地铁车站结构支架、受力分析及施工方法

地铁车站结构支架、模板受力分析及施工方法

摘 要:结合石家庄地铁**站土建工程施工实例,对住建部规定的危险性较大工程之一的高支模设计计

算及应用进行了详细介绍,重点说明了设计计算的主要内容及施工注意事项,对类似工程具有普遍指导

意义。

关键词:地铁车站 危险性较大工程 高支模 受力分析 施工方法 1工程概况

**站车站为地下两层三跨岛式站台车站，中心里程为DK7+583.000，车站全长223.62m，结构标准段总宽度21.1m，基坑深约13.34m。该车站为二层明挖现浇框架结构，车站中板厚度为400mm，侧墙厚度为700mm，顶板厚度为800mm和900mm，负一层层高4950mm，负二层层高6190mm。 2 侧墙、顶板设计计算

在地铁站混凝土施工过程中,大量使用高支模现浇施工方法,为保证施工质量与安全,模板和脚手架计算显得更为重要,需要受力验算的部位有:顶板、中板、梁、柱、侧墙等,验算主要包括强度、刚度、稳定性三个方面,下面以侧墙、顶板、立柱的受力验算为例,计算模板和脚手架的布置。根据风道结构形式、施工荷载、施工质量等方面的因素，结合北京地铁车站主体结构工程施工经验，侧墙模板、顶板底模都采用2440×1220×15mm木模板。背楞采用100×100mm方木，侧墙次楞间距200mm，主楞间距600mm；顶板次楞间距300mm，主楞间距600mm。立杆间距：600×900mm（横×纵），水平杆步距：1200mm。模板支撑体系采用扣件式脚手架钢管。 2.1侧墙模板支架验算 2.1.1荷载计算

新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力计算

C40混凝土自重（γc）取25 kN/m3，采用导管卸料，浇注速度v=2m/h，浇注入模温度T=25℃；β1=1.2；β2=1.15； t0=200/(T+15)；墙高H＝6.29m；

F1=0.22γc t0β1β2v1/2 =0.22×25×200/（25+15）×1.2×1.15×21/2=44.7KN/m2 F2=γc H=25×6.29=157.25KN/m2 取较小值F1=44.7KN/m2作为计算值。 考虑倾倒混凝土时，采用混凝土泵车导管，倾倒混凝土对侧模板产生的水平荷载标准值取2KN/m2。则按强度要求计算模板支撑系统时，组合荷载为： F1=1.2×44.7+1.4×2=56.44KN/m2(强度要求) 按刚度要求计算支撑系统时，不考虑倾倒混凝土荷载， F2=1.2×44.7=53.64KN/m2（刚度要求） 2.1.2侧墙模板验算

图2-1

每块模板承受的线荷载为： q1=56.44KN/m2 q2=53.64KN/m2

1、强度验算

根据模板规格，其截面抵抗矩W=54mm3，截面惯性矩I=486mm4 σ=Mmax/W=0.1ql2=0.1×0.05644×2002/37.5=46.02N/m2

ω=0.667ql4/(100EI)=0.667×0.05364×2004/(100×10000×281.25)=0.2mm

2.1.3支撑检验（脚手架横向钢管） 横向水平钢管承受的最大水平压力N=56.44KN

1、强度验算

σ=N/A=56.44×600×1/489=70N/mm

2 查表可得：0.829[w][]0.829205169.95N/mm2符合要求2.1.4次楞验算（100×100mm方木）

图2-2

q356.440.211.29N/mmq453.640.210.73N/mm截面特性Wbh622

1001006166666.7mm3bh31001003I8333333.3mm41212

1、强度验算Kmql2M0.111.2960022.44N/mm2[]13N/mm2WW166666.7符合要求

2、刚度验算Kmql40.67710.7360046000.11mm[]1.5mm100EI100100008333333.3400符合要求

2.1.5主楞验算（100×100mm方木）

图2-3

q50.0564460033.86N/mmq60.0536460032.18N/mm截面特性W166666.7mm3I8333333.3mm4将主楞看成以横向水平钢管为制作的三跨连续梁

1、强度验算

M0.133.866007.31N/mm2[]13N/mm2W166666.72符合要求

2、刚度验算Kwql40.67732.1860046000.34mm[]1.5mm100EI100100008333333.3400符合要求

2.2顶板底模支架验算

顶板最厚处为900mm，所以以900mm厚为验算对象。

2.2.1顶板荷载组合

钢筋砼自重：25.10.922.59KN/m2模板自重：0.3KN/m2砼振捣产生荷载：4KN/m2施工人员及设备荷载：2.5KN/m2强度检算荷载组合：q1(0.322.59)1.2(42.5)1.436.218KN/m2刚度检算荷载组合：q2(0.322.59)1.227.468KN/m2

2.2.2模板（2440×1220×15mm）验算

将模板视为以次楞为支座的多跨连续梁，计算图式如下：

图2-4

截面特性W37.5mm3I281.25mm

41、强度检算

M0.1070.036223009.3N/mm2[]13N/mm2W37.52符合要求

2、刚度检算Kwql0.6770.027473003000.54mm[]0.75mm100EI10010000281.2540044符合要求

2.2.3次楞验算（100×100mm方木）

图2-5 次楞承受的均布荷载分别是：q30.0362230010.87N/mm(强度要求)q40.027473008.24N/mm(刚度要求)截面特性bh2W166666.7mm36bh3I8333333.3mm41

21、强度验算M0.1ql20.110.8760022.35N/mm2[]13N/mm2WW166666.7符合要求

2、刚度验算Kwql40.6778.2460046000.87mm[]1.5mm100EI100100008333333.3400符合要求

2.2.4主楞验算（100×100mm方木） 将主楞视为以横向钢管为支座的多跨连续梁

图2-6

主楞承受的均布荷载分别为：q50.0362260021.73N/mm(强度要求)q60.0274760016.48N/mm（刚度要求）

1、强度验算

2 M0.121.7390010.56N/mm2[]13N/mm2W166666.7符合要求

2、刚度验算Kwql40.67716.4890049001.69mm[]2.25mm100EI100100008333333.3400符合要求2.2.5脚手架钢管支撑检算

竖向钢管所受轴向压力N36.2180.90.619.56KN，远小于横向水平杆的压力。 根据横杆强度、稳定性的检算，顶板砼施工时强度、稳定性同样满足要求。

3柱模板支架计算 3.1方柱模板支架验算 3.1.1荷载计算

根据侧墙砼荷载计算，柱浇筑砼时：

F156.44KN/m2F253.64KN/m2q12500.0564414.11N/mm2q22500.0536413.41N/mm2

3.1.2次楞检算（次楞70×100mm方木）

间距：250mm 截面特性bh2W116666.7mm36bh3I5833333.3mm41

21、强度验算Kmql20.114.118002M8.28N/mm2[]13N/mm2WW116666.7符合要求

2、刚度验算

44Kwql0.67713.418008000.64mm[]2mm100EI100100005833333.3400

符合要求3.1.3柱箍验算

柱箍间距800mm，采用两根Ф48钢管和Ф14对拉螺杆作为柱箍四面固定柱模板，计算简图如下：

图3-1 柱箍受力化为均布荷载考虑：q30.0564490050.8N/mmq40.0536490048.28N/mm截面特性：W10160mm3I243800mm

41、强度检算50.85502M8189.06[]205N/mmW10160

2、刚度验算ql40.52148.2855045500.5210.46mm[]1.338mm100EI100206000243800400

3、对拉螺杆截面积检算

14截面积A0154mm2AN0.62550.8550102.72mm2A0f170(f为螺栓的抗拉强度值，取170N/mm2)3.2圆柱模板计算

模板采用定型钢模板：面板采用δ5mm；横肋采用80mm宽，δ6mm的圆弧肋板，间距400mm；竖肋采用[8，间距340mm；法兰采用δ12mm带钢。 3.2.1模板检算 计算简图如下：

图3-2 挠度计算

按照三边固结一边简支计算，取10mm宽的板条作为计算单元，荷载为： q=0.05644×10=0.5644N/m 根据lx/ly=0.70,查表得Wmax=0.00227×ql/Bc Bc=Eh³b/12(1-ν²)=2.1×10×5³×10/12×(1-0.3²)=24038461.54 ν——钢材的泊桑比等于0.3 Wmax=0.00227×5.644×340/24038461.54=0.712㎜

竖肋采用[8，间距340mm,因竖肋与横肋焊接，固按两端固定梁计算，面板与竖肋共同宽度应按340㎜计算 4

54

图3-

3荷载q=F×L=0.05644×340=19.1896N/mm 截面惯性矩I=2139558.567㎜挠度计算

Wmax=ql/384EI=19.1896×340/384×2.1×10×2139558.567=0.002㎜

445

4

图3-4

荷载计算

圆弧形肋板采用80mm宽，6mm厚的钢板，间距为400mm。荷载为： q=F×L=0.05644×400=22.576KN/m 圆弧形横肋端头拉力计算依据（路桥施工计算手册213页） T=Qd/2=22.576×0.8/2=9.0304KN 圆弧形横肋端头拉力强度计算

横肋材料为Q235钢材ft=140N/㎜² F=ftA=140×80×6=67.2KN F>T 故横肋抗拉强度符合要求。 3.2.4连接螺栓强度计算

在模板连接中，螺栓只承受拉力，螺栓为M20×60；查《桥梁施工计算手册》得ft=110N/mm²,螺栓内径16.75mm. 单个螺栓承受拉力F=D²πft/4=16.75²×π×110/4=24.24KN 2F=48.48KN＞T＝9.0304KN 故螺栓抗拉承载力符合要求。 4 模板施工方法 4.1侧墙模板施工 4.1.1施工工艺流程

剔除接茬处混凝土软弱层→测量放样→搭设脚手架、绑扎侧墙钢筋→钢筋检验→安装预埋孔洞模板→安装侧模板→安装支撑钢管固定→预检 4.1.2侧墙模板施工

侧墙模板采用2440×1220×18mm木模板, 主、次楞均采用100×100cm方木。将次楞和木模板组合加工，人工依次进行安装，不足标准块模板长度或宽度的位置预先制作异形模板拼装，面板接缝处用玻璃胶封闭。脚手架水平钢管两端部加设顶托顶在两边侧墙的竖向主楞上，固定侧墙模板，防止侧墙浇筑时模板内移。最后再在主楞外背上钢管。侧墙模板次楞间距为200mm，主楞间距为600mm，脚手架水平杆步距为1200mm。侧墙模板体系见图4-1《侧墙模板安装图》（以标准段为例） 4.2顶板（梁）模板施工 4.2.1施工工艺流程

搭设脚手架→测放梁轴线和梁、板底高程→铺设梁底模板→安装、绑扎梁下部钢筋→安装梁侧模板和板底模板→校正模板高程→模板预检→绑扎板、次梁及主梁上部钢筋 4.2.2板（梁）模板施工 侧墙模板安装，经检验合格后，校正脚手架立杆上的钢管，依次铺装主楞、次楞、模板，板缝采用胶带封闭。根据计算，板次楞间距为300mm。脚手架立杆纵向间距900mm，横向间距为600mm。梁板底模次楞和主楞间距分别为250mm、900mm，脚手架立杆横向间距调整为600mm。梁、板底模板安装时，考虑砼的落沉量将模板标高台高2cm，并按跨度的2‰～3‰进行起拱。

图4-1

4.3柱模板施工

基础梁及中板施工时，在柱外四周距柱边缘15cm左右的位置预埋钢筋，柱每边预埋2根25cmφ20钢筋，预埋钢筋伸出板面5~8cm顶住立柱模板底部以免模板移位。当底板（中板）砼强度达到2.5Mpa后,即可测量放线，安装立柱钢筋。

清除立柱砼接茬面的水泥薄膜或松散混凝土及外露钢筋粘有的灰浆，绑扎立柱钢筋。柱钢筋隐蔽检查合格后，方可安装柱模板。柱模板安装前应清理模板表面并涂刷脱模剂。

方柱截面均为800×900mm，柱模采用胶合板(δ=18mm)，70×100mm竖向次棱间距250mm，φ14对拉螺杆及两根φ48钢管从柱四面固定形成柱箍，柱箍间距为800mm。柱模板安装、固定后，由钢管脚手架从柱四周进行支撑，并在柱四周加设两道钢管斜撑。方柱模板安装见图4-2,图4-3。 圆柱直径为900mm，模板采用定型钢模板：面板采用δ5mm；横肋采用80mm宽，δ6mm的圆弧肋板，间距400mm；竖肋采用[8，间距340mm；法兰采用δ12mm带钢。

立柱模板顶面高出上层板底面5cm，以便脱模后凿除柱头浮浆后，立柱能进入上一层梁或板内2~3cm。

5总结 图4-2 图4-3 要确保在高大空间情况下现浇砼的施工安全,必须认真做好专项施工方案的安全核算工作。特别是高支模排架的结构计算,各种构件的强度和稳定性,满足安全要求是重中之重。此外，模板支架搭设过程中应严格遵守相关规范，以避免不必要的工程事故。

参考文献

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