混凝土高大曲面墙模板设计与施工论文

混凝土高大曲面墙模板设计与施工摘要：空间高大异型混凝土墙体具有造型美观的特点，墙模板的支撑方式和施工工艺对其质量效果起至关重要的作用。本文结合海南省文化艺术中心工程混凝土高大曲面墙，介绍一种模板支撑设计与施工的方法。

关键词：曲面墙；空间异形结构模板支撑设计计算模型

1. 前言

随着我国经济实力的增强，人们对于公共建筑造型、空间提出了越来越高的要求。建筑结构理论的不断发展和大型工程实践的积累使混凝土结构型式由平面规则、空间平直向空间异型、造型美观、高净空发展。对于空间异型结构，选用合理、安全模板支撑设计方式和先进的施工工艺是保证结构质量效果的关键。本文针对海南省文化艺术中心工程混凝土高大曲面墙，探讨了一种模板支撑设计的方法，形成了一套安全可行的施工工艺。

2 工程概况

海南省文化艺术中心文化位于海口市国兴大道68号海南省文化公园内，为海南省政府重点公共建筑工程，是集办公、会议、剧院演出等功能于一体的多功能现代化建筑，建筑面积约23000m2，结构形式为框架剪力墙，总投资1.8亿。该工程地上五层，局部三层；地下一层，局部三层。

曲面墙墙厚600mm，墙高18.38m，此部位墙体分四层，曲面墙自第二层开始（为叙述方面，称之为曲面墙首层，楼面标高为

+4.85m）。曲面墙在水平面投影为三段圆弧，每段圆弧均为600，曲面墙空间形状为为三段圆弧沿圆点在9-9轴线上，半径为48m的圆向上平移所得的轨迹。曲面墙的二层平面图、9-9轴剖面图及墙体外轮廓立体图如图2-1、2-2、2-3所示。

3 曲面墙模板支撑方案设计与计算

3.1 模板支撑方案设计

根据曲面墙的几何性质，确定模板支撑方案为：首先，立弧形钢管形成曲面墙定位线，其中弧形半径为48m；其次，沿定位线铺设内墙模板，绑扎钢筋，铺设外墙模板；再次，模板加固，接缝处理；最后，按设计要求间距加密定位弧形钢管。

图2-1 曲面墙二层平面图

图2-2 9-9轴剖面图

图2-3 外墙轮廓立体图

3.2 模板支撑设计程序

模板设计要确定的参数为模板的支点间距（定位弧形管间距）、定位弧形管支点间距（脚手架步高）、弧形钢管支撑杆悬臂长度、脚手架立杆横向间距等。需要验算的过程包括弧形钢管悬臂长臂验算（过程a）、扣件抗滑移验算（过程b）、立杆稳定性验算（过程c）、脚手架地基承载力验算（过程d），各参数取值过程如下：

3.3 模板验算

3.3.1 荷载计算

1）混凝土浇筑侧压力计算

公式1：

=42.7kn/m2

公式2：=60 kn/m2

式中，相关参数意义见建筑施工计算手册，为混凝土一次浇筑高度，取2.5m。

取两者中较小值kn/m2作为计算荷载，折合成线荷载为：

=42.7kn/m

2）倾倒混凝土产生的荷载计算

=4kn/m

3）总荷载计算

=56.9kn/m

3.3.2 、、允许值的确定

1）、允许值计算

取模板的截面尺寸为1000×18，钢管的截面尺寸为φ48×3.5，模板和钢管的截面特征参数分别截面抵抗矩和、截面惯性矩和、面积和，按三跨连续梁计算内力，由强度和变形校核公式可得和的最大允许值（弯矩按施工计算手册简化公式，也可先选定参数尺寸由结构结算软件复核）为：

和

取两者中的较小值为允许值，将截面特征参数带入得模板和钢管的允许值分别为=350mm、=800mm，分别取为300mm和750mm。

2）的确定

根据上层梁板荷载及传力形式，可确定脚手架横向间距允许值为1000mm，横杆支反力取为5.6kn（计算过程略），出于安全储备，间距取为900mm。

3.3.3 弧形钢管支撑杆悬臂长度计算

由于墙体倾斜，支撑弯管的水平管端部会受到竖向力作用，悬臂过长会使钢管弯曲过大而失效。所受荷载去施工中（混凝土侧压力竖向分力）及施工完成后（混凝土重力）荷载的最大值计算。

混凝土侧压力竖向分力为：

=3.69kn

=3.375kn

式中，、、分别为弯管支撑竖向间距、弯管间距和墙体厚度，为曲面墙定位角。

因此，取3.69kn作为计算荷载。

悬臂梁强度验算公式为：

弯矩为：

由≤[]可得：

=310mm

即支撑弯管的水平钢管的最大悬臂长度不应超过310mm。

3.3.4 扣件抗滑移验算

扣件竖向作用力设计值为墙体竖向力分量及楼面荷载传来的荷载之和，总荷载为：

=3.69+5.60=9.29kn

双扣件的最大承载力为：=14.4kn

满足要求。

3.3.5 立杆稳定性验算

最危险立杆为距离曲面墙最近的一排立杆，既要承受上层层楼板传来的荷载又要承受墙体竖向分力，楼面荷载及脚手架自重之和取为10.3kn。

钢管所受的总的轴力为：

=3.69+10.3=13.99kn

立杆的计算长度为：=1.30m

立杆的长细比为：=82.3

查相关力学手册可得立杆的稳定系数为：

立杆稳定性验算为：=40.3 n/mm2≤ [] =205n/mm2，满足要求。

3.3.6 脚手架地基承载力验算

脚手架垫板尺寸取为10×900，垫板所受的竖向力为：

=3.69+10.3=13.99kn

垫板下平均应力为：

=0.155mpa=155kp

按规范，混凝土最小抗压强度不低于1000kp，因此，满足要求。

4 施工工艺

4.1 施工流程

由于墙体倾斜，每段墙体不宜一次浇筑过高，根据计算书，曲面墙可按一下方法划分施工段：第一层曲面墙（+5.1～+11.82）每