉螺栓:采用中12、中14圓鋼,抗拉強度設(shè)( 60mmx 80mm木方楞)-外楞( 48x3.5鋼管)-→立計值為170N/mm?，經(jīng)計算，容許拉力分別為12.90柱(中48x 3.5鋼管),立柱按正方形布置(見圖1)。kN和17.80kN;60x80木內(nèi)楞⑤立柱:中48x3.5鋼管，抗彎設(shè)計強度為205N/mm2。+ alat(2 )作用在模板上的荷載中48鋼管外楞①模板及其支架自重:取0.3 kN /m;②新澆混凝土自重:取24 kN /m';中48鋼管立柱③鋼筋自重:樓板取1.1kN /m3 ,梁取1.5kN /m';④施工人員及施工設(shè)備荷載:取2.5kN/m?;⑤振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載:水平模板取2.0kN/m2,垂直荷載取4.0kN/m?;⑥振搗混凝土對模板側(cè)面的壓力,按有關(guān)公式計算;⑦傾倒混凝土時產(chǎn)生的荷載，按采用商品混凝土考慮,取4 kN /m2。圄1樓板模板構(gòu)造示意圖荷載分項系數(shù)的取值第①、②、③.⑥項,分項當樓板的厚度( 即作用在模板上的荷載)確定系數(shù)取1.2; 第④、⑤、⑦項,分項系數(shù)取1.4。后，影響模板構(gòu)造的是內(nèi)楞的間距a和立柱的尺寸撓度:≤跨度x1/250。b(也就是外楞及內(nèi)楞的跨度),其中任一因素的變化2最佳值的確定都會影響整個模板系統(tǒng)構(gòu)造的變化。各級構(gòu)件的力學性能計算值(包括抗彎、抗剪、這是一個雙因素的問題，假定200mm≤a≤撓度值)均等于或接近其允許的設(shè)計值,表明構(gòu)件的500mm, 700mm≤b≤1300mm,則可能的組合,從理論潛力得到了最大的發(fā)揮。從理論上講，這就是極值，上講(按10mm為進位單位),有(50-20 )x( 130-70)就是最佳的效果。但實際上不可能各種構(gòu)件同時達=1800種,即使用計算機來求解,也不太現(xiàn)實。優(yōu)選到或接近其允許的設(shè)計值，往往是某個構(gòu)件的某項法的做法是:先固定一個因素a(本文是內(nèi)楞的間距指標，已達到或接近設(shè)計值,而其他指標、或其他構(gòu)a),然后用單因素的方法優(yōu)選因素b,得最佳值后，件的指標與設(shè)計允許值還有-定的差距。如果通過縮小計算范圍,再優(yōu)選因素a;如此反復,直到求得分析,認為其他指標的提升可能已沒有或不大了,這最佳值。表1是采用優(yōu)選法對厚100mm的樓板的優(yōu)時,也認為設(shè)計已達到最佳的效果了。選計算過程及結(jié)果,僅用10次計算即得到了希望的3樓板模板結(jié)果。樓板模板的構(gòu)造是,模板面板(膠合板)- >內(nèi)楞對表1的計算過程,說明如下:表1厚100mm樓板的優(yōu)選計算過程參數(shù)模板面板內(nèi)楞立柱序號內(nèi)楞間距外楞間距抗彎抗剪撓度抗彎撓度抗彎「 撓度軸力說明( mm)( mm( N/mm?)| (N/mm2)| mm) | ( N/mm2)(N/mm2)| (mm) ( N/mm2)| (mm) [Nmm231510702.3030.197 0.2147.06301.076 336.46 5.273 147.639295.340.6880.614208.117 0.911 113.02固定內(nèi)楞318420.1970.2144.350.622”0.409163.27 1.44193.33間距8965.000.6660.538206.21 2.294106.238754.780.6510.492197.32 2.055101.833853.440”0.241 0.4775.840.7960.602198.39 0.874 101.83429874.2710.2696.51中國煤化工01101.83固定外楞4564.8260.286 0.946.920HCNMH GSS4735.1920.296 1.0887.17.2U2.40| c.13810459004.700.282 0.8917.140.9520.769173.10 1.875106.23 I 最后取值工程質(zhì)t 2007.No.8(A)(總505)49.R!|研究探索esearch & Probe第1次計算,先固定內(nèi)楞間距a,按0.618法確用0.618法優(yōu)選內(nèi)楞的間距，到第9次計算,可以看定固定點:500-( 500-200 )x0.618=315mm;同樣,外出,外楞的抗彎強度值,已十分接近設(shè)計值?？紤]到，楞的第1次計算值，也按0.618法確定為:700+現(xiàn)場施工,尺寸一般以50mm進位較方便,這也是-( 1300-700 )x0.618=1070mm，期望是外楞的跨度盡種習慣作法，所以，最后決定，選內(nèi)楞間距為可能大一些,所以,用0.618法時，選靠近1070-邊450mm，外楞間距為900mm，結(jié)果就是第10次計的一點。計算結(jié)果表明，外楞跨度過大，已超出允許算。雖然它不是理論上的最佳值,但是-個較為接近范圍(表中抗彎強度336>[205])，可見, 1070~最佳值的配置,而且從現(xiàn)場施工看,已完全可滿足要1300mm范圍,均是不可取的范圍;所以,第2次計求了。算,在700~ 1070mm范圍內(nèi),再按0.618法選點。如用同樣的方法可以對厚度為80、120、150、180、此反復，到第5次計算，已得到外楞b的較好值為200mm的樓板模板構(gòu)造進行優(yōu)化設(shè)計。對取值范圍作875mm。由此可以看到,決定整個模板體系的主要控適當調(diào)整:200mm≤a≤500mm,700mm≤b≤1000mm。制指標是外楞的抗彎強度值。計算過程從略。選定的現(xiàn)場使用的較好組合( 包括第6次計算開始，固定外楞的b值為875mm,120mm厚板),見表2。表2各種厚度樓板的最優(yōu)配置及計算結(jié)果參數(shù)模板面板內(nèi)楞外楞立柱板厚內(nèi)楞間距| 外楞間距|抗彎抗剪撓度抗彎軸力(mm)( mm)(N/mm2) (N/mm') ( mm )( N/mm?) | [N/mm2 )(Nmm2}_ (mm)| ( N/mm’)8045090044740.2680.8436.790.9060.728 164.781.79102.4(1004.700.2820.8917.140.9520.769173.101.875106.231208504.9250.2960.9396.670.9420.645185.161.845100.74150 .3S03.1850.2460.3705.550.7830.540191.191.91107.241803008002.490.2240.2144.480.6720.389168.161.35101 .462002501.7790.1940.1083.890.8530.338181.051.57105.31( 200mmx350mm ).6 kN/m (250mmx480mm )、8 kN/m( 300mmx580mm )、10 kN/m( 300mx800mm )、12 kN/m60x80木內(nèi)楞，( 300mmx1020mm ) 14 kN/m ( 350mmx1020mm)6種向距a情況考慮。該荷載是指考慮分項系數(shù)后的組合值,括1048翎管外楞號內(nèi)的數(shù)字,表示在計算時,選擇的相應梁的斷面尺1000.φ48鋼管立柱,寸。本文提供了梁承受的線荷載≤14 kN/m時,現(xiàn)場縱向間距b使用的模板構(gòu)造最佳值。線荷載≥15kN/m的梁,作為危險性較大、應由專家論證的施工安全方案,本文暫不考慮。當所受荷載及立柱的間距確定后，梁模板構(gòu)造的最佳組合取決于內(nèi)楞的間距a和外楞的跨度b(即立柱的縱向間距)。當立柱的間距選定后,內(nèi)楞的圖2梁模板構(gòu)造示意圖跨度也就確定了,與外楞的跨度無關(guān)，也就是說,內(nèi)4梁模板楞的間距的優(yōu)選是個單因素的問題。內(nèi)楞間距a優(yōu)梁模板的構(gòu)造是，模板面板(膠合板)→內(nèi)楞選后再優(yōu)選外楞的跨度b，這也是一個單因素的優(yōu)( 60mmx80mm木方楞)-→外楞(中48x3.5鋼管)→立選問中國煤化工柱(中48x3.5鋼管)(見圖2)。立柱間距(即內(nèi)楞的跨YHCNMHG、12、14kN/m的梁模度)定為1000mm,梁模板受到的線荷載,按4kN/m板構(gòu)造進行優(yōu)化設(shè)計，按經(jīng)驗選定各項計算的取值50(總506)工程質(zhì)t 2007.No.8(A)C得凳表3梁模板的最優(yōu)配置及計算結(jié)果梁承受的參數(shù)模板面板內(nèi)相外楞立柱線荷載I內(nèi)楞間距外楞跨度|抗彎抗剪撓度抗彎軸力(kNm )(mm)( mm( N/mm?)| l N/mm2 I(N/mm?) | (N/mm2)| (mm)| (N/mm?) (mm) ( N/mm? )45020007.5010.4501. .4847.050.2991.60168.629.29112.4618008.9690.538I.79410.230.4452.40189.108.75121.35 .40015007.9790.5391.26911.920.5312.80191.905.82119.84035013507.6120.5870.93612.930.582196.404.90120.36225012504.6510.5020.29411.020.5002.60188.824.17127.1020011002.9760.4020.1209.970.462176.972.99116.88范圍,如果將兩個因素同時進行優(yōu)選,收斂更快,往往經(jīng)過3~4輪,即可得到最佳結(jié)果,計算過程從略。選定的現(xiàn)場使用的較好組合,見表3。5墻模板,60x80小榜墻模板的構(gòu)造是，模板面板(膠合板)→內(nèi)楞心{ 60mmx80mm木方楞)-→外楞(2948x3.5 鋼管)→2048鋼晉對拉螺栓(見圖3)。內(nèi)楞豎放,外楞為雙鋼管橫放，.對拉螺栓對拉螺栓的豎向間距與外楞的間距相同。在墻模板中,有三個變化因素，即內(nèi)楞間距a、外楞間距b和|a[aaala外楞跨度c(即對拉螺栓的水平距離),但三個因素圖3墻模板構(gòu)造示意圖并不是互相制約的，而是逐級進行優(yōu)選，是單因素問題。首先優(yōu)選內(nèi)楞的間距，決定模板的最佳跨.度;然后優(yōu)選外楞的間距，決定內(nèi)楞的最佳跨度，6結(jié)語最后優(yōu)選外楞的跨度,決定對拉螺栓的最佳水平間本文的思路是,先采用優(yōu)選法,計算出最佳的距。在優(yōu)選過程中，將三個因素同時進行優(yōu)選,即組合( 總共進行了120 次以上的計算)，精度達到在優(yōu)選內(nèi)楞間距的同時,外楞間距和外楞跨度也同10mm以內(nèi)，此時某個構(gòu)件的某個受力指標，已經(jīng)時按0.618法選點,這樣,收斂可更快,經(jīng)過6輪計十分接近其允許的設(shè)計值。然后按50mm進位的方算即得到最佳結(jié)果,且其精度在10mm以內(nèi)。同樣法,給出一個現(xiàn)場施工用的板、梁、墻模板組合(表考慮到現(xiàn)場施工,其中尺寸-般以50mm進位的通2、表3、表4)。考慮到現(xiàn)場施工的影響因素太多，用做法,最后選定一個現(xiàn)場施工用的配置。計算過在實際應用時,還應根據(jù)具體情況,以本文提供的程從略。最后選定的現(xiàn)場使用的較好組合(包括組合作為一個“坐標”，來靈活決定具體工程的施.20kN/m2 ),見表4。工方法。表4墻模板的最優(yōu)配置及計算結(jié)果混凝土側(cè)面楊內(nèi)壓力標準“值內(nèi)楞間距T外楞間距外楞跨度i彎拉力選用(kN/m2)| (mm) (mm) (mm )(N/mm?)| (mm) ( N/m2) (mm)| (N/mm2) ( mm l(kN)007507008.7701.18910.4060.705187.37 0.80610.50中1230509.4371.04511.1480.702180.57 0.60912.60406505508.9330.75210.6150.596181.50.53314.30φ1460010.9330.9401.070中國煤化工_ 15.00中14Ss012.9331.1281.00316.508.750EM.HCN MH Gf15.757010.3700.6351JU.CUi U.JZl工程質(zhì)量t 2007.No.8(A)(總507 ) 51