|研究探索Research& Probe模板的優(yōu)化設(shè)計(jì)8010100110101N101010101010李潤保羅志強(qiáng)(洪宇建設(shè)集團(tuán)公司)[摘要]模板是. -種多級(jí)傳力的臨時(shí)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(dāng)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(yīng)用優(yōu)選法，用PKPM軟件作為計(jì)算的工具,對(duì)模板設(shè)計(jì)進(jìn)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(jì)算模板優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jí)傳力的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，傳力路線一求解也不是 -件容易的事。 本文應(yīng)用著名數(shù)學(xué)家華般是:荷載- +模板面板-→內(nèi)楞-→外楞- +立柱(或?qū)_庚倡導(dǎo)的優(yōu)選法，用中國建筑科學(xué)研究院建筑工螺栓)。當(dāng)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(jì)算工具,對(duì)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(jì)進(jìn)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(yàn)確定模板的構(gòu)造,然后用有關(guān)的公式進(jìn)1基本條件行驗(yàn)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(xué)性能計(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)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(jì)強(qiáng)度為13T=. f.......N/md1/mm2 ;如何求函數(shù)T的極值，是一個(gè)很有實(shí)用價(jià)值的YHCNMHG彎設(shè)計(jì)強(qiáng)度為205課題,但函數(shù)表達(dá)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(duì)拉螺栓:采用中12、中14圓鋼,抗拉強(qiáng)度設(shè)( 60mmx 80mm木方楞)-外楞( 48x3.5鋼管)-→立計(jì)值為170N/mm?，經(jīng)計(jì)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(jì)強(qiáng)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?xí)r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(duì)模板側(cè)面的壓力,按有關(guān)公式計(jì)算;⑦傾倒混凝土?xí)r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(xiàng)系數(shù)的取值第①、②、③.⑥項(xiàng),分項(xiàng)當(dāng)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(xiàng),分項(xiàng)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(huì)影響整個(gè)模板系統(tǒng)構(gòu)造的變化。各級(jí)構(gòu)件的力學(xué)性能計(jì)算值(包括抗彎、抗剪、這是一個(gè)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(jì)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(jìn)位單位),有(50-20 )x( 130-70)就是最佳的效果。但實(shí)際上不可能各種構(gòu)件同時(shí)達(dá)=1800種,即使用計(jì)算機(jī)來求解,也不太現(xiàn)實(shí)。優(yōu)選到或接近其允許的設(shè)計(jì)值，往往是某個(gè)構(gòu)件的某項(xiàng)法的做法是:先固定一個(gè)因素a(本文是內(nèi)楞的間距指標(biāo)，已達(dá)到或接近設(shè)計(jì)值,而其他指標(biāo)、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(biāo)與設(shè)計(jì)允許值還有-定的差距。如果通過縮小計(jì)算范圍,再優(yōu)選因素a;如此反復(fù),直到求得分析,認(rèn)為其他指標(biāo)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(duì)厚100mm的樓板的優(yōu)時(shí),也認(rèn)為設(shè)計(jì)已達(dá)到最佳的效果了。選計(jì)算過程及結(jié)果,僅用10次計(jì)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(duì)表1的計(jì)算過程,說明如下:表1厚100mm樓板的優(yōu)選計(jì)算過程參數(shù)模板面板內(nèi)楞立柱序號(hào)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(jì)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(jì)算,可以看定固定點(diǎn):500-( 500-200 )x0.618=315mm;同樣,外出,外楞的抗彎強(qiáng)度值,已十分接近設(shè)計(jì)值。考慮到，楞的第1次計(jì)算值，也按0.618法確定為:700+現(xiàn)場(chǎng)施工,尺寸一般以50mm進(jìn)位較方便,這也是-( 1300-700 )x0.618=1070mm，期望是外楞的跨度盡種習(xí)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(shí)，選靠近1070-邊450mm，外楞間距為900mm，結(jié)果就是第10次計(jì)的一點(diǎn)。計(jì)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(gè)較為接近范圍(表中抗彎強(qiáng)度336>[205])，可見, 1070~最佳值的配置,而且從現(xiàn)場(chǎng)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(jì)求了。算,在700~ 1070mm范圍內(nèi),再按0.618法選點(diǎn)。如用同樣的方法可以對(duì)厚度為80、120、150、180、此反復(fù)，到第5次計(jì)算，已得到外楞b的較好值為200mm的樓板模板構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)取值范圍作875mm。由此可以看到,決定整個(gè)模板體系的主要控適當(dāng)調(diào)整:200mm≤a≤500mm,700mm≤b≤1000mm。制指標(biāo)是外楞的抗彎強(qiáng)度值。計(jì)算過程從略。選定的現(xiàn)場(chǎng)使用的較好組合( 包括第6次計(jì)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(jì)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(xiàng)系數(shù)后的組合值,括1048翎管外楞號(hào)內(nèi)的數(shù)字,表示在計(jì)算時(shí),選擇的相應(yīng)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(shí),現(xiàn)場(chǎng)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(xiǎn)性較大、應(yīng)由專家論證的施工安全方案,本文暫不考慮。當(dāng)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(dāng)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(gè)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(gè)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，按經(jīng)驗(yàn)選定各項(xiàng)計(jì)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(jì)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(gè)因素同時(shí)進(jìn)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(jì)算過程從略。選定的現(xiàn)場(chǎng)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(duì)拉螺栓(見圖3)。內(nèi)楞豎放,外楞為雙鋼管橫放，.對(duì)拉螺栓對(duì)拉螺栓的豎向間距與外楞的間距相同。在墻模板中,有三個(gè)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(duì)拉螺栓的水平距離),但三個(gè)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(jí)進(jìn)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(duì)拉螺栓的最佳水平間本文的思路是,先采用優(yōu)選法,計(jì)算出最佳的距。在優(yōu)選過程中，將三個(gè)因素同時(shí)進(jìn)行優(yōu)選,即組合( 總共進(jìn)行了120 次以上的計(jì)算)，精度達(dá)到在優(yōu)選內(nèi)楞間距的同時(shí),外楞間距和外楞跨度也同10mm以內(nèi)，此時(shí)某個(gè)構(gòu)件的某個(gè)受力指標(biāo)，已經(jīng)時(shí)按0.618法選點(diǎn),這樣,收斂可更快,經(jīng)過6輪計(jì)十分接近其允許的設(shè)計(jì)值。然后按50mm進(jìn)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(gè)現(xiàn)場(chǎng)施工用的板、梁、墻模板組合(表考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工,其中尺寸-般以50mm進(jìn)位的通2、表3、表4)。考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的影響因素太多，用做法,最后選定一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)施工用的配置。計(jì)算過在實(shí)際應(yīng)用時(shí),還應(yīng)根據(jù)具體情況,以本文提供的程從略。最后選定的現(xiàn)場(chǎng)使用的較好組合(包括組合作為一個(gè)“坐標(biāo)”，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(jì)算結(jié)果混凝土側(cè)面楊內(nèi)壓力標(biāo)準(zhǔn)“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