3.3.3 模板的设计

模板及其支架的设计应根据工程结构形式、荷载大小、地基土类别、施工设备和材料等条件进行。

1．模板设计要求及内容

（1）模板设计所需遵循的原则：

1）实用性原则：模板要保证构件形状尺寸和相互位置正确，且结构简单，支拆方便，表面平整，接缝严密不漏浆等；

2）安全性原则：要有足够的强度、刚度和稳定性，保证施工中不变形，不破坏，不倒塌；

3）经济性原则：在确保工期、质量安全的前提下，尽量减少一次性投入，增加模板周转，减少支拆用工，实现文明施工。

（2）模板及其支架的设计应符合下列规定：

1）具有足够的承载能力、刚度和稳定性，应能可靠地承受新浇混凝土的自重、侧压力和施工过程中所产生的荷载；

2）构造应简单，装拆方便，便于钢筋的绑扎、安装和混凝土的浇筑、养护等；

3）混凝土梁的施工应采用从跨中向两端对称进行分层浇筑，每层厚度不得大于400mm；

4）当验算模板及其支架在自重和风荷载作用下的抗倾覆稳定性时，应符合相应材质结构设计规范的规定。

（3）模板设计应包括下列内容：

1）根据混凝土的施工工艺和季节性施工措施，确定其构造和所承受的荷载；

2）绘制配板设计图、支撑设计布置图、细部构造和异型模板大样图；

3）按模板承受荷载的最不利组合对模板进行验算；

4）制定模板安装及拆除的程序和方法；

5）编制模板及配件的规格、数量汇总表和周转使用计划；

6）编制模板施工安全、防火技术措施及设计、施工说明书。

（4）设计步骤：

1）划分施工段，确定流水作业顺序和流水工期，明确配置模板的数量；

2）确定模板的组装方法及支架搭设方法；

3）按配模数量进行模板组配设计；

4）进行夹箍和支撑件的设计计算和选配工作；

5）明确支撑系统的布置、连接和固定方法；

6）确定预埋件、管线的固定及埋设方法，预留孔洞的处理方法；

7）将所需模板、连接件、支撑及架设工具等统计列表，以便于备料。

2．模板设计荷载及其组合

在设计和验算模板及支架时应考虑下列荷载：

（1）模板及支架自重标准值：可按图纸或实物计算确定，或参考表3-14计算。

（2）新浇筑混凝土的自重标准值：普通混凝土可采用24 kN／m3，其他混凝土按实际重力密度确定。

（3）钢筋自重标准值：楼板的每立方米混凝土为1.1kN；梁的每立方米混凝土为1.5kN。

（4）施工人员及设备荷载标准值：计算模板及小楞时，均布活荷载为2.5kN／m2，另以集中荷载2.5kN验算，取两者中较大值；计算支撑小楞的构件时，均布活荷载为1.5kN／m2；计算支架立柱等构件时，均布活荷载为1.0kN／m2。对大型浇筑设备（上料平台等）、混凝土泵等，按实际情况计算。如混凝土堆积料的高度超过100mm时，则按实际情况计算。

（5）振捣混凝土时产生的荷载标准值：水平面模板为2.0kN／m2；垂直面模板为4.0kN／m2（作用范围在有效压头高度之内）。

（6）新浇筑混凝土对模板侧面的压力标准值：当采用内部振动器时，新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力，按式（3-8）和式（3-9）计算，并取两者中的较小值。混凝土侧压力计算分布图如图3-19所示。

式中：F ——新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（kN／m2）；

γc ——混凝土的重力密度（kN／m3）；

t0——新浇筑混凝土的初凝时间（h），可按实测确定，当缺乏试验资料时，可采用t0＝200／（T＋15）计算［T为混凝土的温度（℃）］；

V ——混凝土的浇筑速度（m／h）；

H ——混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度（m）；

β1——外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2；

β2 ——混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30 m m时取0.85，当坍落度为50～90mm时取1.0，当坍落度为110～150mm时取1.15。

（7）倾倒混凝土时产生的荷载标准值：倾倒混凝土时对垂直面模板产生的水平荷载标准值如表3-15所示。

除上述7项荷载外，当水平模板支撑结构的上部继续浇筑混凝土时，还应考虑由上部传递下来的荷载。

荷载设计值：计算模板及支架时，应将上述7项荷载标准值乘以相应的荷载分项系数以求得荷载设计值，荷载分项系数如表3-16所示。

荷载组合：对不同结构的模板及支架进行计算时，应分别取不同的荷载效应组合，荷载组合的规定如表3-17所示。

计算钢、木模板及支架时可以参照相应的设计规范。考虑到是临时结构，对于钢模板及支架，其荷载设计值可按0.85折减；对于木模板及支架（木材含水率小于25%时），其荷载设计值可按0.9折减。

验算模板及其支架的刚度时，其最大变形值不得超过下列允许值：对结构表面外露的模板，为模板构件计算跨度的1／400；对结构表面隐蔽的模板，为模板构件计算跨度的1／250；对支架的压缩变形值或弹性挠度，为相应的结构计算跨度的1／1000。

支架的立柱或桁架应保持稳定，并用撑拉杆件固定。验算模板及其支架在自重和风荷载作用下的抗倾倒稳定性时，应符合有关的专门规定。

【例3-1】某工程墙体模板采用组合钢模板组拼，墙高3m，厚200mm，如图3-20所示。钢模板采用P6015（1500mm×600mm）和P1015（1500mm×100mm）组拼，分两行竖排拼成。内钢楞采用2根φ48×3.5钢管，间距为600mm，外钢楞采用同一规格钢管，间距为700mm，对拉螺栓采用M16（600mm×700mm）。

混凝土自重为24kN／m3，强度等级为C30，坍落度为160mm，采用泵送混凝土浇筑，浇筑速度为1.5m／h，混凝土温度为20℃，用插入式振捣器振捣。

钢材抗拉强度设计值：Q235钢为215N／mm2，普通螺栓为170N／mm2。钢模板的允许挠度：面板为1.5mm，钢楞为L／500mm。

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

试验算：钢模板、钢楞和对拉螺栓是否满足设计要求。

解

（1）设计荷载及荷载组合

①新浇筑的混凝土对模板侧压力标准值G4k

混凝土侧压力标准值：

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）

取两者中的较小值，即F1＝50.95（kN／m2）。

②振捣混凝土时产生的水平荷载标准值Q2k：垂直于模板为4kN／m2。

荷载组合：

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

使用组合钢模板应乘以折减系数0.95。

F′＝60.07×0.95＝57.07（kN／m2）

（2）钢模板验算

①计算简图如图3-21所示：

化为线均布荷载：

q1＝＝34.24（N／mm）（用于计算承载力）；

q2＝＝30.57（N／mm）（用于验算挠度）。

②抗弯强度验算：

经过连续梁的计算得到：

最大弯矩：Mmax＝1.54×106N·mm

抗弯计算强度：σ＝-＝128.5（N／mm2）＜f＝215N／mm2（满足要求）

③挠度验算：

经过连续梁的计算得到

最大变形vmax＝0.60mm＜[ω]＝1.5mm

（3）内钢楞验算

2根φ48×3.5mm钢管的截面特征（计算时按钢管壁厚3.0mm计算），I＝2×10.78×104mm4,W＝2×4.49×103mm3。

①计算简图如图3-22所示：

化为线均布荷载：

q1＝＝34.24（N／mm2）（用于计算承载力）；

q2＝＝30.57（N／mm2）（用于验算挠度）。

②抗弯强度验算：按近似三跨连续梁计算。

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

σ＝-＝187.1（N／m m2）＜f＝215（N／m m2）

③挠度验算：

④主楞计算

主、次楞交叉点上均有对拉螺栓，主楞可不计算。

（4）对拉螺栓验算

M U16螺栓净截面面积A＝144mm2

①对拉螺栓的拉力：

N＝50.95×0.6×0.7＝21.39（kN）

②对拉螺栓的应力：

σ＝＝148.5（N／mm2）＜170N／mm2（满足要求）