模板的优化设计

|研究探索Research& Probe模板的优化设计8010100110101N101010101010李润保罗志强(洪宇建设集团公司)[摘要]模板是. -种多级传力的临时结构,传力路线一般是:荷载.→模板面板_→内楞→外楞.→立柱(或对拉螺栓),当模板的用料确定后,模板的构造有多种可能的组合。本文应用优选法，用PKPM软件作为计算的工具,对模板设计进行优化,最后提出可供施工使用的板、梁、墙构件的模板最佳配置。.[关键词]模板模板计算模板优化设计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模板是一种多级传力的临时结构，传力路线一求解也不是 -件容易的事。 本文应用著名数学家华般是:荷载- +模板面板-→内楞-→外楞- +立柱(或对拉罗庚倡导的优选法，用中国建筑科学研究院建筑工螺栓)。当模板的用料确定后,模板的构造有多种可程软件研究所提供的PKPM软件作为计算工具,对能的组合,其中任何一种构件布局的变化,都将引起模板设计进行优化,最后提出供施工使用的板、梁、其他构件布局或受力状况的变化。目前普遍的做法墙的模板最佳配置方案。是:先按经验确定模板的构造,然后用有关的公式进1基本条件行验算,保证模板系统是安全的就可以了;但这样设(1 )模板结构用料及其力学性能计的模板系统并不是最佳的结果。如果用......①模板:木胶合板，18mm厚,抗弯强度设计值为分别代表每种构件的布局特征，则模板的最佳构造15N/mm2,抗剪强度设计值为1.4N/mm?;T将是变量a......的函数，即中国煤化工抗弯设计强度为13T=. f.......N/md1/mm2 ;如何求函数T的极值，是一个很有实用价值的YHCNMHG弯设计强度为205课题,但函数表达式很难写出来;或者即使写出来，N/mm2 ;48(总504)工程质量t 2007.No.8(A)丘靉④对拉螺栓:采用中12、中14圆钢,抗拉强度设( 60mmx 80mm木方楞)-外楞( 48x3.5钢管)-→立计值为170N/mm?，经计算，容许拉力分别为12.90柱(中48x 3.5钢管),立柱按正方形布置(见图1)。kN和17.80kN;60x80木内楞⑤立柱:中48x3.5钢管，抗弯设计强度为205N/mm2。+ alat(2 )作用在模板上的荷载中48钢管外楞①模板及其支架自重:取0.3 kN /m;②新浇混凝土自重:取24 kN /m';中48钢管立柱③钢筋自重:楼板取1.1kN /m3 ,梁取1.5kN /m';④施工人员及施工设备荷载:取2.5kN/m?;⑤振捣混凝土时产生的荷载:水平模板取2.0kN/m2,垂直荷载取4.0kN/m?;⑥振捣混凝土对模板侧面的压力,按有关公式计算;⑦倾倒混凝土时产生的荷载，按采用商品混凝土考虑,取4 kN /m2。圄1楼板模板构造示意图荷载分项系数的取值第①、②、③.⑥项,分项当楼板的厚度( 即作用在模板上的荷载)确定系数取1.2; 第④、⑤、⑦项,分项系数取1.4。后，影响模板构造的是内楞的间距a和立柱的尺寸挠度:≤跨度x1/250。b(也就是外楞及内楞的跨度),其中任一因素的变化2最佳值的确定都会影响整个模板系统构造的变化。各级构件的力学性能计算值(包括抗弯、抗剪、这是一个双因素的问题，假定200mm≤a≤挠度值)均等于或接近其允许的设计值,表明构件的500mm, 700mm≤b≤1300mm,则可能的组合,从理论潜力得到了最大的发挥。从理论上讲，这就是极值，上讲(按10mm为进位单位),有(50-20 )x( 130-70)就是最佳的效果。但实际上不可能各种构件同时达=1800种,即使用计算机来求解,也不太现实。优选到或接近其允许的设计值，往往是某个构件的某项法的做法是:先固定一个因素a(本文是内楞的间距指标，已达到或接近设计值,而其他指标、或其他构a),然后用单因素的方法优选因素b,得最佳值后，件的指标与设计允许值还有-定的差距。如果通过缩小计算范围,再优选因素a;如此反复,直到求得分析,认为其他指标的提升可能已没有或不大了,这最佳值。表1是采用优选法对厚100mm的楼板的优时,也认为设计已达到最佳的效果了。选计算过程及结果,仅用10次计算即得到了希望的3楼板模板结果。楼板模板的构造是,模板面板(胶合板)- >内楞对表1的计算过程,说明如下:表1厚100mm楼板的优选计算过程参数模板面板内楞立柱序号内楞间距外楞间距抗弯抗剪挠度抗弯挠度抗弯「 挠度轴力说明( 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固定内楞318420.1970.2144.350.622”0.409163.27 1.44193.33间距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中国煤化工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 最后取值工程质t 2007.No.8(A)(总505)49.R!|研究探索esearch & Probe第1次计算,先固定内楞间距a,按0.618法确用0.618法优选内楞的间距，到第9次计算,可以看定固定点:500-( 500-200 )x0.618=315mm;同样,外出,外楞的抗弯强度值,已十分接近设计值。考虑到，楞的第1次计算值，也按0.618法确定为:700+现场施工,尺寸一般以50mm进位较方便,这也是-( 1300-700 )x0.618=1070mm，期望是外楞的跨度尽种习惯作法，所以，最后决定，选内楞间距为可能大一些,所以,用0.618法时，选靠近1070-边450mm，外楞间距为900mm，结果就是第10次计的一点。计算结果表明，外楞跨度过大，已超出允许算。虽然它不是理论上的最佳值,但是-个较为接近范围(表中抗弯强度336>[205])，可见, 1070~最佳值的配置,而且从现场施工看,已完全可满足要1300mm范围,均是不可取的范围;所以,第2次计求了。算,在700~ 1070mm范围内,再按0.618法选点。如用同样的方法可以对厚度为80、120、150、180、此反复，到第5次计算，已得到外楞b的较好值为200mm的楼板模板构造进行优化设计。对取值范围作875mm。由此可以看到,决定整个模板体系的主要控适当调整:200mm≤a≤500mm,700mm≤b≤1000mm。制指标是外楞的抗弯强度值。计算过程从略。选定的现场使用的较好组合( 包括第6次计算开始，固定外楞的b值为875mm,120mm厚板),见表2。表2各种厚度楼板的最优配置及计算结果参数模板面板内楞外楞立柱板厚内楞间距| 外楞间距|抗弯抗剪挠度抗弯轴力(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木内楞，( 300mmx1020mm ) 14 kN/m ( 350mmx1020mm)6种向距a情况考虑。该荷载是指考虑分项系数后的组合值,括1048翎管外楞号内的数字,表示在计算时,选择的相应梁的断面尺1000.φ48钢管立柱,寸。本文提供了梁承受的线荷载≤14 kN/m时,现场纵向间距b使用的模板构造最佳值。线荷载≥15kN/m的梁,作为危险性较大、应由专家论证的施工安全方案,本文暂不考虑。当所受荷载及立柱的间距确定后，梁模板构造的最佳组合取决于内楞的间距a和外楞的跨度b(即立柱的纵向间距)。当立柱的间距选定后,内楞的图2梁模板构造示意图跨度也就确定了,与外楞的跨度无关，也就是说,内4梁模板楞的间距的优选是个单因素的问题。内楞间距a优梁模板的构造是，模板面板(胶合板)→内楞选后再优选外楞的跨度b，这也是一个单因素的优( 60mmx80mm木方楞)-→外楞(中48x3.5钢管)→立选问中国煤化工柱(中48x3.5钢管)(见图2)。立柱间距(即内楞的跨YHCNMHG、12、14kN/m的梁模度)定为1000mm,梁模板受到的线荷载,按4kN/m板构造进行优化设计，按经验选定各项计算的取值50(总506)工程质t 2007.No.8(A)C得凳表3梁模板的最优配置及计算结果梁承受的参数模板面板内相外楞立柱线荷载I内楞间距外楞跨度|抗弯抗剪挠度抗弯轴力(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范围,如果将两个因素同时进行优选,收敛更快,往往经过3~4轮,即可得到最佳结果,计算过程从略。选定的现场使用的较好组合,见表3。5墙模板,60x80小榜墙模板的构造是，模板面板(胶合板)→内楞心{ 60mmx80mm木方楞)-→外楞(2948x3.5 钢管)→2048钢晋对拉螺栓(见图3)。内楞竖放,外楞为双钢管横放，.对拉螺栓对拉螺栓的竖向间距与外楞的间距相同。在墙模板中,有三个变化因素，即内楞间距a、外楞间距b和|a[aaala外楞跨度c(即对拉螺栓的水平距离),但三个因素图3墙模板构造示意图并不是互相制约的，而是逐级进行优选，是单因素问题。首先优选内楞的间距，决定模板的最佳跨.度;然后优选外楞的间距，决定内楞的最佳跨度，6结语最后优选外楞的跨度,决定对拉螺栓的最佳水平间本文的思路是,先采用优选法,计算出最佳的距。在优选过程中，将三个因素同时进行优选,即组合( 总共进行了120 次以上的计算)，精度达到在优选内楞间距的同时,外楞间距和外楞跨度也同10mm以内，此时某个构件的某个受力指标，已经时按0.618法选点,这样,收敛可更快,经过6轮计十分接近其允许的设计值。然后按50mm进位的方算即得到最佳结果,且其精度在10mm以内。同样法,给出一个现场施工用的板、梁、墙模板组合(表考虑到现场施工,其中尺寸-般以50mm进位的通2、表3、表4)。考虑到现场施工的影响因素太多，用做法,最后选定一个现场施工用的配置。计算过在实际应用时,还应根据具体情况,以本文提供的程从略。最后选定的现场使用的较好组合(包括组合作为一个“坐标”，来灵活决定具体工程的施.20kN/m2 ),见表4。工方法。表4墙模板的最优配置及计算结果混凝土侧面杨内压力标准“值内楞间距T外楞间距外楞跨度i弯拉力选用(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中国煤化工_ 15.00中14Ss012.9331.1281.00316.508.750EM.HCN MH Gf15.757010.3700.6351JU.CUi U.JZl工程质量t 2007.No.8(A)(总507 ) 51