空腹夹层板剪力键装配式模板设计与施工方法与流程

本发明提供一种大跨度空腹夹层板剪力键装配式模板设计与施工方法，属于建筑模板设计与施工交叉技术领域，适用于大跨度空腹夹层板等十字型剪力键模板设计与施工。

背景技术：

随着我国建筑技术的快速发展，为适应体育馆等大空间需求，大跨度空腹夹层板等混凝土结构越来越多。但目前尚缺乏剪力键模板科学的设计与施工方法，通常采用施工现场原位制作、安装，不仅施工难度大、施工周期长，而且施工质量差，导致剪力键侧面模板变形值超限，大幅度增加施工综合费用，成为一项亟待解决的全国性模板设计与施工技术难题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种空腹夹层板剪力键装配式模板设计与施工方法，采用剪力键装配式模板，不仅可以解决施工难度大、施工周期长的关键性技术难题，而且可提高施工质量，实现高效施工的目的；模板系统工厂化加工，现场装配式施工，操作简单，施工效率高，质量稳定可靠，符合优势互补、节能降耗与绿色施工要求，具备广阔的推广应用前景和显著的社会与经济效益。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述空腹夹层板剪力键装配式模板设计与施工方法，采取以下步骤：

一、确定模板系统计算模型

1.1、确定次楞和主楞布置方向与间距

次楞竖向布置，间距为150㎜～250㎜；主楞水平布置，间距为400mm～600㎜；

1.2、确定面板计算模型

面板以次楞为支座，按照三跨等跨连续梁确定计算模型；

1.3、确定次楞计算模型

次楞以主楞为支座，按照外伸梁确定计算模型；

1.4、确定主楞计算模型

主楞以相邻的与其垂直的方钢管外框主楞为支座，按照简支梁确定计算模型；

1.5、确定混凝土一次浇筑厚度

混凝土一次浇筑厚度为剪力键和下肋高度之和。

二、确定模板系统受力构件材质

采用木胶合板面板、方木次楞、方钢管主楞、螺栓和螺母。

三、面板承载力验算

1)面板侧压力标准值计算：gk＝γch；

式中：gk—面板侧压力标准值，单位kn/m²；

γc—混凝土容重，取24kn/m³；

h—混凝土一次浇筑厚度，单位m；

2)面板均布荷载设计值计算：qm＝(γggk+γqqk)b；

式中：qm—面板均布荷载设计值，单位kn/m；

γg—面板侧压力分项系数，取1.2；

gk—面板侧压力标准值，单位kn/m²；

γq—倾倒混凝土产生的水平荷载分项系数，取1.4；

qk—倾倒混凝土产生的水平荷载标准值，单位kn/m²；

b—面板计算单元，取1000㎜；

3)面板抗弯强度验算

面板最大弯矩计算：

面板抗弯强度验算：σ1＝m1max/w1≤[σ1]；

式中：m1max—面板最大弯矩值，单位kn·m；

km3—三跨等跨连续梁弯矩系数，取0.1；

qm—面板均布荷载设计值，单位kn/m；

lm—面板跨度，单位m；

σ1—面板抗弯强度计算值，单位n/mm²；

w1—面板截面抵抗矩，单位mm³；

[σ1]—面板抗弯强度设计值，单位n/mm²；

4)面板挠度验算：ω1max＝(kw3qmlm⁴)/(100e1i1)≤[ω1]；

式中：ω1max—面板最大挠度计算值，单位mm；

kw3—三跨等跨连续梁挠度系数，取0.677；

qm—面板均布荷载设计值，单位kn/m；

lm—面板跨度，单位mm；

e1-面板弹性模量，单位n/mm²；

i1—面板截面惯性矩，单位mm⁴；

[ω1]—面板容许挠度值取lm/400，单位mm；

四、次楞承载力验算

1)次楞均布荷载设计值计算：qc＝(γggk+γqqk)a；

式中：qc—次楞均布荷载设计值，单位kn/m；

γg—面板侧压力分项系数，取1.2；

gk—面板侧压力标准值，单位kn/m²；

γq—倾倒混凝土产生的水平荷载分项系数取1.4；

qk—倾倒混凝土产生的水平荷载标准值，单位kn/m²；

a—次楞间距，单位m；

2)次楞抗弯强度验算

次楞最大弯矩计算：

次楞抗弯强度验算：σ2＝m2max/w2≤[σ2]；

式中：m2max—次楞最大弯矩值，单位kn·m；

km3—外伸梁弯矩系数，取0.125；

qc—次楞均布荷载设计值，单位kn/m；

lc—次楞跨度，单位m；

a—悬挑长度，单位m；

σ2—次楞抗弯强度计算值，单位n/mm²；

w2—次楞截面抵抗矩，单位mm³；

[σ2]—次楞抗弯强度设计值，单位n/mm²；

3)次楞抗剪强度验算：

次楞最大剪力设计值：v＝kv3右qclc+kv3左qca

次楞抗剪强度按下式验算：τ＝(3v/2bh)≤fv；

式中：v—次楞最大剪力设计值，单位kn；

kv3左—外伸梁支座左侧剪力系数，取1；

kv3右—外伸梁支座右侧剪力系数，取1/2；

qc—次楞均布荷载设计值，单位kn/m；

lc—简支长度，单位m；

a—次楞一端外伸长度，单位mm；

τ—次楞剪切应力设计值，单位n/mm²；

b-次楞截面宽度，单位mm；

h—次楞截面高度，单位mm；

fv—次楞抗剪强度设计值，单位n/mm²；

4)次楞挠度验算：

式中：ω2max—次楞最大挠度计算值，单位mm；

kw3—外伸梁梁挠度系数，取1/384；

qc—次楞均布荷载设计值，单位kn/m；

lc—简支长度，单位mm；

a—次楞一端外伸长度，单位mm；

e2-次楞弹性模量，单位n/mm²；

i2—次楞截面惯性矩，单位mm⁴；

[ω2]—次楞容许挠度值取lc/400，单位mm；

五、主楞承载力验算

1)次楞支座反力设计值计算：f＝kv3左右qclc；

式中：f—次楞最大支座反力设计值，单位kn；

kv3左右—外伸梁支座左右剪力系数，取1；

qc—次楞均布荷载设计值，单位kn/m；

lc—次楞跨度，单位m；

2)主楞等效均布荷载设计值计算：qz＝nf/lz

式中：qz—主楞等效均布荷载设计值，单位kn/m；

n—次楞根数；

f—次楞最大支座反力设计值，单位kn；

lz—主楞跨度，单位m；

3)主楞抗弯强度验算

主楞最大弯矩计算：

主楞抗弯强度验算：σ3＝m3max/w3≤[σ3]；

式中：m3max—主楞最大弯矩值,单位kn·m；

qz—主楞等效均布荷载设计值，单位kn/m；

lz—主楞跨度，单位m；

σ3—主楞抗弯强度计算值，单位n/mm²；

w3—主楞截面抵抗矩，单位mm³；

[σ3]—主楞抗弯强度设计值，单位n/mm²；

4)主楞挠度验算：

式中：ω3max—主楞最大挠度计算值，单位mm；

qz—主楞等效均布荷载设计值，单位kn/m；

lz—主楞跨度，单位mm；

e3-主楞弹性模量，单位n/mm²；

i3—主楞截面惯性矩，单位mm⁴；

[ω3]—主楞容许挠度值取lz/400，单位mm；

六、模板制作

6.1、裁割并组合长度比十字剪力键混凝土侧面高度长20mm～100mm的方木次楞；

6.2、采用沉头螺丝，分别将十字剪力键次楞与面板连接为整体，采用沉头螺丝，在相对应的次楞外固定角钢。

七、外框主楞制作

7.1、有钢板拐角外框制作

裁割两根长度与剪力键尺寸相匹配的方钢管，一端切割45°角并吻合焊接形成直角，另一端上下面焊接钢板拐角，并在钢板拐角外伸部位预留椭圆孔；

7.2、无钢板拐角外框制作

裁割两根长度与剪力键尺寸相匹配的方钢管，一端切割45°角并吻合焊接形成直角。

八、模板支撑体系搭设

8.1、搭设空腹夹层板下肋模板支撑体系与安装下肋模板，并将立杆与水平杆搭设至上肋和现浇板可调托撑下平高度。

8.2、在下肋两侧立杆以外平行于下肋跨向铺设木脚手架板，形成空腹夹层板下肋及剪力键混凝土浇筑操作平台。

九、下肋与剪力键模板安装

9.1、按照模板支撑体系施工图安装下肋可调托撑、主楞、次楞与面板，然后绑扎下肋与剪力键钢筋，并对下肋支撑体系与模板进行验收，合格后方可进行下道工序施工。

9.2、将十字剪力键装配式模板分别吊装就位，并将次楞吻合插至下肋侧模以下20～100mm；

9.3、分别将装配式单元模板就位后进行吻合拼装，形成十字剪力键整体模板；

9.4、十字剪力键整体模板调整两对角线偏差≤5mm后，将两个方钢管单元外框承插为一体，并采用螺栓连接牢固。

十、下肋与剪力键混凝土浇筑

10.1、下肋、十字剪力键、一字剪力键的模板支撑体系搭设完毕并验收合格后，先浇筑下肋和剪力键混凝土至上肋混凝土下平留设施工缝。

10.2、待剪力键混凝土达到15mpa及其以上时，对剪力键混凝土上平进行施工缝毛化处理，并采用高压喷雾器吹洗干净施工缝。

十一、上肋与现浇板模板安装

11.1、安装上肋和现浇板立杆可调托撑与主楞。

11.2、安装上肋底模板与侧模及现浇板次楞和面板。

十二、上肋与现浇板混凝土浇筑

空腹夹层板上肋、现浇板模板支撑体系与钢筋验收合格后，浇筑混凝土前，在剪力键上平施工缝处喷涂混凝土界面剂后，随即铺设30～80mm厚度1:1水泥砂浆，然后浇筑上肋与现浇板混凝土。

其中，优选方案为：

所述步骤二中木胶合板面板厚度为12㎜～15㎜；方木次楞截面为50㎜×70㎜～60㎜×80㎜；方钢管主楞型号为螺栓和螺母为m20～m28；

所述步骤六中：沉头螺丝直径为3㎜～5mm，角钢型号为l60×5～l80×8；

所述步骤七中：钢板拐角厚度为8mm～15mm；

所述步骤九中：木脚手架板宽为200mm～250mm，长度≥2.0m。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)为剪力键侧面模板施工提供科学的计算模型及设计与施工方法；

2)采用装配式模板施工，模板重复利用，符合节能环保要求；

3)模板可工厂化加工，现场装配式施工，操作简单，施工效率高，质量稳定可靠，符合优势互补、节能降耗与绿色施工要求，具有模板设计与施工技术前瞻引领效应和显著的社会效益与经济效益，推广应用前景广阔。

附图说明

图1是空腹夹层板空间示意图；

图2是十字剪力键空间示意图；

图3是本发明十字剪力键模板组合图；

图4是本发明十字剪力键模板面板排列平面图；

图5是本发明十字剪力键模板外框图；

图6是本发明图3的a-a剖面图；

图7是本发明图3的b-b剖面图。

图中：1、面板；2、方木；3、角钢；4、外框主楞；5、铁板拐角；6、螺栓；7、椭圆孔；8、现浇板；9、上肋；10、剪力键；11、下肋。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1～7所示，本实施例所述空腹夹层板剪力键装配式模板设计与施工方法，采取以下步骤：

一、确定模板系统计算模型

1.1、确定次楞2和外框主楞4布置方向与间距

次楞2竖向布置，间距为150㎜～250㎜；外框主楞4水平布置，间距为400mm～600㎜；

1.2、确定面板1计算模型

面板1以次楞2为支座，按照三跨等跨连续梁确定计算模型；

1.3、确定次楞2计算模型

次楞2以外框主楞4为支座，按照外伸梁确定计算模型；

1.4、确定外框主楞4计算模型

外框主楞4以两侧垂直连接的外框主楞4为支座，按照简支梁确定计算模型；

1.5、确定混凝土一次浇筑厚度

混凝土一次浇筑厚度为剪力键10和下肋11高度之和；

二、确定模板系统受力构件材质

面板1采用木胶合板面板，次楞2采用方木，外框主楞4采用方钢管。

三、面板1承载力验算

1)面板1侧压力标准值计算：gk＝γch；

式中：gk—面板1侧压力标准值，单位kn/m²；

γc—混凝土容重，取24kn/m³；

h—混凝土一次浇筑厚度，单位m；

2)面板1均布荷载设计值计算：qm＝(γggk+γqqk)b；

式中：qm—面板1均布荷载设计值，单位kn/m；

γg—面板1侧压力分项系数，取1.2；

gk—面板1侧压力标准值，单位kn/m²；

γq—倾倒混凝土产生的水平荷载分项系数，取1.4；

qk—倾倒混凝土产生的水平荷载标准值，单位kn/m²；

b—面板1计算单元，取1000㎜；

3)面板1抗弯强度验算

面板1最大弯矩计算：

面板1抗弯强度验算：σ1＝m1max/w1≤[σ1]；

式中：m1max—面板1最大弯矩值，单位kn·m；

km3—三跨等跨连续梁弯矩系数，取0.1；

qm—面板1均布荷载设计值，单位kn/m；

lm—面板1跨度，单位m；

σ1—面板1抗弯强度计算值，单位n/mm²；

w1—面板1截面抵抗矩，单位mm³；

[σ1]—面板1抗弯强度设计值，单位n/mm²；

4)面板1挠度验算：ω1max＝(kw3qmlm⁴)/(100e1i1)≤[ω1]；

式中：ω1max—面板1最大挠度计算值，单位mm；

kw3—三跨等跨连续梁挠度系数，取0.677；

qm—面板1均布荷载设计值，单位kn/m；

lm—面板1跨度，单位mm；

e1-面板1弹性模量，单位n/mm²；

i1—面板1截面惯性矩，单位mm⁴；

[ω1]—面板1容许挠度值取lm/400，单位mm；

四、次楞2承载力验算

1)次楞2均布荷载设计值计算：qc＝(γggk+γqqk)a；

式中：qc—次楞2均布荷载设计值，单位kn/m；

γg—面板1侧压力分项系数，取1.2；

gk—面板1侧压力标准值，单位kn/m²；

γq—倾倒混凝土产生的水平荷载分项系数取1.4；

qk—倾倒混凝土产生的水平荷载标准值，单位kn/m²；

a—次楞2间距，单位m；

2)次楞2抗弯强度验算

次楞2最大弯矩计算：

次楞2抗弯强度验算：σ2＝m2max/w2≤[σ2]；

式中：m2max—次楞2最大弯矩值，单位kn·m；

km3—外伸梁弯矩系数，取0.125；

qc—次楞2均布荷载设计值，单位kn/m；

lc—次楞2跨度，单位m；

a—悬挑长度，单位m；

σ2—次楞2抗弯强度计算值，单位n/mm²；

w2—次楞2截面抵抗矩，单位mm³；

[σ2]—次楞2抗弯强度设计值，单位n/mm²；

3)次楞2抗剪强度验算：

次楞2最大剪力设计值：v＝kv3右qclc+kv3左qca

次楞2抗剪强度按下式验算：τ＝(3v/2bh)≤fv；

式中：v—次楞2最大剪力设计值，单位kn；

kv3左—外伸梁支座左侧剪力系数，取1；

kv3右—外伸梁支座右侧剪力系数，取1/2；

qc—次楞2均布荷载设计值，单位kn/m；

lc—简支长度，单位m；

a—次楞2一端外伸长度，单位mm；

τ—次楞2剪切应力设计值，单位n/mm²；

b-次楞2截面宽度，单位mm；

h—次楞2截面高度，单位mm；

fv—次楞2抗剪强度设计值，单位n/mm²；

4)次楞2挠度验算：

式中：ω2max—次楞2最大挠度计算值，单位mm；

kw3—外伸梁梁挠度系数，取1/384；

qc—次楞2均布荷载设计值，单位kn/m；

lc—简支长度，单位mm；

a—次楞2一端外伸长度，单位mm；

e2-次楞2弹性模量，单位n/mm²；

i2—次楞2截面惯性矩，单位mm⁴；

[ω2]—次楞2容许挠度值取lc/400，单位mm；

五、外框主楞4承载力验算

1)次楞2支座反力设计值计算：f＝kv3左右qclc；

式中：f—次楞2最大支座反力设计值，单位kn；

kv3左右—外伸梁支座左右剪力系数，取1；

qc—次楞2均布荷载设计值，单位kn/m；

lc—次楞2跨度，单位m；

2)外框主楞4等效均布荷载设计值计算：qz＝nf/lz

式中：qz—外框主楞4等效均布荷载设计值，单位kn/m；

n—次楞2根数；

f—次楞2最大支座反力设计值，单位kn；

lz—外框主楞4跨度，单位m；

3)外框主楞4抗弯强度验算

外框主楞4最大弯矩计算：

外框主楞4抗弯强度验算：σ3＝m3max/w3≤[σ3]；

式中：m3max—外框主楞4最大弯矩值,单位kn·m；

qz—外框主楞4等效均布荷载设计值，单位kn/m；

lz—外框主楞4跨度，单位m；

σ3—外框主楞4抗弯强度计算值，单位n/mm²；

w3—外框主楞4截面抵抗矩，单位mm³；

[σ3]—外框主楞4抗弯强度设计值，单位n/mm²；

4)外框主楞4挠度验算：

式中：ω3max—外框主楞4最大挠度计算值，单位mm；

qz—外框主楞4等效均布荷载设计值，单位kn/m；

lz—外框主楞4跨度，单位mm；

e3-外框主楞4弹性模量，单位n/mm²；

i3—外框主楞4截面惯性矩，单位mm⁴；

[ω3]—外框主楞4容许挠度值取lz/400，单位mm；

六、模板制作

6.1、裁割并组合长度比十字剪力键10混凝土侧面高度长20mm～100mm的方木次楞2；

6.2、采用沉头螺丝，分别将次楞2与面板1连接为整体，采用沉头螺丝，在相对应的次楞2外固定角钢3。

七、外框主楞4制作

7.1、有钢板拐角5的外框主楞4制作

裁割两根长度与剪力键10尺寸相匹配的方钢管，一端切割45°角并吻合焊接形成直角，另一端上下面焊接钢板拐角5，并在钢板拐角5外伸部位预留椭圆孔7；

7.2、无钢板拐角5的外框主楞4制作

裁割两根长度与剪力键10尺寸相匹配的方钢管，一端切割45°角并吻合焊接形成直角。

八、模板支撑体系搭设

8.1、搭设空腹夹层板下肋11模板支撑体系与安装下肋11模板，并将立杆与水平杆搭设至上肋9和现浇板8可调托撑下平高度。

8.2、在下肋11两侧立杆以外平行于下肋11跨向铺设木脚手架板，形成空腹夹层板下肋11及剪力键混凝土浇筑操作平台。

九、下肋11与剪力键10模板安装

9.1、按照模板支撑体系施工图安装下肋11可调托撑、主楞4、次楞2与面板1，然后绑扎下肋11与剪力键10钢筋，并对下肋11支撑体系与模板进行验收，合格后方可进行下道工序施工。

9.2、将十字剪力键10装配式模板分别吊装就位，并将次楞吻合插至下肋侧模以下20～100mm；

9.3、分别将装配式单元模板就位后进行吻合拼装，形成十字剪力键整体模板；

9.4、十字剪力键整体模板调整两对角线偏差≤5mm后，将两个方钢管单元外框承插为一体，并采用螺栓6连接牢固。

十、下肋11与剪力键10混凝土浇筑

10.1、下肋11、十字剪力键10、模板支撑体系搭设完毕并验收合格后，先浇筑下肋11和剪力键10混凝土至上肋9混凝土下平留设施工缝。

10.2、待剪力键10混凝土达到15mpa及其以上时，对剪力键10混凝土上平进行施工缝毛化处理，并采用高压喷雾器吹洗干净施工缝。

十一、上肋9与现浇板8模板安装

11.1、安装上肋9和现浇板8立杆可调托撑与主楞4。

11.2、安装上肋9底模板与侧模及现浇板8次楞和面板。

十二、上肋9与现浇板8混凝土浇筑

空腹夹层板上肋9、现浇板8模板支撑体系与钢筋验收合格后，浇筑混凝土前，在剪力键10上平施工缝处喷涂混凝土界面剂后，随即铺设30～80mm厚度1:1水泥砂浆，然后浇筑上肋9与现浇板8混凝土。