竹胶合板模板的设计与计算

竹胶合板模板的设计与计算
张存宝
（四川明瑞建设工程有限公司四川资中）
【摘要】针对竹胶合板模板的变形问题，提出模板设计与计算中应注意的问题，指出竹模板设计必须按照《建筑结构设计规范统一标准》，根据我国结构设计采用极限状态设计的要求，参照《木结构设计规范》确定竹胶合板的设计强度，并考虑进行模板变形的受弯构件承载力验算和挠度验算来予以解决。

【关键词】竹胶合板；建筑模板；模板设计
概述
竹胶合板模板是我国当前应用最广泛的建筑模板，其有点是价廉、混凝土拆模后混凝土外观质量好，同时其切割方便，易于成型，尤其对于注重建筑规划及造型、张扬个性的现代建筑而言，无疑为建造者提供了充分的施展空间，自上世纪90年代引入以来，在我国迅速推广，并形成国产化。

但近年来，竹胶合板模板的变形问题也日益突出，主要有以下三个因素：
1）直接选用厂家提供的静曲强度值做强度计算值，导致应力范围超过竹胶合板模板的弹性变化范围，导致实际变形超过计算值
2）由于目前生产的竹胶合板规格以12mm和14mm居多，该两种板从刚度变形角度考虑似乎偏小，易造成过大变形
3）对竹胶合板缺乏变形计算，仅依赖经验
为了解决上述问题，本文按照有关规范提出规范化的设计计算方法，以保证竹胶合板的模板计算更加合理，最大可能地消除变形，保证混凝土外观质量和几何尺寸。

1按照规范来确定竹胶合板的设计强度
竹胶合板的结构设计要求
模板的设计虽属临时性结构，但也应服从我国建筑结构的设计规范----《建筑结构设计规范统一标准》（GBJ68-84），根据该标准要求，我国结构设计采用极限状态设计，其基本表达方式为：
γ0（γG C G G K+γQi C Qi Q IK）≤R（γk，F k，A k）（1）
式中：
γ0----结构重要性系数，作为模板取1.0
γG---永久荷载分项系数，一般情况取1.2
γQi---可变荷载分项系数，一般情况取1.4
G K Q IK---永久荷载及可变荷载标准值
C G C Qi---永久荷载及可变荷载效应系数
R----结构构件的抗力函数
γk---结构构件抗力分项系数
F k---材料性能的标准值
A k---几何参数的标准值
作为模板设计，其使用的正常状态，除结构强度之外应保证其变形不能过大，因而其极
限状态应考虑强度和变形两种，除去要进行两种极限状态的计算之外，关于结构构件的抗力函数在胶合板计算的具体体现就是其抗弯设计强度值，它与材料性能的标准值和抗力分项系数有关，在此可采用木结构的方法加以解决。

按照《木结构设计规范》确定竹胶合板的设计强度
从《木结构设计规范》（GBJ5--88）中关于材料的设计指标和容许值可以看出，竹材与木材的强度设计值与检验值相差甚远，因而不可采用厂家所提供的检验强度值进行设计。

按照《结构设计规范统一标准》所提供的抗力设计值与材料标准值之间的关系为：
f d=f k/γ f （2）
式中：
f d---抗力设计值
f k---抗力标准值
γf---材料性能分项系数
材料性能分项系数γf为大量数据统计值，变化范围在3.9~5.2，取较低的为γf=4.0.则按厂家提供的静曲强度值设计求得竹胶合板抗弯设计强度值：
f=f w/4.0 （3）
2按规范设计竹胶合板模板
设计原则
竹胶合板主要应用于直接与混凝土接触的板面，因而其主要受力形式为抗弯构件，只需通过考虑两支撑小楞之间的跨度来计算其抗弯强度和挠度，此外，其为承力第一道结构，其支撑等重量不计，自重也可忽略。

按照《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204--92）规定，模板的荷载共七项：1）模板及其自重；2）新混凝土自重；3）钢筋自重；4)施工人员及施工设备荷载；5）振捣混凝土所产生的荷载；6）新浇筑的混凝土对模板产生的侧压力；7）侧倒混凝土时产生的荷载。

此七项荷载的效应组合按表1确定。

表1 参与模板及支架荷载效应组合的各项荷载
模板类别参与组合的荷载项
设计承载力验算刚度
平板和薄壳的模板及支架1+2+3+4 1+2+3
梁和拱模板的底板及支架1+2+3+5 1+2+3
梁、拱、柱（边长≤300mm）、墙（厚度≤100mm）的侧面模板5+6 6
大体积结构、柱（边长＞300mm）墙（厚度边长＞100mm）6+7 6
说明：1、2、3、4、5、6、7为模板荷载组合的荷载项，下例表同。

考虑到竹胶合板模板的重复周转使用，其计算应按最不利条件，因而将其应用条件划分为水平模板和垂直模板两种受力条件，简化为表2所述情况。

按照规范的要求，表面隐蔽的模板结构变形值不得超过计算跨度的1/250，但实际计算中应按照高级模板的要求控制在2mm以满足实际要求。

表2 竹胶合板模板计算的效应组合
模板类别参与组合的荷载项
计算承载力验算刚度
水平模板1+2+3+4 1+2+3
垂直模板6+7 6
2.2 竹胶合板结构计算的基本公式
竹胶合板的结构计算主要依据《木结构实际设计规范》，受弯构件承载力的验算式为：
δm=M/W≤f m（4）
式中：
δm---构件受弯应力计算值（N/mm2）
M---按荷载求得的板面弯矩值（N·mm）
W---构件的静截面抵抗矩（mm）
f m---木材抗弯强度设计值（N/mm2）
挠度计算：
ω≤〔ω〕（5）
式中：
ω---计算挠度值
〔ω〕---容许挠度值，建议取2 mm
3计算实例
现以广泛使用的12 mm竹胶合板进行计算，用以确定合理的支撑小楞间距。

取厂家提供的静曲强度值f k=60 N/mm2，材料性能分项系数γf=4.0，弯曲设计强度值f d=15 N/mm2，弹性模量E=5000 N/mm2
水平模板的计算（小楞间距取L=300 mm）
1）承载力计算
首先进行荷载计算（混凝土板厚120 mm），宽度采用1M，其荷载计算如表3
表3 荷载计算表
荷载项目荷载标准值荷载分项系数设计荷载值
（KN/m2）（KN/m2）1．模板自重0 1.2 0
2．新浇筑混凝土自重24×0.12 1.2 3.456
3. 钢筋自重 1.1 1.2 1.32
4. 施工人员及施工设备荷载 2.5 1.4 3.5
合计8.276
支点间按简支梁计算，其弯矩为：M=ql2/8=8.276×300×300/8×1000=93.105KN·mm
静截面抵抗矩：W=bh2/6=1000×122/6=24000mm3
截面最大应力：δm=M/W93.105×1000/24000=3.88 N/mm2＜f d=15 N/mm2（合格）2）变形计算：
计算挠度时荷载采用1+2+3项，q=0+3.456+1.32=4.776KN/m
ω=5ql4/384×EJ
=5×4.776×3004/384×5000×144×1000
=0.7mm≤〔ω〕=2mm（合格）
3.2 垂直模板的设计
1）承载力计算
.首先计算第6项新浇筑混凝土对模板侧面的压力标准值：
F=0.22γ0t0β1β2V1/2（6）
式中各项的数值取如下：
混凝土重力密度：γ0=24 KN/m3
混凝土初凝时间：t0=20/（T-15）=200/（20-15）=5.71（T为气温）
外加剂影响系数：β1=1.0
塌落度影响系数：β2=1.15（塌落度按110~150mm计）
混凝土浇筑速度：V=2m/h
计算模板板上作用压力：F=0.22×24×5.71×1.0×1.15×21/2=48.89 KN/m2
当模板高度为3米时，按F=γ0H计算得72 KN/m2，与（6）式比较取较小值，故为48.89 KN/m2，最终的荷载计算如表4.
表4 垂直模板荷载计算表（KN/m）
荷载名称标准值分项系数计算荷载
6新浇筑混凝土压力48.89 1.2 58.668
7倾倒混凝土的荷载 6 1.4 8.4 合计67.068
与水平模板的荷载比较，垂直模板的荷载几乎大了8倍，显然按间距300mm计算是不能合格的，现采用200mm计算，其计算弯矩为：
M=ql2/8=67.068×0.2×200/8=335.34 KN·mm
δm=M/W=335.34×1000/24000=13.972 N/mm2＜FD=15 N/mm2（合格）
2）变形计算：
计算挠度时荷载采用第6项，即q=58.668 KN/m2
ω=5ql4/384×EJ
=5×58.668×2004/384×5 000×144×1 000
=1.7mm＜〔ω〕=2mm（合格）
3）从以上计算结果可以看出，由于水平模板的荷载比垂直模板的荷载几乎大了8倍，垂直模板小楞间距宜控制采用200 mm以内。

4 结论
1）竹胶合板设计计算中应特别注意变形计算，因为它往往是结构设计的关键
2）结构设计应采用设计强度代替检验强度，以免由于弹性模量的降低引起过大变形
3）从模板计算实例看，与水平模板的荷载比垂直模板的荷载几乎大了8倍，故小楞间距也应适当缩小，但间距过小，显然不合理，也不经济，故在竹胶合板模板结构设计中，要考虑竹胶合板厚度对强度的影响，尽可能选厚度大的竹胶合板。

［参考文献］
［1］《建筑施工规范》编写组，建筑施工规范（第二版）［M］；中国建筑出版社，2000.50-72。